逍遥学能 2016-03-27 12:46
物理规律的对称性 由历史网资料整理
对称性的概念是否能进一步拓宽呢?在这里，我们需要把对称性概念更加精确。我们把事物的一种情况变化到另一种情况叫做变换(操作)。如果一个变换使事物的情况没有变化，或者说事物的情况在此变换下保持不变，我们就说这个事物对于这一变换是对称的。这个变换称为事物的对称变换。
旋转就是一种变换操作，一个有5个相同花瓣的花朵(如香港特区区旗上的紫荆花)绕垂直花面的轴旋转2π/5或2π/5整数倍角度，完全是一样的，没有什么变化，我们就说它具有2π/5旋转对称性。一个圆形则旋转任意角度保持形状不变，它具有更大的旋转对称性。
相反地，一个圆形边缘上有一个点或有些残缺，这个点或残缺就能区分旋转前后的情况，我们就说它不具有旋转对称性或旋转对称性是破缺的。从左到右或从右到左的变换称为镜向变换，人体和动物形体具有镜向变换不变性。而竹节或串珠则具有空间平移不变性。
某一对称性，即某一变换下的不变性，粗浅而形象地看，就是换一角度或换一场合来观察事物保持不变。在旋转对称性中，就是换一方向来观察，在镜向对称性中，是换到镜子里来观察，在空间平移对称性中，则是平移一位置来观察。
在上面谈到对称性的时候，提到的“事物”不一定限指一个具体物件的形体，物理学家更注意到物理规律的对称性。就拿牛顿定律来说吧，粗浅而形象地说，从不同的方向看，物体的运动都遵从牛顿定律，牛顿定律具有旋转对称性;镜子里和镜子外物体的运动都遵从牛顿定律，牛顿定律具有镜向对称性(或空间反射对性);在不同的时间，昨天、今天或明天，物体的运动也都遵从牛顿定律，牛顿定律具有时间平移对称性，等等。其他已知的物理定律也都具有类似的情况。
物理定律的这些对称性是偶然的吗?是无关紧要的吗，还是它意味着同物理定律本身有着某种更深刻更紧密的联系?这个问题在本世纪以前似乎没有注意到，本世纪开拓了许多新的物理研究领域，在探索其中的物理定律的研究中，这个问题变得突出地重要了。