Симметрия выделяет общее как в объектах, так и в явлениях, подчеркивая, что, несмотря на то, что мир разнообразен, в то же время он и единственен, поскольку в различных явлениях природы имеются элементы общности. Установление скрытых симметрий в природе позволяет объединить разрозненные знания о ней в единую теорию и построить целостную картину мира.
Говоря о симметриях в природе можно выделить и некую группу пространственно-временных симметрий, которые выражают наиболее общие, связанные со свойствами пространства и времени, их законы.
При этом преобразования таких пространственно-временных симметрий можно разделить на
дискретные и непрерывные.
Непрерывные пространственно-временные преобразования симметрии
К непрерывным можно отнести такие преобразования:
- Трансляции в пространстве – перемещение физической системы, как целого, на некоторый вектор, при этом неизменность физических законов при произвольных трансляциях системы в пространстве является выражением принципа однородности пространства, то есть эквивалентности всех его точек. Следствием этого являются законы сохранения импульса замкнутой системы (изменение начала отсчета координат).
- Изменение начала отсчета времени (непрерывная трансляция времени). Симметрия, относящаяся к такому преобразованию, означает однородность времени, а следствием является закон сохранения энергии.
- Вращающаяся инвариантность является выражением изотропии пространства, следствием чего является закон сохранения момента импульса.
Дискретные пространственно-временные преобразования симметрии
Примером дискретных пространственных преобразований является превращение симметрии в кристаллах. Элементами этих преобразований являются конечные трансляции и ортогональные преобразования 3-мерного евклидова пространства, при которых кристаллическая структура совмещается сама с собой.
Другим примером природной пространственной симметрии является ее самоподобие, или так называемая масштабная инвариантность (скейлинг).
Большинство физических систем имеют определенную пространственную или временную симметрию. Часто исследования одной только симметрии дает возможность сделать важные выводы, не требуя при этом точного знания законов физики. Тогда и полезно проводить исследования, опирающиеся только на свойства симметрии системы. Такие исследования целесообразно проводить методами теории групп. В квантовой механике ее применение становится важнейшим инструментом решения целого ряда задач.
Квантовая механика с предоставлением волновой функции частиц, во многом упрощается при наличии симметрии.
Возникли трудности с работой по этой теме? У нас вы можете заказать научную статью по физике по низкой цене!
Комментарии