Una dintre descoperirile importante ale științei naturale moderne este faptul că întreaga diversitate a lumii fizice care ne înconjoară este asociată cu această încălcare a anumitor tipuri de simetrii. Pentru a face această afirmație mai ușor de înțeles, să luăm în considerare conceptul de simetrie în detaliu.
"Simetricul se referă la ceva care are o bună proporție de proporții, iar simetria este acea consistență a părților individuale care îi unește într-un întreg. Frumusețea este strâns legată de simetrie ", a scris H. Weil în cartea sa" Studii de simetrie ". El se referă aici nu numai la relațiile spațiale, adică geometrie simetrie. Un fel de simetrie, el consideră armonia în muzică, indicând aplicațiile acustice ale simetriei.
Oglinda simetrie în geometrie se referă la operațiunile de reflexie sau de rotație. Este destul de răspândită în natură. Cristalele au cea mai mare simetrie în natură (de exemplu, simetria fulgilor de zăpadă, cristalele naturale), dar nu toate au o simetrie oglindă. Sunt cunoscute așa-numitele cristale optic active. care transformă planul de polarizare a incidentului luminii pe ele. [2].
În cazul general, simetria exprimă gradul de ordonare a oricărui sistem sau obiect. De exemplu, cercul este mai ordonat și, în consecință, simetric decât pătratul. La rândul său, pătratul este mai simetric decât dreptunghiul. Cu alte cuvinte, simetria este invarianța (invarianța) oricăror proprietăți și caracteristici ale unui obiect cu privire la orice transformări (operații) asupra acestuia. De exemplu, cercul este simetric față de orice linie (axa simetriei) situată în planul său și care trece prin centru, este simetrică și relativă față de centru. Operațiile de simetrie sunt în acest caz oglindă reflectorizantă față de axă și rotație față de centrul cercului.
Într-un sens larg, simetria este un concept care reflectă ordinea existentă în realitatea obiectivă, o anumită stare de echilibru, stabilitatea relativă, proporționalitatea și proporționalitatea între părți ale întregului.
Conceptul opus este conceptul de asimetrie. care reflectă existența în lumea obiectivă a tulburărilor, ordinii, echilibrului, stabilității relative, proporționalității și proporționalității între părțile individuale ale întregului, asociate cu schimbarea, dezvoltarea și restructurarea organizațională. Deja acest lucru implică faptul că asimetria poate fi văzută ca o sursă de dezvoltare, evoluție, formarea de noi.
Simetria poate fi nu numai geometrică. Distingem formele geometrice și dinamice de simetrie (și, prin urmare, asimetrie).
Forma geometrică a simetriei (simetria exterioară) include proprietățile spațiului-timp, cum ar fi omogenitatea spațiului și a timpului, izotropia spațiului, echivalența cadrelor de referință inerțiale și așa mai departe.
Forma dinamică include simetrii care exprimă proprietățile interacțiunilor fizice. de exemplu, simetria încărcăturii electrice, simetria rotației și așa mai departe. (simetrie internă). Fizica moderna, cu toate acestea, releva posibilitatea de a reduce toate simetriile la simetrii geometrice.
Simetrie de gabarit. Un concept important în fizica modernă este noțiunea de simetrie a ecartamentului. Simetria gaugelor este asociată cu invarianța la transformările scării. Termenul de "calibrare" provine de la jargonul lucrătorilor feroviari, în cazul în care aceasta înseamnă trecerea de la ecartament îngust la ecartament larg. Prin urmare, calibrarea a fost inițial înțeleasă ca fiind o modificare a nivelului sau a scării. Deci, în SRT, legile fizice nu se schimbă în ceea ce privește schimbarea (schimbarea) sistemului de coordonate. Traiectoriile mișcării rămân rectilinii, schimbarea spațială rămâne aceeași pentru toate punctele din spațiu. Astfel, transformările globale de calibrare funcționează aici.
Formele de simetrie sunt simultan forme de asimetrie. Atât asimetriile geometrice exprimă neomogenitatea spațiului-timp, anisotropia spațiului etc. Asimetriile dinamice se manifestă prin diferențele dintre protoni și neutroni în interacțiunile electromagnetice, diferența dintre particule și antiparticule (peste sarcini electrice, baryonice etc.). [3].
2. Simetria legilor spațiului-timp și a conservării
Una dintre cele mai importante caracteristici ale simetriilor geometrice este legătura lor cu legile de conservare. Importanța legilor de conservare (legile conservării impulsului, energiei, încărcăturii etc.) pentru știință nu poate fi supraestimată. Ideea este că conceptul de simetrie este aplicabil oricărui obiect, inclusiv legii fizice. Reamintim că, conform principiului relativității lui Einstein, toate legile fizice au aceeași formă în orice cadru de referință inerțial. Aceasta înseamnă că ele sunt simetrice (invariante) în ceea ce privește trecerea de la un sistem inerțial la altul.
Teorema lui Noether. Abordarea generală a relației dintre simetrii și legile de conservare este cuprinsă în celebra teorema a lui E. Noether. In anul 1918, care lucrează într-un grup pe problemele teoriei relativității, demonstrează teoria, o formulare simplificată, care prevede după cum urmează: în cazul în care proprietățile de sistem nu se schimbă în raport cu variabilele de conversie, atunci acest lucru corespunde unei legi de conservare. Luați în considerare tranzițiile de la un sistem inerțial la altul. Deoarece există modalități diferite de astfel de tranziții, rezultă că există diferite tipuri de simetrie, fiecare dintre acestea, în conformitate cu teorema lui Noether, trebuie să respecte legea conservării.
Trecerea de la un sistem inerțial (ISO) la altul poate fi efectuată prin următoarele transformări:
1. Schimbați originea coordonatelor. Aceasta se datorează echivalenței fizice a tuturor punctelor din spațiu, adică cu omogenitatea sa. În acest caz, se vorbește de simetrie cu privire la transferurile în spațiu.
2. Rotiți triplele axe de coordonate. Această posibilitate se datorează asemănării proprietăților spațiului în toate direcțiile, adică izotropia spațiului și corespunde simetriei în ceea ce privește rotațiile.
3. Schimbați originea referinței în funcție de timp. corespunzătoare simetriei în ceea ce privește transferul de timp. Acest tip de simetrie este asociat cu echivalența fizică a diferitelor momente de timp și a omogenității timpului, adică fluxul său uniform în toate sistemele inerțiale - calculul. Semnificația echivalenței diferitelor momente de timp este că toate fenomenele fizice apar indiferent de momentul debutului lor (cu alte lucruri fiind egale).
4. Mișcarea uniformă rectilinie a originii cu viteza V. și anume trecerea de la un sistem de odihnă la un sistem care se deplasează uniform și rectiliniu. Acest lucru este posibil, deoarece astfel de sisteme sunt echivalente. O astfel de simetrie este denumită condițional izotropia spațiului-timp. Tranziția se realizează prin transformări Galileo sau transformări Lorentz.
(Este important de remarcat că legile fizice nu sunt simetrice în raport cu sistemul de referință prin rotație de rotație închis cadru de referință poate fi detectată prin acțiunea forțelor centrifuge, pendulul leagăn schimbări plane etc. În plus, legile fizice nu sunt simetrice și relativ sisteme de transformare la scară largă - .. TN Astfel, legile macrocosmosului nu pot fi transferate automat către microcosmos și megalore.)
Cele patru tipuri de simetrie descrise mai sus sunt universale. Aceasta înseamnă că toate legile Naturii în raport cu ele sunt invariabile cu un grad înalt de acuratețe, iar legile corespunzătoare sunt fundamentale. Aceste legi sunt:
1. Legea conservării impulsului ca o consecință a omogenității spațiului.
2. Legea conservării momentului unghiular ca o consecință a izotropiei spațiului.
3. Legea conservării energiei ca o consecință a uniformității timpului.
4. Legea conservării vitezei centrului de masă (consecința izotropiei spațiului-timp).
După cum sa spus înainte, tipurile de simetrii descrise sunt geometrice. Legătura cu legile de conservare este de asemenea dezvăluită de simetrii dinamice. Asociat cu legea de conservare dinamică simetrie a sarcinii electrice (valoarea de conversie a particulelor sarcină electrică a particulelor rămâne neschimbat), legea de conservare a leptoni (valoarea de conversie a diferenței dintre numărul particulelor antileptons leptoni și nu se schimbă), etc.
Astfel, legea conservării încărcării electrice rezultă din simetria electromagnetică a ecartamentului. Esența ei constă în faptul că transformările la scară forța caracteristici ale câmpului electromagnetic (intensitatea câmpului electric și câmpul magnetic B rămâne neschimbat din implică această lege, în special, stabilitatea de electroni. - cea mai mică particulă fundamentală încărcată capabilă să existe într-o stare liberă (. Conform datelor moderne, durata de viață a electronilor nu este mai mică de 10-19 ani).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: