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为什么对称性在量子物理中比在经典物理中重要很多

来源:网络 作者:佚名 时间:04-12 手机版

对称性在经典力学里同样重要,拉格朗日力学里的诺特定理,哈密顿力学里的泊松括号是A物理量的对称群表示在相空间上的生成元,历史上经典力学的发展比较直观,人们不需要用对称性来构造这个理论,经典力学通常指非相对论的经典力学,而非相对论坐标系变换是伽利略群,比洛伦兹群更复杂。拉格朗日量没有伽利略对称性,如果考虑相对论下的经典力学,对称性就凸现出来了。                 

为什么对称性在现代物理学中地位很重要

1.对称性现象与对称性地位 理论来源于生活,生活就像是孕育一切伟大理论的胚胎,这似乎已经成为一种存在于科学发展中的普遍性规律。无论是身处一家艺术展览画廊,抑或是徜徉在幽静的园林,还是一些古老的建筑,都不难发现一些对称之美 由对称性现象总结出对称性定义,进而发展为对称性理论,已经成为一门具有上千年历史的科学研究方法。作为自然界发展而来的一种基本属性,对称性理论在数学、物理、力学等各科学科中都能发挥作用,尤其在现代物理学中占有核心地位。 2.对称性在物理学中的效用 对称性导致物理相关问题的发生和解决,物理学中,当积累的实践经验尚未从理论上加以领悟,只能把它归到现有理论范围中或尝试建立一套新的理论时,可以运用某些对称性规律,从而发现其中的问题,此时我们把对称性理论的相关知识作为基础,解释其在现实经验材料中的存在,并且这样或那样的调整经验材料,使新的对称性规律在自己新的实验中找到相关的证明。 随着物理学本身的发展,对称性的核心作用愈发增强。比如经典力学与量子力学的研究过程中,很多问题的解决都得益于对称性逻辑对问题的简化。在某种程度上,对称性作为简化和处理问题的得力工具,已然成为支持物理理论寻求发展的重要支柱。甚至在整个物质运动规律探索过程中,对称性是核心灵魂。比如,我们所熟知的三大守恒定律无一例外都是对称性促成的效果。其中,能量守恒定律是时间平移对称性导致的,动能守恒定律是空间平移对称性导致的,而角动能守恒定律则是空间旋转对称性导致的。 3.对称性对物理教学的启发 在传统物理学科教学过程中,可能有些教师只是一味地将一些基本理论、基本公式、基本定理告知于学生,这就导致学生空有理论了解,却不能灵活解题。

为什么对称性在物理学中很重要

皮埃尔·居里(Pierre Curie)于l894年提出对称性原理,该原理可简单表述为:对称的原因必导致对称的结果(赵凯华.定性与半定量物理学[M].北京:高等教育出版社,1991:32.)
物理学中除了形体的对称外,还有时空对称、内部对称性等(游阳明等.物理规律(方程)的对称性、协变性、规范不变性[J].沧州师专学报,2003,19(1):38-33)。可以说正是因为物理存在对称性,所以物理的很多模型、规律、定律、方程才成立,或者说物理学的许多规律、定律、方程、模型都是存在对称性的,远到经典物理学的动量定理,近到爱因斯坦的广义相对论。大到万有引力定律,小到粒子的运动(现在很多研究粒子夸克的理论物理都是在用对称性在解方程问题)举个简单的例来说,我记得学电磁学的时候,就用高斯定理和镜像法解决了很多对称问题,球形、环形、无限延长的柱形等。
如果你想了解的更多可以去查更多的相关的文献,刚才在维普数据库和万方数据库一查就一堆,大学水平、中学水平的都有很多,上面的文献也是偶刚才现查滴……这两篇比较偏向于大学水平,还是比较符合学术规范的哈~

为什么对称性在现代物理学中的地位很重要

对称性是物理学中含义最深刻的概念之一。
所谓对称性是指在进行某种操作后的不变性。
比如镜面对称性(手性),是指经过空间反转操作不变,直观来讲就是镜子中的你除了左右不同之外完全相同。
一般每一种对称性都对应着一个守恒量:
比如,空间平移不变性对应动量守恒;时间平移不变性对应能量守恒;空间转动不变性对应角动量守恒。等等。
研究对称性(不变性)的数学理论是几何,比如初等几何中的图形、体都是空间平移转动、反转不发生变化的。因此比较优美的理论都是用几何理论(如群论)来描述物理规律,例如爱因斯坦的相对论(用非欧几何来描述引力相互作用)等等。
对称性是人们在观察和认识自然的过程中产生的一种观念。对称性可以理解为一个运动,这个运动保持一个图案或一个物体的形状在外表上不发生变化。在自然界千变万化的运动演化过程中,运动的多样性显现出了各式各样的对称性。在物理学中存在着两类不同性质的对称性:一类是某个系统或某件具体事物的对称性,另一类是物理规律的对称性。物理规律的对称性是指经过一定的操作后,物理规律的形式保持不变。因此,物理规律的对称性又称为不变性。
对称性是现代物理学中的一个核心概念,它泛指规范对称性 , 或局域对称性和整体对称性。它是指一个理论的拉格朗日量或运动方程在某些变数的变化下的不变性。如果这些变数随时空变化,这个不变性被称为局域对称性,反之则被称为整体对称性。物理学中最简单的对称性例子是牛顿运动方程的伽利略变换不变性和麦克斯韦方程的洛伦兹变换不变性和相位不变性。
数学上,这些对称性由群论来表述。上述例子中的群分别对应着伽利略群,洛伦兹群和U(1)群。对称群为连续群和分立群的情形分别被称为连续对称性和分立对称性。德国数学家威尔是把这套数学方法运用於物理学中并意识到规范对称重要性的第一人。
二十世纪五十年代杨振宁和米尔斯意识到规范对称性可以完全决定一个理论的拉格朗日量的形式,并构造了核作用的SU(2)规范理论。从此,规范对称性被大量应用於量子场论和粒子物理模型中。在粒子物理的标准模型中,强相互作用,弱相互作用和电磁相互作用的规范群分别为SU(3),SU(2)和U(1)。除此之外,其他群也被理论物理学家广泛地应用,如大统一模型中的SU(5),SO(10)和E6群,超弦理论中的SO(32)。
考虑下面的变换:将位于某根轴的一边的所有点都反射到轴的另一边,从而建立一个系统的镜像。如果该系统在操作前后保持不变,则该系统具有反射对称性。反射下的不变性(比如人体的两边对称性)与转动下的不变性(比如足球的转动对称性)相当不同。前者是分立对称性,而后者是连续对称性 。连续对称性对任意小变换均成立,而分立对称性却有一个变换单位,两者在物理学中都起重要作用。

对称性在物理学领域中重要的点是什么?

对称性在物理学领域中重要的点是什么?下面,一起来看一下吧!


对称性在物理学领域中重要的点是什么?

对称性是人们观察和认识自然过程中产生的观念。对称可以理解为一种模式或物体形状表面上不变的运动。在自然多变的运动进化过程中,运动的多样性呈现出各种各样的对称性。物理学有两种不同性质的对称性。一个是系统或某种特定事物的对称性,另一个是物理定律的对称性。物理定律的对称性是指在一定的操作后,物理定律的形态不变。因此,物理定律的对称也称为不变性。

对称性在物理学领域中的核心概念

对称是现代物理学的核心概念,指规范对称或局部对称和整体对称。它是指理论中的拉格朗日量或运动方程不会随着特定变量的变化而变化。如果这些变量随时发生共变,则这种不变性称为局部对称,反之称为全局对称。物理学中最简单的对称性例子是牛顿运动方程的伽利略平移不变性和麦克斯韦方程的洛伦兹平移不变性和相位不变性。

对称性在物理学领域中的计算方式

利用对称性的概念讨论了物理学中的对称性问题。物理学中有很多与对称相关的问题,使用对称性分析方法可以简单轻松地解决复杂的物理计算。很容易解决物理问题。讨论了对称性在力学、电学、电磁场中的重要应用后,还指出了对称性在粒子物理学中的重要应用。在现代物理学中,对称性对称性是物理学中最深刻的概念之一。对称是指进行某种操作后的不变性。例如镜像对称(手性)意味着通过空间反转操作不变,直观地说,镜像中的你除了左右外完全相同。通常,每个对称对应一个常量。例如,空间平移不变性对应于动量守恒。时间平移不变性对应能量守恒。空间旋转不变性对应于角动量守恒。等等。

物理学中为什么说对称性原理是物质世界最高层次的规律

对称是对称的现象是广泛存在于自然界,一些种的内在规律,物质世界的本质和表现形式的.探索物理世界的物理学研究物质世界的规律和对称的物理学研究具有非常重要的意义,本文讨论了三个方面的物理学中的对称性:(1)宏观物质世界的时间和空间的对称性.(2)微观物质世界的对称性和规范对称性.(3)对称性和守恒定律之间的对应关系.
整个身体的左右对称,旋转对称的五角星和季节更换对称性质,如对称现象,这些属于的时空对称,对称对称是指由在相对的,相称的对象或类似的平等.所谓的对称性是:改变(或操作)不变.各种各样的事情在世界上的对称性表现在两个方面:一类是对象的形状或几何的对称性.如果一个等腰三角形具有轴向对称性,一个平行四边形与中心对称,这是因为,根据对称的定义,我们使一个等腰三角形,一个平行四边形图案发生如下转换后的不变性.(A)如果整体等腰三角形ABC与它的高线AD的轴旋转180度得到的图形将完全重叠的原始等腰三角形;(b)如平行四边形ABCD作为一个整体是围绕其的对角线的交点O旋转180度,然后将所得的图案完全一致与原来的平行四边形.其他的事情的过程中,物理规律的对称性.所谓的物理定律:转型下的物理定律不变的对称性.一个熟悉的例子,当闹钟,一个摆在地球上的不同位置,由于重力加速度左右不等,导致其速度是不一样的,在这个时候,这个时钟运动在不同的地方和可重复性(或不变)不有,但是,是否因此认为,世界各地的钟摆物理定律吗?答案是否定的,钟摆周期和重力加速度之间的依赖关系还没有改变,所以保持不变的物理定律.
物理已知的守恒定律.例如,能量守恒定律,动量守恒,电荷守恒定律的法律.门的出现对称的必然结果,它不是偶然的,而是物理学定律的.因此,物理规律的研究,对称性是很重要的.这是因为:普通的对称性为指导,探索未知世界的物理定律,每个物理规律的对称性通常对应一个守恒定律,我们先来讨论各种宏观和微观物理世界的对称性.

《科学》首次证明:量子物理学中,理论预测与经典对称性的偏差

自然界许多现象在动态演化中证明了对称性,这有助于科学家更好地理解一个系统的内在机制。然而,在量子物理学中,这些对称性并不总是能得到。在超冷锂原子的实验室实验中,海德堡大学量子动力学中心的研究人员,首次证明了理论预测与经典对称性的偏差,其研究结果发表在《科学》上。在经典物理学中,理想气体的能量与施加压力成正比。这是尺度对称性的直接结果,同样的关系在任何尺度不变系统中都成立。
然而,在量子力学的世界里,量子粒子之间的相互作用可以变得如此强大,以至于这种经典的尺度对称性不再适用,该研究小组与物理研究所Selim Jochim教授的小组合作。在实验中,研究人员研究了锂原子超冷超流体气体的行为。
当气体被移出平衡状态时,它开始以一种“呼吸”运动不断地膨胀和收缩。与经典粒子不同的是,这些量子粒子可以成对结合,因此,超流体被压缩得越紧,就越硬。
由主要作者普尼特·穆尔蒂博士和尼科罗·拉德沃博士领导的研究小组,观察到了这种偏离经典尺度对称性的现象,从而直接验证了这个系统的量子本质。这种效应使人们对石墨烯或超导体等具有类似性质的系统行为有更深入的了解,当被冷却到一定的临界温度以下时,就不会产生电阻。在低温条件下,具有接触相互作用的二维(2D)系统预计会表现出量子反常现象——在经典体系中描述这类系统的尺度定律被打破。
这些异常的特征在二维费米气体实际空间性质中得到了观察,但其影响远没有理论基础上预期的那么明显。Murthy等人研究了二维费米原子超流体的动量空间分布。他们首先对气体进行扰动,然后监测其原子的动量分布,在原子间强相互作用的情况下,动量分布明显偏离经典尺度。量子异常是由于某些经典理论量子化过程中出现的分歧而违反经典尺度对称性。
虽然它们在多体系统的量子场理论描述中发挥着重要作用,但对实验观测结果的影响却难以识别。在这项研究中,发现了一个独特表现量子异常动量空间动力学的二维(2D)费米超流体超冷原子。在强相互作用的情况下,超流体在呼吸模式周期中的一对动量分布表现出尺度破坏。研究发现,表征系统中长期相位关联的幂律指数被量子异常修正,强调了这种影响对二维超流体临界性质的影响。

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