物理学中对称性的问题研究
毕业论文关键词：对称性；对称性破缺；物理定律；守恒律
The Research on Symmetrical Problems of Physics
Abstract: There are many problems concerned about symmetry in physics,the method of symmetry analysis helps us to find out the new way to solve the problem of physics.The paper starts with the analysis of symmetry in physics setting forth that the symmetry of physical theory and the application of symmetry in physics.The conservation laws of momentum,angular momentum and energy is deduced by time and space symmetry.In the modern physics,especially in the field of microcosmic physics symmetry has been a powerful means to study physical problems.
Key Words: Symmetry; Broken symmetry; Physical law; Conservation law
目 录
摘要 1
引言 1
1.物理学中的对称性 2
1.1物理学中对称性的定义 2
1.2物理学中对称性的分类 2
1.2.1宏观物理中的对称性 2
1.2.2微观物理中的对称性 3
1.3对称性破缺 4
2.物理定律的对称性 4
2.1空间平移不变性与动量守恒 4
2.2空间转动不变性与角动量守恒 5
2.3时间平移不变性与能量守恒 6
3.对称性在物理学中的应用 7
3.1对称性在电场中的应用 7
3.2对称性在量子力学中的应用 8
4.总结 9
参考文献 9
致谢 10
物理学中对称性的问题研究
引言随着物理学的发展以及人们对自然规律认识的逐渐深入，特别是爱因斯坦狭义相对论提出后，对称性成为现代物理中的主角。德国大数学家魏尔对于对称性作了如下定义：“若是体系经变换到另一个状态以后，与原状态仍等价，这类变换就叫对称变换。[1]”量子力学的建立，成就了对称性在物理学日常的工作语言中的重要地位。这之后的对称性开始渗入其他物理学的语言中。
长期以来，人们通过大量的实验事实已经清楚地知道物质之间的相互作用总共有四种。即引力作用、电磁作用、强相互作用、弱相互作用。其中弱 作用 过程发生于原子 的内。这与之后李政道杨振宁发现 相互作用中宇称奇偶对比，只有引力、电磁和强相互作用下 守恒。人们并不满足于绝对意义上的对称，总是在整体的对称中设置局部的不对称，即对称性被破坏了，物理学上称这种情况为对称破缺。自然界几乎对称，而不完全对称，出现了对称性破缺。
其后经过对物理问题的研究得知，物理守恒律反映了客观物质世界的对称性。对称和守恒这两个重要概念是紧密地联系在一起的。1918年德国女数学家尼约特提出了著名的定理，给探寻作用量的形式带来了曙光，这就是每一自然界的对称性均对应于一物理量的守恒定律，反之亦然[2]。运动定律的空间平移、时间平移、空间旋转的对称性分别对应着动量守恒、能量守恒、角动量守恒。而空间反演和电荷规范的对称性对应着宇称守恒定律和电荷守恒定律等。后来发现，诺特定理在量子力学中也成立。这是诺特定理经过推广的结果。在粒子物理学和量子力学范围，又加入了新的一些内部自由度，得出了新的抽象空间对称性以及它所相对应的守恒定律。
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