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Posts tagged ‘对称’

11
Oct

2008诺贝尔物理学奖

10月7日,2008年诺贝尔物理学奖揭晓,获奖的是三位日本人——南部阳一郎小林誠益川敏英。日本人已经多次荣膺这一科学界最高荣誉了,而我们仍然没有一位在中国受教育在中国搞科研的拥有中国国籍的人获得诺贝尔奖,确实很可悲。

他们三位的获奖原因,是关于对称性破缺的机制和起因。诺贝尔奖评委拉斯·布林克用一只普通的橘子深入浅出地解释了这三位科学家的重要成就:世界万物并不存在完美的对称,就像看上去对称的橘子在显微镜下会呈现出对称性的偏离。实际上这个问题涉及到了宇宙运作的根本,不是三言两语能说明白的,也难怪找老师在班里说他们的主要贡献时班里一片大惑不解的声音。他们的理论还渗透到了标准例子模型中,预言了另外三种夸克的存在(貌似当初盖尔曼提出夸克模型是认为只有三种夸克),这一点在近几年得到了证实。关于物理学中的对称性,建议大家看看阿热写的《可怕的对称》(Fearful Symmetry)——一本比较通俗的,文采较好的科普书。

这里有一份此次诺贝尔物理学奖的科学背景资料,pdf格式的,可惜是英文版。

22
Mar

最小作用量原理与物理之美5——对称守恒与作用量

作用量的形式变幻多端,有人曾问过我我们是怎么知道作用量的表达式的。我想说的是,人类还没有一套完整的直接写出不同领域的作用量的方法,但是利用物理定律的对称性人们可以更容易得找到正确的作用量。物理定律的对称性和平常所说的几何对称还稍有不同,我来简单介绍一下吧。

对称的定义要点是这样的:如果有一样东西,我们可以对它做某种事情,在做完之后,这个东西看起来依旧和先前一样,那它就是对称的(见《费恩曼物理学讲义 第一卷》第52章)。比如我们熟悉的轴对称图形,我们把它经过镜面反射,它看起来和原来一样,因此它就是对称的。

作用量的对称性就是物理定律的对称性。对于物理定律来说,他们应该满足一些对称性。例如,F=ma这样的定律,我们在实验室做实验、在海底做实验、在外太空作实验都可以得到,不会在哪里发现F=2ma或者F=m^2*a。我们称这些物理定律满足空间平移对称。物理定律还满足时间平移对称,我们一百年以前做的实验发现的定律,现在再做还会发现同样的定律,一百年以后依然如此,物理定律的形式不随时间的流逝而改变,就称这些定律满足时间平移对称。还有一个比较普遍的对称称为空间旋转对称,即我们无论脸朝着哪个方向看到的物理定律都应该都是相同的。以上三个对称性,是适用于所有物理定律的,至今没有发现任何物理定律例外。 Read moreRead more

1
Mar

最小作用量原理与物理之美0——导言

爱因斯坦说过:“我想知道上帝是如何设计这个世界的。对这个或那个现象、这个或那个元素的谱我不感兴趣。我想知道的是他的思想,其他的都只是细节问题。”近代物理隐隐约约的表明,我们人类似乎已经接近于上帝的终极设计了,最小作用量原理、对称与守恒可能就是上帝设计世界的原则。最小作用量原理、对称与守恒不同于F=ma、F=GMm/r^2、F=kx、F=kQq/r^2这类的普通物理定律,他是物理定律的定律,是一切其他普通物理定律的基础。

最小作用量原理是一个令人神往的课题,费恩曼上高中时听到他的老师巴德给他讲的时候就被深深震撼了,我也是一样。当我第一次从费恩曼的书中看到这个原理时,真是有种无法言表的喜悦,好像是我窥见了上帝设计世界的图纸一般。后来我就如饥似渴的学习者有关引人入胜的最小作用量原理的知识,同时越来越被这伟大的原理所吸引。

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1
May

用逻辑学规范物理学(三)

也许我是受费曼的熏陶太深,也许我就是思想顽固保守,我总相信宇宙有一套自然公理,而通过这套公里就可以完全用逻辑学的推理,把所有宇宙定律全部推出来。我知道这个问题不是我现在所能研究的了的,但我还是太狂热。那么,就让我冒昧的先把最基础的牛顿时代的定律加以整理吧。

至于自然界的公理是什么,我还是要说我受费曼的影响太深。费曼认为,宇宙中最基本的两个原理应该是对称守恒和最小作用量原理。我深表同意。这两个原理,我自认为无可厚非的成为宇宙中的最基本公理。关于对称守恒的原理,我还是想选择Noether定理(诺特尔定理)作为基本公理,该定律内容是这样的:宇宙中对称与守恒是一一对应的(它们之间有着某种妙不可言的神秘关系)。例如:空间平移对称对应着动量守恒,时间平移对称对应着动量守恒,空间方向对称对应着角动量守恒,规范性变换对称对应着电荷量守恒,左右对称对应着宇称守恒(这组守恒似乎是破缺了),等等。

有了这组公理,我现在开始推。

首先,考察一些事物的属性。作为空间,他有几个固有性质:平移对称,各向同性,连续性,无限性,有三维(比较保守的观念)等。(引用自:《科学与假设》,彭加勒著)作为时间,他也应该有几个固有性质:平移对称,反演对称(似乎是部分破缺的)等。在关于时间的问题上,我不敢多讨论,也不想多讨论,因为连最牛的科学家都说不清道不明。

因此,通过Noether定理,我就得出了以下几条定理: Read moreRead more

7
Jan

几本很好很强的物理书

最近一个学期,每星期必去一次书城,每次去都有买几本书的冲动,除非没带钱。虽然大部分书闲置了,但真有一些好书值得反复品读。

《可怕的对称》(阿·热 著)这是一本很出名的物理学科普书籍,我看了许多的科普书的引用里面都有它,甚至连机械工业出版社出版的《大学物理》教材都要引用它。里面讲的对称思想,至今使我激动不已,原来是世界是这么美妙。

《物理定律的本性》(R·P·费曼 著)名字里有"RP",人品就是高啊!这是一位获得过诺贝尔奖的物理学家,在量子电动力学有卓越的贡献。而它又是一位天才似的科普演讲家,他在康奈尔大学的演讲,也就是这本书的出处,取得了巨大成功。他用的都是最先进最有趣的物理思想、最生动最易懂最贴切的比喻、最平易惊人的语言,用几乎小学生水平的数学,讲述了物理定律的本性,我看得十分着迷。

《自然哲学之数学原理》(艾萨克·牛顿 著)这本书最强,不用说大家应该也知道,这是物理大厦的奠基之书,被誉为世界上最伟大的科学书籍。这本书挺难(对于我这种低智商的人来说),因为牛顿在这本书里已经大量使用它自己发明的现在被称为微积分的数学工具了。里面讲了力学、运动学、流体力学、天文学、潮汐等有关定理。

原来物理世界这么神奇,居然有着对称、守恒、最小作用量原理这样的普适原理,在人类目前可以达到的范围内放之四海而皆准!!!无论是牛顿力学还是麦克斯伟电磁学,无论是相对论还是量子力学,都离不开他们的身影。。。神奇啊啊!!!