試論大學(xué)物理中的“對(duì)稱性”與力學(xué)三大守恒定律的關(guān)系

摘要：“對(duì)稱性”，是物理力學(xué)分析中的主要內(nèi)容，它與物理學(xué)中的眾多理論都有著密切的聯(lián)系。基于此，本文著重對(duì)大學(xué)物理中“對(duì)稱性”與力學(xué)三大守恒定律的關(guān)系進(jìn)行論述，以達(dá)到重新梳理物理學(xué)相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科研究知識(shí)在歸納中拓展的目的。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；“對(duì)稱性”；力學(xué)三大守恒定律

引言：

隨著社會(huì)理論分析的視角逐步拓展，人類文明的研究領(lǐng)域也在逐步拓寬。大學(xué)物理，是人類應(yīng)用現(xiàn)有理性思維知識(shí)，實(shí)現(xiàn)世界資源、空間分析的直接體現(xiàn)。大學(xué)物理教師在教學(xué)過程中，為了對(duì)“對(duì)稱性”進(jìn)一步解讀，將其與力學(xué)三大守恒定律結(jié)合在一起，全面實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)綜合解析。

一、對(duì)稱與“對(duì)稱性”之間的關(guān)系

對(duì)稱，是在二維平面軸對(duì)稱的定義上延伸出來的理論，是指處于同一平面中兩個(gè)平行物體，它們?cè)跇邮健㈩伾⒖臻g分布等方面都相同，但其方向卻相反的物質(zhì)。而對(duì)稱性，是在對(duì)稱概念的基礎(chǔ)上，延伸出來的形態(tài)特征。如某一物體經(jīng)過某一個(gè)周期旋轉(zhuǎn)后，依舊與原來的圖像相互吻合，那么，我們就稱物體的這種特征為“對(duì)稱性”[1]。

“對(duì)稱性”原理，是牛頓力學(xué)原理基礎(chǔ)之一。力學(xué)在這一理論之上，引申出物質(zhì)發(fā)展的對(duì)稱性與不對(duì)稱的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)物質(zhì)守恒的相關(guān)原理進(jìn)行證明論述。此外，“對(duì)稱性”的分析，也能夠進(jìn)一步拓展質(zhì)量、數(shù)量層面的延伸，小到一粒微塵的變化，大到世界物質(zhì)的生存與死亡，均遵循著“對(duì)稱性”和“非對(duì)稱性”之間的關(guān)系[2]。

二、“對(duì)稱性”與力學(xué)三大守恒定律之間的關(guān)系

（一）時(shí)間平移與能量守恒定律

依據(jù)力學(xué)的能量守恒定律可知：物質(zhì)中的能量不會(huì)憑空產(chǎn)生，也并不會(huì)憑空消失，它的運(yùn)作始終遵循著能力均衡的狀態(tài)。而大學(xué)物理中提到的“對(duì)稱性”，也是從這一層面，對(duì)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。如，我們每天經(jīng)歷的時(shí)間均是24小時(shí)，每一小時(shí)又分為60分鐘，每一分鐘又被分為60秒。今天如此，昨天亦如此，未來也如此。如果將其看作是力學(xué)中的能量，則每一天的時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，均處于平衡的狀態(tài)中。

以更具體的例子來解析，假定一粒子的勢(shì)能一維運(yùn)動(dòng)過程中，其受力為F，做功為A。則按照熱能、動(dòng)能的轉(zhuǎn)換原理來看，A與F之間，在勢(shì)能區(qū)間內(nèi)，平行進(jìn)行一維運(yùn)動(dòng)，始終保持熱能轉(zhuǎn)換與動(dòng)能損耗相互平衡的狀態(tài)，即F=A的能量轉(zhuǎn)換。由此可見，時(shí)間在發(fā)生平移變換的過程中，也將與不同形式的能量，發(fā)生相互轉(zhuǎn)換，但能量自身的總數(shù)卻沒有發(fā)生變化。

此外，我們對(duì)能量守恒的分析過程中，對(duì)永恒工作的永動(dòng)機(jī)的分析，就是對(duì)力學(xué)守恒與時(shí)間平移對(duì)稱理論相互沖突的代表。由此來看，只要物理做功過程中有損耗，在時(shí)間平移的“對(duì)稱性”特征就存在。

（二）空間對(duì)稱性與動(dòng)量守恒定律

大學(xué)物理中空間對(duì)稱性理論認(rèn)為：只要實(shí)驗(yàn)環(huán)境相同，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果就相同。而物理力學(xué)中動(dòng)能守恒定律中，也對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生的能量變化的定義為：物質(zhì)動(dòng)能轉(zhuǎn)換是周期循環(huán)的，兩者在空間形態(tài)的變化上，都以“恒定”作為論證的最后關(guān)鍵詞。

運(yùn)用更具體的例子對(duì)其分析，即一粒子在一維運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中的運(yùn)用，始終處于勢(shì)能規(guī)定區(qū)域（X，M）之間運(yùn)動(dòng)，設(shè)定粒子的運(yùn)動(dòng)函數(shù)為P，則函數(shù)P粒子能量運(yùn)動(dòng)軌跡的變化，始終位于勢(shì)能空間變化之中。如果函數(shù)P只是空間發(fā)生變化，則我們是不會(huì)看到粒子能量變化的軌跡。而當(dāng)質(zhì)點(diǎn)處于一個(gè)絕對(duì)位置時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)用變化，需要通過空間平移的變化，來分析粒子勢(shì)能狀態(tài)中運(yùn)行狀態(tài)。因此，勢(shì)能空間的平移變化，可作為粒子質(zhì)點(diǎn)發(fā)生變化、運(yùn)用過程的主要分析渠道，也是保障物理運(yùn)動(dòng)過程中，相互作用力之和為零，即兩個(gè)之間之間的作用力和反作用力之間始終保持平衡，而這一理論，正是物理力學(xué)中動(dòng)量守恒定律的主要內(nèi)容。

（三）空間轉(zhuǎn)換與角量守恒定律

空間轉(zhuǎn)換理論，是指在實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，物理實(shí)驗(yàn)與空間的取向無關(guān)，設(shè)定其實(shí)驗(yàn)方向后，其實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)果、實(shí)驗(yàn)操作的過程，并不會(huì)因此而發(fā)生變化。即空間之間發(fā)生平移時(shí)，其實(shí)踐的空間同向性也相同。而角量守恒定律，則是認(rèn)為：質(zhì)點(diǎn)對(duì)固定點(diǎn)的的角動(dòng)量，與時(shí)間的變化軌跡產(chǎn)生的力、與質(zhì)點(diǎn)到該點(diǎn)的外部延伸點(diǎn)之間有著密切性關(guān)聯(lián)。

以更為具體的例子來分析，一粒子在一維運(yùn)動(dòng)空間區(qū)域（V，A）之間運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)過程中，繞其核心軸X旋轉(zhuǎn)后，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的軌跡運(yùn)動(dòng)力，與質(zhì)點(diǎn)到軌跡運(yùn)動(dòng)的趨向變化的力平衡，則（V，A）之間的力變化，均不能脫離X軸運(yùn)動(dòng)空間變化，即X軸上質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的力，與（V，A）之間的力的變化合力為零。

即大學(xué)物理中的“對(duì)稱性”與力學(xué)角量守恒之間的關(guān)系，可以運(yùn)用函數(shù)空間對(duì)應(yīng)性的理論對(duì)其進(jìn)行解釋。當(dāng)物質(zhì)所在的空間角度發(fā)生變化時(shí)，空間結(jié)構(gòu)的信息，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的動(dòng)力，也會(huì)隨著物質(zhì)的變化而變化。但力的產(chǎn)生與變化過程，始終遵循中合力為零的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)空間內(nèi)力的劃分，因此，空間轉(zhuǎn)換后，只是將物體內(nèi)容，以平移、復(fù)制的方式，放置到另一個(gè)空間中，其實(shí)質(zhì)并沒有發(fā)生較大的變化，因此，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)后，空間轉(zhuǎn)換依舊與其原有狀態(tài)保持一致，正是對(duì)物理守恒定律中，角量守恒變化的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，在現(xiàn)代物質(zhì)分析的主要表現(xiàn)。

結(jié)論：

綜上所述，試論大學(xué)物理中的“對(duì)稱性”與力學(xué)三大守恒定律的關(guān)系，是物理力學(xué)知識(shí)整合關(guān)于分析的理論基礎(chǔ)，對(duì)于理論知識(shí)額整合具有一定的指導(dǎo)作用。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)稱和“對(duì)稱性”的關(guān)系，分別從間平移與能量守恒定律、空間對(duì)稱性與動(dòng)量守恒定律、以及空間轉(zhuǎn)換與角量守恒定律層面，分析大學(xué)物理中“對(duì)稱性”的特征。因此，淺析大學(xué)物理中的“對(duì)稱性”與力學(xué)三大守恒定律的關(guān)系，是當(dāng)代物理學(xué)知識(shí)深入研究的體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣逢春，盧雪艷，吳杰，李俊玉.混合式教學(xué)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用分析[J].物理通報(bào)，2018（01）：2-6+9.

[2]馮炎堯，汪小剛，陳均朗.新高考模式下的大學(xué)物理與中學(xué)物理有效銜接的研究[J].課程教育研究，2018（01）：158.

作者簡(jiǎn)介：趙波，男，籍貫：貴州織金，1995年2月出生，學(xué)歷：本科。

通訊作者：彭雙艷