對稱和守恒在物理學研究中的意義

劉雷

(湖北省武漢市江漢大學，湖北 武漢 430056)

1 引言

楊振寧教授曾說過：“自從文明伊始，對稱性的概念就以某種形式存在于整個人類社會的語言中了。”自然界中無論何種物質都可能存在對稱，而根據一個偉大的定理—諾特定理可知，對稱與守恒一一對應。例如：物理學家們發現無論時間如何變遷，能量一直是守恒的；而不管空間如何變換，動量是一直守恒的。在過去，物理學家們通過研究守恒定律企圖去尋找其中的對稱，而對稱性在當時也被認為是一個并沒有什么實際作用的理論的附屬品。而在后來的研究過程中，事實上，對稱性就被認定是創造物理新理論的指導性原則。對稱與守恒的研究在物理學中具有舉足輕重的作用，故對稱與守恒的物理學研究意義是及其深遠的。

很早之前，人們就擁有了守恒的思想，其認為自然界的萬物都是循環往復的。楊振寧教授曾說過：“守恒定律的重要性雖然早已得到人們的充分了解，但它們同對稱定律間的密切關系似乎直到20世紀初才被清楚認識。”其實從根本上來講，對稱中是蘊含守恒的，因為對稱從表面來看其實就是對稱前后沒有發生任何變化，在物理學中即物理規律通過對稱后并未改變，但早期的物理學家們并未意識到這一點。隨著科技越來越發達，對于守恒的觀點人們也有了更加成熟的認識。物理學家們也開始將守恒與對稱結合起來進行思考，通過查閱資料可知：17 世紀，守恒的思想，尤其是能量和動量守恒就被伽利略、萊布尼茲等科學家從多維角度進行解釋；……