Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Справочник (белкин).doc
Скачиваний:
116
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
1.87 Mб
Скачать

2.3. Пространство, время, теория относительности

1. Инвариантностью в широком смысле называется независимость от физических условий. Чаще всего это относится к неизменности какой-либо величины по отношению к некоторым преобразованиям.

2. Симметрией называется неизменность состояния системы (материальных объектов, уравнений, пространства и времени) относительно какого-то преобразования (табл. 2.1).

3. Теорема Нётер: каждой симметрии соответствует закон сохранения и конкретная структура сохраняющейся величины.

4. Однородностью называется одинаковость свойств в разных точках среды при прочих равных условиях.

5. Изотропность (изотропия) – независимость свойств среды от направления при прочих равных условиях. Анизотропия означает наличие зависимости свойств от направления.

6. К симметриям относятся непрерывные преобразования пространства и времени:

– перенос системы (сдвиг) как целого в пространстве. Если это преобразование при прочих равных условиях не приводит к каким-либо изменениям, то оно означает однородность – эквивалентность всех точек пространства (отсутствие избранных точек). Свойство однородности связано не только со сдвиговой симметрией, но и с законом сохранения импульса (теорема Нётер);

– поворот системы как целого в пространстве. Отсутствие изменений в результате этого поворота при прочих равных условиях означает изотропность пространства (отсутствие избранных направлений). Свойство изотропности связано с законом сохранения момента импульса (теорема Нётер);

– изменение начала отсчёта времени (сдвиг во времени). Отсутствие изменений при прочих равных условиях означает однородность времени, что связано согласно теореме Нётер с законом сохранения энергии;

– переход к новой системе отсчёта, движущейся относительно первой с постоянной скоростью. Наличие симметрии, т. е. отсутствие изменений, означает эквивалентность всех инерциальных систем отсчёта.

7. Условию инвариантности относительно определенных групп преобразований удовлетворяют не только геометрические симметрии, но и симметрии более абстрактные. Так, инвариантность законов механики относительно преобразований Галилея представляет собой пример, так называемой, динамической симметрии. В общем, динамические симметрии связаны с переходами систем из состояния с одной энергией в состояние с другой энергией.

8. При движении электрических зарядов энергия, затрачиваемая на перемещение выделенного заряда, зависит только от разности потенциалов между начальной и конечной точками перемещения. Результат будет тот же, если в системе изменить уровень отсчета нулевого потенциала. Аналогичная ситуация имеет место при перемещении тела в поле тяжести на различные высоты. Здесь затрачиваемая работа не зависит от уровня начального отсчета, а определяется лишь разностью высот. Такого рода симметрии, связанные с изменением масштаба отсчета высоты, напряжения и т. п., называются калибровочными. Калибровочные симметрии связаны со свойствами частиц, а не со свойствами пространства и времени. Эти симметрии относятся к взаимосвязи между некоторыми физическими величинами и источниками физических полей.

Калибровочные симметрии играют основополагающую роль в разработке физической картины мира, устанавливая, в частности, критерии существования различных видов фундаментальных взаимодействий, а также условия их слияния в единое взаимодействие, так называемую, суперсилу.

9. Дискретные преобразования пространства-времени показывают симметрию законов природы относительно одновременного преобразования пространственной инверсии (P), обращения времени (T) и зарядового сопряжения (C), т. е. замены частиц на соответствующие им античастицы (теорема CPT).

10. Существуют оптически активные вещества, способные вращать плоскость поляризованного света, что связано с асимметричным строением их молекул. Такие молекулы не совмещаются со своим зеркальным отражением, существуют в двух модификациях, их называют «правыми» и «левыми» или оптическими изомерами. В неживой природе изомеры представлены поровну. В живой природе все белки построены из левых оптических изомеров аминокислот.

Таблица 2. 1.