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简介:喜欢写科普的游戏制作人关注为了方便大家理解,我先来说说「对称」。她说:在系统中每个连续的对称性,都会对应着一个守恒量。德国数学家埃米·诺特这句话要怎么理解呢?意思就是说,在这个世界里,任何连续性的对称维度下,都一定有某个物理量因此而守恒。什么意思呢,就是说,任何相同的物理过程,换一个时间来进行都是一样的结果。比如你把一个小球从相同楼层上抛下去,不管你是今天丢,还是明天丢,这个加速掉落的过程肯定都是...
阿布大树
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为了方便大家理解,我先来说说「对称」。
在 20 世纪初,德国著名的女性数学家埃米·诺特提出了一个非常著名、也非常受物理学家们欢迎的诺特定理。
她说:在系统中每个连续的对称性,都会对应着一个守恒量。
德国数学家埃米·诺特
这句话要怎么理解呢?
意思就是说,在这个世界里,任何连续性的对称维度下,都一定有某个物理量因此而守恒。
比如,在时间维度上就有平移对称性。
什么意思呢,就是说,任何相同的物理过程,换一个时间来进行都是一样的结果。
比如你把一个小球从相同楼层上抛下去,不管你是今天丢,还是明天丢,这个加速掉落的过程肯定都是一样的,最后落地的速度也一定一样,这都可以用相同的重力加速度公式来计算,这个公式里面也不会有任何起始时间的参数,因为不管什么时间做这个实验,肯定结果都是相同的。
那么时间平移的对称性对应什么物理量守恒呢?
对应的是能量守恒。
为什么这么说呢?
因为时间平移如果对称的话,系统的整体能量就不会发生变化。
比如你今天把小球拿到楼顶付出了一定的能量,转化成了小球的势能。
那么你不再移动小球的话,到明天小球的势能也不会有任何变化,你明天如果抛下小球,小球的势能就会转化成为相同的小球落地的动能,能量因为时间平移具有对称性,所以保持了总量守恒。
如果时间平移不对称了,比如重力常数随时间发生了变化,变得越来越大了,那么第二天小球就会凭空具有了更多的势能,那能量就不守恒了,我们就可以凭空源源不断地获得能量,这显然是不可能的,因此时间平移一定是对称的。
与之相同,物理学里还有空间平移对称性,意思是一个物理过程,无论在哪里进行都是一样的,它不会随位置变化而发生改变。
在知名科幻小说《三体》里开篇就有这么一段情节:
三体人派了几个智子跑到地球捣乱,随机干扰了粒子加速器实验结果,结果导致全球的物理学家们都陷入了恐慌。
当时材料学家汪淼去找物理学家丁仪去了解科学界发生了什么事情,丁仪就邀请汪淼打台球。
丁仪问汪淼,如果你能把台球打进洞的话,那