物理学中的对称性

守恒定律在自然界中存在相应一种对称性的表现[8]。1916年德国数学家研究守恒定律与对称性之间的关系得出著名的定理：如果一个体系的作用量存在某种对称性，即在某种变换下作用量具有不变形=性，则该体系必然存在一条相应的守恒定律[9]。如关于时间平移的对称性导致能量守恒定律，关于空间平移的对称性导致了动量守恒定律等。

对称性导致物理问题的发生和解决，物理学中，当积累的经验材料尚未从理论上加以领悟，只是把它归有现有理论范围中或尝试建立新的理论时这时可以找到某些对称性规律，进而发现其中的问题，这时我们把对称性作为基础，解释其在经验材料中的存在，并且这样活着那样的调整经验材料，使新的对称性规律在新的实验中找到自己的证明。

例如，开普勒在分析布拉格的天文观察结果时，发现了行星运动的三条规律具有对称性，而事实上，开普勒第二定律可以表述为星星的扇形速度守恒定律，第一定律假定了椭圆轨道，太阳处于椭圆轨道的一个焦点上，第三定律也是一种特殊的守恒定律，而开普勒的规律性既不能哥白尼图示中，更不能纳入亚里士多德宇宙观图示中，也不能纳入伽利略，笛卡尔等的经典物理学图示中。为此，牛顿的《自然科学中的数学原理》时对此情况的克服，从而充分揭示了在一定条件下的“开普勒对称性”。

总之，物理学中许多重大问题的解决与克服完全的或者部分的，明显的或隐蔽的同某些基本对称性的破坏与恢复有关，可以说现代物理学中的不少重大问题的突破，都直接的或者间接的与对称性或者对称性破缺有关。

５对称性在物理学中的应用

对称性思想在物理学中指导理论的构建，对原理的解释，证明，分析，预言，和问题的解决等方面有着广泛的应用。

例如，在电磁学中，对于大量具有对称性的带电体物理问题，如考察均匀带电球面的电场方向，载流原线圈的磁场方向，可根据对称性思想：对称性的“原因”至少要在对称性的“结果”中体现，由此可定性的讨论电场，磁场的分布及方向[10]。

又如，德布罗意根据对称性思想， 把光的波粒二象性推广到实物粒子后，提出了物质波的概念，并由实验证明了它的正确性，爱因斯坦者正是应用了对称性思想，把牛顿运动定律关于伽利略变换的不变性推广到物理定律关于一切惯性系中具有洛伦兹变换的不变性创立了狭义相对论，物理定律关于一切参考系应用广义写变形原理

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具有不变性创立了广义相对论，从而把物质理论的对称性，提高到一个崭新的阶段，正电子的预言和发展，使人们第一次认识到微观粒子存在反粒子，揭示了大自然的一种基本对称（正与反的对称性），物理学剑门正是利用这种正反对成性，最终得到了自然界中各种基本粒子都有反粒子存在的普遍理论[13]。

现代科学的每一次重大进展，对称性都起到了重要作用。

6结论

对称性在物理学中起着重要的作用，因此，研究物理规律的对称性十分重要。这是因为：探索未知的物理规律时可以以普通的对称性作为引导；物理规律的每一种对称性通常都对应一种守恒定律。思考一下：万有引力已被我们熟知，那有没有万有斥力呢？如果没有，那为什么没有呢？这些问题有待我们去进一步探讨。

参考文献：

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[2] 邓发明．浅谈物理学中的对称性[M]．四川：康定乐山师范学院学报，2005年5月,第20卷 第

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[3] 张三慧．大学物理学 第一册 力学 第二版[M].清华大学出版社,出版年:1999年4月

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