A szimmetria és a természetvédelmi törvények alapelvei

A természeti világ bonyolult hely. A harmóniák lehetővé teszik az emberek és a tudósok számára, hogy megkülönböztessék a rendet. A fizika régóta megértette, hogy a szimmetria elve szorosan kapcsolódik a megőrzés törvényeihez. A három legismertebb szabály: energiamegtakarítás, lendület és pillanata. A nyomás megőrzése annak a következménye, hogy a természet beállításai ne változtasson semmilyen időközönként. Például Newton gravitációs törvényében el lehet képzelni, hogy a GN, a gravitációs állandó az időtől függ.

Ebben az esetben az energia nem kerül mentésre. Az energiatakarékosság megsértésének kísérleti kutatásaiból szigorú korlátokat lehet meghatározni az ilyen időbeli változásokra. A szimmetriának ez az elve meglehetősen tág, és mind a kvantummechanikában, mind a klasszikus mechanikában alkalmazzák. A fizikusok ezt a paramétert néha az idő egységességének nevezik. Hasonlóképpen, a lendület megőrzése annak a következménye, hogy nincs különleges hely. Még akkor is, ha a világot derékszögű koordinátákkal írjuk le, a természet törvényei nem törődnek azzal, hogy mi tekinthető forrásnak.

Ezt a szimmetriát "transzlációs invarianciának" vagy a tér egységességének nevezik. Végül a lendület megőrzése a mindennapi életben a harmónia ismerős elvéhez kapcsolódik. A természet törvényei változatlanok a forgatások tekintetében. Például nem csak az számít, hogy egy személy hogyan választja ki a származást, hanem az sem számít, hogyan választja ki a tengelyek tájolását.

diszkrét osztály

A tér-idő szimmetria, az eltolás és a forgás elvét folyamatos harmóniáknak nevezzük, mivel a koordinátatengelyeket tetszőleges mennyiségben lehet mozgatni és tetszőleges szögben forgatni. A másik osztályt diszkrétnek nevezzük. A harmónia példája mind a tükörben való visszaverődés, mind a paritás. Newton törvényei is rendelkeznek a kétoldalú szimmetria ezen elvével. Csak egy gravitációs mezőbe eső tárgy mozgását kell megfigyelni, majd ugyanazt a kurzust kell tanulmányozni egy tükörben.

Míg a pálya más, engedelmeskedik Newton törvényeinek. Ez mindenki számára ismerős, aki valaha is állt egy tiszta, jól csiszolt tükör előtt, és összezavarodott abban, hogy hol volt a tárgy és hol volt a tükörkép. A szimmetria ezen elvének leírásának másik módja a bal és az ellenkező közötti hasonlóság. Például a háromdimenziós derékszögű koordinátákat általában a "jobb kéz szabálya"szerint írják. Vagyis a pozitív áramlás a z tengely mentén abban az irányban fekszik, amelybe a hüvelykujj mutat, ha egy személy jobb kezét z körül fordítja, x Ou - tól kezdve x-ig.

A nem konvencionális koordináta-rendszer 2 ellentétes. Rajta A Z tengely jelzi azt az irányt, amelyben a bal kéz lesz. Az a kijelentés, hogy Newton törvényei változatlanok, azt jelenti, hogy egy személy bármilyen koordináta-rendszert használhat, a természet szabályai pedig azonosak. Érdemes megjegyezni, hogy a paritás szimmetriáját általában P betű jelöli. Most térjünk át a következő kérdésre.

A szimmetria műveletei és típusai, a szimmetria elvei

A paritás nem az egyetlen diszkrét arányosság a tudomány iránt. A másik az időváltozás. A newtoni mechanikában el lehet képzelni egy olyan tárgy videofelvételét, amely a gravitáció hatása alá esik. Ezt követően meg kell fontolnia a videó ellenkező irányú futtatását. Mind az "időben előre", mind a "hátra" mozdulatok engedelmeskednek Newton törvényeinek (a fordított mozgás olyan helyzetet írhat le, amely nem túl hihető, de nem sérti a törvényeket). Az idő megfordítását általában a T betű jelzi.

Töltéscsatlakozó

Minden ismert részecske (elektron, proton,. stb..) van egy antirészecske. Pontosan ugyanolyan tömegű, de az ellenkező elektromos töltés. Az elektron antirészecskéjét pozitronnak nevezzük. A proton egy antiproton. A közelmúltban az antihidrogént előállították és tanulmányozták. A töltéskonjugáció a részecskék és antirészecskéik közötti szimmetria. Magától értetődően, ez nem ugyanaz. De a szimmetria elve azt jelenti, hogy például egy elektron viselkedése egy elektromos mezőben megegyezik az ellenkező háttér pozitron hatásával. A töltéskonjugációt a C betű jelzi.

Ezek a szimmetriák azonban nem a természet törvényeinek pontos arányai. 1956-ban a kísérletek váratlanul kimutatták, hogy a béta-bomlásnak nevezett radioaktivitás egyik típusában aszimmetria van a bal és a jobb között. Először az atommagok bomlásában tanulmányozták, de a legkönnyebben egy negatív töltésű Anavar-mezon bomlásában írják le, egy másik erősen kölcsönhatásban lévő részecske.

Ez viszont egy müonra vagy egy elektronra, valamint antineutrinre bomlik. De a töltés bomlása Nagyon ritka. Ennek oka (egy speciális relativitáselméletet használó érv révén) az a tény, hogy a koncepció mindig a mozgás irányával párhuzamos forgással merül fel. Ha a természet szimmetrikus lenne a bal és a jobb között, akkor a neutrínó felét a spin párhuzamos, a részét pedig az antiparallel.

Ez annak köszönhető, hogy a tükörben a mozgás iránya nem módosul, hanem forgással. Ehhez egy pozitív töltésű Anavar + mezon, az antirészecske is társul -. Bomlik egy elektron neutrínó párhuzamos centrifugálással a lendületével. Ez a különbség viselkedése. Antirészecskéi a töltéskonjugáció invarianciájának megsértésének példája.

E felfedezések után felmerült a kérdés, hogy megsértették-e a T idő megfordításának invarianciáját. A kvantummechanika és a relativitáselmélet általános elvei szerint a T megsértése a C-vel van társítva Kb P, a töltések és a paritás konjugációjának szorzata. CP, ha ez a szimmetria jó elve, azt jelenti, hogy a bomlás nak, - nek 6 + e + + v ugyanolyan sebességgel kell haladnia, mint a 6-e - +. 1964-ben felfedezték a CP-t sértő folyamat példáját, amely egy másik erősen kölcsönhatásban lévő részecskéket tartalmaz, az úgynevezett Kmezonokat. Kiderül, hogy ezek a szemek különleges tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a CP kisebb megsértésének mérését. Csak a kétezer a CP lebontását meggyőzően mértük egy másik készlet bomlásaiban, B-mezonok.

Ezek az eredmények egyértelműen azt mutatják, hogy a szimmetria hiánya gyakran ugyanolyan érdekes, mint a jelenléte. Valójában, röviddel az SR megsértésének felfedezése után Andrej Szaharov megjegyezte, hogy a természet törvényeinek szükséges alkotóeleme az anyag túlsúlyának megértése az univerzumban az antianyag felett.

Alapelvek

Eddig úgy gondolják, hogy a CPT kombinációja, a töltések konjugációja, a paritás, az idő megfordítása megmarad. Ez a relativitás és a kvantummechanika meglehetősen általános elveiből következik,És jelenleg kísérleti tanulmányok igazolják. Ha ennek a szimmetriának bármilyen megsértését felfedezik, annak mély következményei lesznek.

Az eddig tárgyalt arányosságok azért fontosak, mert természetvédelmi törvényekhez vagy a részecskék közötti reakciósebességek közötti kapcsolatokhoz vezetnek. Van egy másik szimmetriaosztály, amely valójában sok erőt határoz meg a részecskék között. Ezeket az arányokat helyi vagy nyomtávú arányosságoknak nevezzük.

Az egyik ilyen szimmetria elektromágneses kölcsönhatásokhoz vezet. A másik, Einstein következtetése szerint, a gravitáció. Az általános relativitáselmélet elvének bemutatásakor a tudós azzal érvelt, hogy a természet törvényeinek nemcsak hozzáférhetőnek kell lenniük, hogy változatlanok legyenek, például amikor a koordináták egyszerre forognak mindenhol az űrben, de bármilyen változással.

A jelenség leírására szolgáló matematikát Friedrich Riemann és mások fejlesztették ki a tizenkilencedik században. Einstein részben alkalmazkodott, és újra feltalálta az igényeit. Kiderül, hogy az ezen elvnek megfelelő egyenletek (törvények) írásához be kell vezetni egy olyan mezőt, amely sok szempontból hasonló az elektromágneses mezőhöz (kivéve, hogy van spin kettő). Helyesen köti össze Newton gravitációs törvényét olyan dolgokkal, amelyek nem túl masszívak, nem mozognak gyorsan vagy lazán. Az ilyen rendszerek esetében (a fénysebességhez képest) az általános relativitáselmélet számos egzotikus jelenséghez vezet, mint például a fekete lyukak és a gravitációs hullámok. Mindez Einstein meglehetősen ártalmatlan fogalmából következik.

Matematika és egyéb tudományok

A szimmetria és a természetvédelmi törvények elvei, amelyek elektromossághoz és mágnesességhez vezetnek, egy másik példa a helyi arányosságra. Ennek bevezetéséhez a matematikához kell fordulnia. Ban ben kvantummechanika, az elektron tulajdonságait egy" hullámfüggvény " írja le (x). A működéshez , rendkívül fontos, hogy a vállalkozók komplex számok legyenek. Ez viszont mindig írható egy valós szám szorzataként, pés periódusok, E I. Például a kvantummechanikában a hullámfüggvényt állandó fázissal szorozhatja, hatás nélkül.

De ha a szimmetria elve valami erősebbre épül, hogy az egyenletek nem függenek a szakaszoktól (pontosabban, ha sok különböző töltésű részecske van, mint a természetben, egy adott kombináció nem fontos), akkor szükséges, mint a általános relativitás, hogy vezessenek be egy másik sor mezők. Ezek a zónák elektromágneses. A szimmetria ezen elvének alkalmazása megköveteli, hogy a mező engedelmeskedjen Maxwell egyenleteinek. Fontos.

Ma, a standard modell minden kölcsönhatása a helyi nyomtáv szimmetriájának ilyen elveiből fakad. A W és Z zónák létezését, valamint tömegüket, felezési idejüket és más hasonló tulajdonságaikat sikeresen megjósolták ezen elvek következményeként.

Mérhetetlen számok

Számos okból javasolták az egyéb lehetséges szimmetriaelvek listáját. Ezen hipotetikus modellek egyike szuperszimmetria néven ismert. Két okból javasolták. Először is, meg tudja magyarázni a régóta fennálló rejtélyt: "Miért van nagyon kevés dimenzió nélküli szám a természet törvényeiben".

Például, amikor Planck bevezette állandóját h, rájött, hogy felhasználható egy mennyiség megírására a tömeg méreteivel, kezdve Newton állandójával. Ezt a mennyiséget ma Planck-mennyiségnek nevezik.

A nagy kvantumfizikus, Paul Dirac (aki megjósolta az antianyag létezését) levonta a "nagy számok problémáját". Kiderült, hogy a szuperszimmetria ilyen jellegének posztulálása segíthet a probléma megoldása. A szuperszimmetria szintén szerves része annak megértésében, hogy az általános relativitáselmélet elvei hogyan egyeztethetők össze a kvantummechanikával.

Mi a szuperszimmetria??

Ez a paraméter, ha létezik, összekapcsolja a fermionokat (fél egész spinű részecskék, amelyek engedelmeskednek a Pauli kizárási elvnek) a bozonokkal (teljes spinű szemcsék, amelyek engedelmeskednek az úgynevezett Bose statisztikáknak, ami a lézerek és a Bose kondenzátumok viselkedéséhez vezet). Első pillantásra azonban butaságnak tűnik ilyen szimmetriát javasolni, mert ha a természetben megnyilvánul, akkor azt várnánk, hogy minden fermion esetében pontosan ugyanolyan tömegű bozon lenne, és fordítva.

Más szavakkal, az ismerős elektron mellett léteznie kell egy olyan részecskének, amelyet szelektornak neveznek, amelynek nincs spin, és nem engedelmeskedik a kizárási elvnek, de minden más szempontból ugyanaz, mint az elektron. Hasonlóképpen, egy fotonnak tartalmaznia kell egy másik, 1/2-es spinű részecskét (amely engedelmeskedik a kizárási elvnek, mint egy elektron), nulla tömeggel és tulajdonságokkal, hasonlóan a fotonokhoz. Ilyen részecskéket nem találtak. Kiderül azonban, hogy ezek a tények összeegyeztethetők, és ez egy utolsó ponthoz vezet a szimmetriáról.

Tér

Az arányosság a természet törvényeinek arányossága lehet, de nem feltétlenül kell megnyilvánulniuk a környező világban. A tér körül nem egységes. Ez tele van mindenféle dolog, hogy bizonyos helyeken. Mindazonáltal a lendület megőrzéséből az ember tudja, hogy a természet törvényei szimmetrikusak. De bizonyos körülmények között az arányosságot "spontán megsértik". Az elemi részecskefizikában ezt a kifejezést szűkebben használják.

A szimmetriát spontán törésnek nevezzük, ha a legalacsonyabb energiájú állapot nem arányos.

Ez a jelenség sok esetben a természetben fordul elő:

• Állandó mágnesekben, ahol a legalacsonyabb energiaállapotban mágnesességet okozó spin-igazítás megsérti a forgási invarianciát.
• A kölcsönhatások során a hidroklorotiazid mezonok, amelyek tompítják az arányosság nevezett királis.

A kérdés: "létezik-e szuperszimmetria egy ilyen zavart az "állam" most intenzív kísérleti kutatás tárgya. Sok tudós elméjét foglalja el.

A szimmetria elvei és a fizikai mennyiségek megőrzésének törvényei

A tudományban ez a szabály kimondja, hogy az izolált rendszer specifikus mérhető tulajdonsága nem változik, mivel az idővel fejlődik. A pontos megőrzési törvények tartalmazzák az energiatartalékokat, lineáris lendület, annak pillanata, elektromos töltés. A hozzávetőleges elhagyás számos szabálya is létezik, amelyek olyan mennyiségekre vonatkoznak, mint a tömegek, a paritás, a lepton és a Barion számok, az idegenség, a hyperzaria stb. . Ezeket az értékeket a fizikai folyamatok bizonyos osztályaiban megőrzik, de nem mindenben.

Noether ` s Theorem

A helyi törvényt matematikailag általában a parciális differenciál folytonossági egyenletként fejezik ki, amely megadja a mennyiség mennyiségének és átvitelének arányát. Azt mondja, hogy egy ponton vagy köteten tárolt szám csak a kötetbe belépő vagy kilépő számra változhat.

Noether tételéből: minden természetvédelmi törvény kapcsolódik a fizika szimmetria alapelvéhez.

A Szabályokat a természet alapvető normáinak tekintik, széles körben alkalmazva ebben a tudományban, valamint más területeken, mint például a kémia, a biológia, a geológia és a mérnöki munka.

A legtöbb törvény pontos vagy abszolút. Abban az értelemben, hogy alkalmazzák minden lehetséges folyamathoz. Noether tétele szerint a szimmetria elvei részesek. Abban az értelemben, hogy egyes folyamatokra érvényesek, másokra azonban nem. Azt is állítja, hogy mindegyikük között egy-egy megfelelés van a természet differenciálható arányosságával.

Különösen fontos eredmények: a szimmetria elve, a természetvédelmi törvények, Noether tétele.