№17 Законы сохранения и симметрия мира.

Оглавление:


Введение
1. Законы сохранения и симметрия мира
1.2. Понятие симметрии
1.3. Калибровочные симметрии
1.4. Симметрия и законы сохранения
Выводы
Список литературы:

№17 Законы сохранения и симметрия мира.

Δt (Δх, Δy, Δz)
Импульса
Δφ
Момента импульса
Преобразования Лоренца из СТО
Состояния равномерного прямолинейного движения центра масс системы
Соотношение пространственно-временных сдвигов и законов сохранения часто объясняют следующим образом. Из однородности времени следует закон сохранения энергии. Имеется в виду, что при подстановке в уравнение движения Δt вместо t получается выражение для закона сохранения энергии. Выделенное выше курсивом слово «следует», разумеется, не означает, что время выступает каким-то динамическим фактором. Время и энергия – это две грани физических процессов, но сопряженные, «родственные» друг другу. В этой связи резонно вспомнить о соотношении неопределенностей Гейзенберга–Бора: ΔЕΔt > ћ.
Целый ряд законов сохранения связан с калибровочной инвариантностью (табл. 2). На этот раз речь идет о динамических симметриях и о сохранении величин, подобных электрическому заряду. Многие динамические законы сохранения являются приближенными. Чемпионом в деле нарушения зарядовых законов сохранения является слабое взаимодействие.
Рассмотренные выше пространственно-временные и калибровочные симметрии изучают посредством непрерывных, сколь угодно малых преобразований. Но в мире элементарных частиц актуальны и дискретные операции симметрии. В данном случае речь идет о трех дискретных операциях симметрии: пространственной инверсии (Р), зарядового сопряжения (С) и обращения времени (Т).
Таблица 2
Динамические законы сохранения
Сохраняющаяся величина
Взаимодействия, в которых величина сохраняется
Q – электрозаряд
Все
B – барионный заряд
Сильные и электромагнитные
S – странность
То же
C – очарование
– » –
J – спин
– » –
I – изоспин
Сильные
L – лептонный заряд (трех типов)
Слабые
Как известно, рассматривая себя в зеркало, мы имеем дело со своим зеркальным двойником, он отличается от нас тем, что все наше левое у него является правым. Так как наша правая рука смотрится в зеркале как левая, движение рукой вправо в зеркале выступает как движение влево. Пространственная инверсия равносильна замене «левое = правое». Вопрос: инвариантны ли законы физики относительно упомянутой выше замены? Вплоть до 1956 г. физики были уверены, что в законах природы левое и правое играют одинаковую роль и для них характерна зеркальная симметрия. Огромнейшей неожиданностью явилось сначала теоретическое предсказание (Т.Д. Ли и Ч.Н. Янг, 1956), а затем и экспериментальное подтверждение (Ч.С. Ву, 1957) невыполнения зеркальной симметрии в слабых взаимодействиях.
На интуитивном уровне факт невыполнения зеркальной симметрии не должен вызвать удивления: среди людей «правшей» намного больше, чем «левшей». Но одно дело обыденная жизнь, а другое – наука. По поводу нарушения зеркальной симметрии физики остроумно шутили: одно из наших зеркал разбито. Имеется в виду, что рухнула догма о непременной выполнимости зеркальной симметрии. В связи с этим Л.Д. Ландау, Т.Д. Ли и Ч.Н. Янгом была выдвинута идея комбинированной инверсии, предполагающая не только пространственную инверсию, но и операцию зарядового сопряжения (С), замену всех частиц античастицами (табл. 3).
Таблица 3
Дискретные симметрии и законы сохранения
Операция симметрии
Что сохраняется
Взаимодействие
Р (пространственная симметрия)
Симметрия зеркальная
Сильное
С (зарядовое сопряжение)
Симметрия зарядового сопряжения
То же
СР (комбинированная инверсия)
Симметрия комбинированной инверсии