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1、2006年12月第6期（总第24期）守恒与对称和对称性破缺分析刘伟刘拴江（安阳工学院，河南安阳455000）摘姜：对称性对物理发展有巨大的作用，论述物理学的守饭定律与对称性，以及不守煌的发现和对称，11自发破铁产生的变化。关律词:对称性；守恒定律；时间反演；对■称破缺中图分类号：0413文献标识码:A对称性的概念最初来源于生活,人们通常所说的“对称”是指单一对称（或左右对称）和镜像对称,除此之外还有轴对称、球对称等等。对称性是自然界的一种普遍规律,根据科学研究,99%的动物形体都具有对称结构，自然界里的植物组织、矿物组织
2、里对称结构也很多，深海的极限深度和海拔的极限高度都具有惊人的对称性。对称性作为一种理论,在物理学中有着广泛的应用，根据事物的对称关系，知其一端便可相应的推理其另一端,这就是所谓的“平衡推理”。德国数学家魏尔（Weyi）在1951年提出了关于对称的普遍的严格的定义:如果一个操作使系统从一个状态变到另一个与之等价的状态,或者说，状态在此操作下不变，我们就说系统对于这一操作是“对称的”，而这个操作叫做这个系统的一个对称操作。通常对称性分为：空间平移对称、空间转动对称和时间平移对称。一个物体发生一个平移后若仍和原来相同，这形体就
3、具有空间平移对称性；如果使一个物体绕某一固定转动轴转动一个角度，若仍和原来相同，那么这个物体具有空间转动对称性或轴对称性;一个不随时间变化或者周期变化的系统，在任何时间间隔或在周期T的整数倍时间间隔都具有仍和原来相同性，那么这个系统就具有时间平移对称性。空间平移不变性是空间均匀性的反映;而空间转动不变性则是空间各向同性的反映;时间平移不变性是时间均匀性的反映。1守恒定律与对称性对物质运动基本规律的探索中,对称性和守恒文章编号：1673-2928（2006）06-0034-03定律的研究占有重要的地位。诺待定理指出，如果
4、运动定律在某一变换下具有不变性，必相应地存在一条守恒定律，也就是说，物理定律的一种对称性,相应地存在一条守恒定律。运动定律的空间平移对称性导致动量守恒定律，时间平移对称性导致能量守恒定律,空间旋转对称性（空间各向同性）导致角动量守恒定律，空间反演对称性导致宇称守恒定律，量子力学相移对称导致电荷守恒定律等等。对称性和守恒定律取决于相互作用的性质，相互作用类型不同有不同的结果。假如我们在空间某处做一个物理实验,然后将该套实验（连同影响该实验的一切外部因素）平移到另一处,给以同样的起始条件，实验将会以完全相同的方式进行。这说明
5、物理定律没有因平移而发生变化。这就是物理定律的空间平移对称性。它表明空间各处对物理定律是一样的，所以又叫做空间的均匀性。如果在空间某处做实验后,把整套仪器（连同影响实验的一切外部因索）转一个角度,则在相同的起始条件下，实验也会以完全相同的方式进行。这说明物理定律并没有因转动而发生变化。这就是物理定律的转动对称性。它表明空间的各个方向对物理定律是一样的，所以又叫做空间的各向同性。如果我们用一套仪器做实验，该实验进行的方式或秩序是和此实验开始的时刻无关的。无论在什么时候开始做实验，我们得到完全一样的结果。这个事实表示了物理定
6、律的时间平移的对称性。2宇称不守恒的发现和C、T变换破缺*收^9^：2006-08・12作者简介：刘伟（1966-）,女，滑县人，安阳工学院副教授，从事物理教学与研究工作。•34•2.1空间反演和宇称守恒空间反演是将一个体系的坐标(x,y,z)变换成(-x,-y,-z),相当于镜像变换再加旋转,物理规律在镜像变换下的不变性体现了空间反演不变性,电学、力学的规律都存在君空间反演不变性。宇称中的“宇”是指空间(宇宙)，“称”是指对称,宇称性就是指空间对称性。在就子力学中，空间反演不变性导致宇称守恒定律。用波函数釈x,y,z)
7、描述微观粒子的运动状态。相应的镜像状态则用*(-x,-y,-z)描述。W(x,y,z)I2代表粒子出现在(x,y,Z)处的概率密度。如果空间反演时规律不变，互为镜像的两种状态都同样能实现，WJ：lip(x,y,z)I2=liV(-X,-y,-z)I2由此可得：W(x,y,z)=±机-x,-y,-z)当4>(x,y,z)=+W(-x,-y,时,粒子的运动状态具有偶宇称，P二+1；当W(x,y,z)=-41(-x,-y,・z)时，粒子的运动状态具有奇宇称，P=-lo质子、中子和各种超子的宇称是偶宇称，竹介子、K介子等以及它们
8、的反粒子都是奇宇称。只要微观粒子的运动规律具有空间反演不变性，则系统具有确定的宇称并保持不变。即如一个孤立体系具有偶宇称，则永远是偶宇称，如具有奇宇称则永远是奇宇称，这就是宇称守恒定律。表1基本相互作用中对称性与守恒一览表守恒量对称性强作用电磁作用弱作用•能量时间平移+++线动量空间平移+++角动量空间旋转+++电荷
