东华大学(文科物理)思考题参考解答

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1、思考题1、何谓物理定律的空间平移对称性、转动对称性和时间平移对称性？试分别指出它们对应着哪个守恒定律?答：物理定律的对称性是指经过一定的操作后，物理定律的形式保持不变。(1)物理定律的空间平移对称性。设想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。如果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。(2)物理定律的转动对称性。如果在空间某处做实验后，把整套仪器(连同影响实验

2、的一切外部因素)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。(3)物理定律的时间平移对称性。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律的时间平移的对称性。关于物理定律的对称性有一条很重要的定律——对应于每一种对称性都有一条守恒定律。例如，对应于空间平移对称性有动量守恒定律，对应于空间的转动对

3、称性有角动量守恒定律，对应于时间平移对称性有能量守恒定律。2、热力学四大定律的内涵，为什么说熵概念比能量更重要？答：热力学四大定律的内涵（略）能量和熵是物理学中最重要最基本的两个概念，能量概念早已被人们广泛地接受，成为人类社会生活中不可缺少的用语，熵是一个人们还是不太熟悉的概念，然而它已渗透到社会的各个方面，蕴含了极其丰富的内容。从这两个概念的建立到本世纪初，人们一直认为能的概念比熵的概念更重要，传统的看法是把能量比喻为宇宙的女主人，熵是她的影子，意思是能量主宰了宇宙中的一切，因为任何过程能量必须守恒，而熵不过是能量的附庸，是在能量守恒的前提下

4、进一步指示过程进行的方向罢了。随着时代的发展，熵概念的重要性越来越突出了，人们把它与无效能量、混乱、废物、污染、生态环境破坏、物质资源浪费甚至于政治腐败、社会腐败联系起来，把负熵与有序、结构、信息、生命甚至廉政、精神文明联系起来，于是就有了另一种比喻：“在自然过程的庞大工厂里，熵原理起着经理的作用，因为它规定整个企业的经营方式和方法，而能量仅仅充当簿记，平衡贷方和借方。”也就是说能量仅仅表达了宇宙中的一种守恒关系，而熵决定了宇宙向何处去。因此我们说熵概念比能量更重要。熵在人文、管理等学科中的一些应用（略）3、学了《文科物理》后谈谈你对时空观的认

5、识？绝对时空观认为空间是绝对的，它的意思是空间的存在是永恒的，与空间里是否有物质存在毫无关系。因此，空间就像一个静止的空格，在这一空格里我们可放一些物体，而当物体在此空间内运动时，与空间并没有相互作用存在。在宇宙中每一物体都是在某一时刻占据空间内某一地方，当一个物体在运动时，其位置便随时间连续变化。空间内两点的距离可用标准米尺度量它，这些度量的结果与欧几里德几何大致相符合。例如空间内两点间最短的连线是直线，或者空间内任意三角形的内角之和为180o。因此，我们假设我们所处的空间是欧几里德空间。绝对时空观认为时间也是绝对的。时间一直向前“流去”，与

6、物体的存在以及物理现象的发生毫无关系。我们无法降低或加快时间流动的速度，并且在宇宙中任何一个地方时间流动的情形都是相同的。因此在我们地球上一秒钟的间隔和其他星球上一秒的间隔是完全相等的，不管这些星球间是否有相对速度的存在。也就是说，如果我们将两个经校正之同步时钟放在不同的地点，或者不同的星球上面，这些时钟的读数应当永远是相同的。现代时空观认为绝对时空观只适用于远低于光速、宏观（非宇观）的情况。对于高速（接近光速）则有狭义相对论时空观，它与绝对时空观的主要差别有三个方面：（1）时间膨胀效应：3就是从静系看来，动系的时钟变慢，反过来从动系看静系的时

7、钟也变慢，变慢的程度为每秒慢(1-)秒，即速度v越大变慢得越厉害。时间膨胀效应又称“运动的时钟走慢了”。（2）长度收缩效应：就是从静系看来，动系中的刚性球的直径沿着运动方向按一定比例收缩，反过来从动系看静系的刚性球也有这种效应。长度收缩的程度与运动速度有关，收缩比为，即速度v越大收缩越厉害。长度收缩效应通常又称为运动尺子缩短效应。（3）同时性的相对性是指在S系中不同地点的两个事件A和B同时发生，而在S′系中观测，A和B并不是同时发生的。如果在S系中，A和B既不同时，也不同地发生的两个事件，在S′系观测，倒可看到是同时发生的，这就说明了同时性的相

8、对性。根据同时性的相对性，我们可以发现如下情景：在S系中观测，B事件迟于A事件发生，而在S′系中观测，B事件可能先于A事件发生。这就是说，两个事件发生