Глоссарий

Выберите одно из ключевых слов слева ...

Преобразования и симметрияСимметрия в физике

Время чтения: ~10 min

Пока что все симметрии, на которые мы смотрели, были визуальными в некотором смысле: фигуры, изображения или узоры. Фактически, симметрия может быть гораздо более широкой концепцией: концепция "иммунитет к изменениям".

Например, если вы любите яблочный сок так же, как и апельсиновый, то ваше предпочтение «симметрично» при преобразовании, которое заменяет яблоки на апельсины.

В 1915 году немецкий математик Эмми Нётер заметил, что нечто подобное верно и для законов природы.

Например, наш опыт говорит нам, что законы физики одинаковы во всей вселенной. Не имеет значения, проводите ли вы эксперимент в Лондоне, Нью-Йорке или на Марсе - законы физики всегда должны быть одинаковыми. В некотором смысле, они имеют .

Аналогичным образом, не имеет значения, проводим ли мы эксперимент, обращаясь к северу, югу, востоку или западу: законы природы имеют .

И, наконец, не должно иметь значения, проводим ли мы эксперимент сегодня, или завтра, или через год. Законы природы «симметричны по времени».

F =GMmr2 F =GMmr2

Эти «симметрии» могут поначалу казаться совершенно бессмысленными, но на самом деле они могут многое рассказать нам о нашей вселенной. Эмми Нетер удалось доказать, что каждая симметрия соответствует определенной физической величине, которая сохраняется при различных условиях измерения.

Например, временная симметрия подразумевает, что вся энергия в нашей вселенной является постоянной величиной: вы можете преобразовывать энергию из одного типа в другой (например, свет, тепло или электричество), но вы никогда не сможете создавать или разрушать энергию. Общее количество энергии во вселенной всегда будет оставаться постоянным.

CERN - самый большой ускоритель частиц в мире. Ученые сталкивают фундаментальные частицы на невероятных скоростях, чтобы изучить эти самые частицы. Заметили человека стоящего на полу для сравнения размеров CERN?

The paths taken by particle fragments after a collision

Оказывается, что, просто зная о симметрии, физики могут вывести большинство законов природы, которые управляют нашей вселенной - без необходимости проводить эксперимент или наблюдение.

Симметрия может даже предсказать существование фундаментальных частиц. Одним из примеров является знаменитый бозон Хиггса: он был предсказан физиками-теоретиками в 1960-х годах, но не наблюдался в реальном мире до 2012 года.