Законы сохранения в современной физике

     Закон сохранения импульса является следствием трансляционной Инвариантности пространства (однородности пространства). Если потребовать, чтобы функция Лагранжа оставалась неизменной при любом бесконечно малом переносе замкнутой системы в пространстве, то получим закон сохранения импульса.

     Закон сохранения момента импульса является Следствием симметрии относительно поворотов в пространстве, свидетельствует об изотропности пространства. Если потребовать, чтобы функция Лагранжа оставалась неизменной при любом бесконечно малом повороте замкнутой системы в пространстве, то получим закон сохранения момента импульса. Эти законы сохранения характерны для всех частиц, являются общими, выполняющимися во всех взаимодействиях.

     До  недавнего времени в физике проводилось  четкое разделение на внешние и внутренние симметрии. Внешние симметрии –  симметрия физических объектов в реальном пространстве – времени, называемые также пространственно временными или геометрическими. Законы сохранения энергии, импульса и момента импульса являются следствиями внешних симметрий.

      3 Симметрия как основа описания объектов и процессов в микромире 

     Среди целой группы принципов современной  физики важнейшим, пожалуй, является принцип симметрии, или инвариантность, на основе которого действует закон сохранения физических величин.

     В той или иной степени представление  о симметрии есть у всех людей, так как этим свойством обладают самые разные предметы, играющие  важную роль в повседневной жизни. Более того, в силу самых разных причин и соображений многим творения человеческих рук умышленно придается симметричная форма. Возможно, наиболее симметричным продуктом деятельности человека является мяч, который выглядит всегда одинаково, как бы его ни поворачивали.

     В природе симметрия также встречается  в изобилии. Снежинка обладает удивительнейшей  гексагональной симметрией.  Кристаллы  также имеют характерные геометрические формы. Падающая дождевая капля имеет форму идеальной сферы и, замерзая, превращается в ледяной шарик – градину⁸.

     Рис.1 – Симметрия в природе 

     Другой  вид симметрии, часто наблюдаемый  в природе и в созданных  человеком вещах, – так называемая зеркальная симметрия. Человеческое тело приближенно обладает зеркальной симметрией относительно вертикальной оси. Многие архитектурные сооружения, например, арки или соборы, обладают зеркальной симметрией. 

     Рис.2 – Зеркальная симметрия  

     Симметрии, соответствующие вращению или отражению, наглядны и радуют глаз, но они не исчерпывают весь запас симметрий, существующих в природе. Исследуя математическое описание той или иной системы, физики открывают время от времени новые и неожиданные формы симметрии. Они достаточно тонко «запрятаны» в математическом аппарате и совсем не видны тому, кто наблюдает саму физическую систему.

     Сегодня математическое исследование, основанное на анализе симметрии, также может  стать источником выдающихся достижений в физике. Даже если заложенные в  математическом описании симметрии трудно или невозможно представить себе наглядно физически, они могут указать путь к выявлению новых фундаментальных принципов природы. Поиск новых симметрий стал главным средством, помогающим физику в наши дни продвигаться к более глубокому пониманию мира⁹.

     Симметрия (от греческого symmetria – соразмерность), в широком смысле – инвариантность (неизменность) структуры, свойств, формы (направление в геометрии, кристаллографии) материального объекта относительно его преобразований (то есть изменений ряда физических свойств). Симметрия лежит в основе сохранения законов. В  «Кратком  Оксфордском словаре» симметрия определяется как  «красота, обусловленная пропорциональностью частей тела или любого целого, равновесием, подобием, гармонией, согласованностью»¹⁰.

     Сохранения  законы, наиболее общие физические законы, согласно которым численные  значения некоторых физических величин, характеризующих физическую систему  при определённых условиях, не изменяются с течением времени при различных  процессах в этой системе. Важнейшие сохранения законы – законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда.

     Существование сохранения законов, как правило, связано  с наличием в этой системе той  или иной симметрии. Например, однородность времени приводит к сохранению законов энергии, а однородность пространства приводит к сохранению законов импульса.

     Однако  понятие симметрии можно расширить, включив в него более абстрактные  понятия, никак не связанные с  геометрией. Например, одна из симметрий связана с работой, совершённой при подъёме тела. Затрачиваемая энергия зависит от разности высот, которую требуется преодолеть при этом. Но энергия не зависит от абсолютной высоты: безразлично, измеряются высоты от уровня моря или от уровня суши – важна только разность высот. Этот примет – иллюстрация того, что физики называют калибровочными симметриями, связанными с изменениями масштаба. Все симметрии, которые связаны с законами микромира, являются калибровочными.

     Приведённые описания различных типов симметрии дают нам достаточно оснований говорить о громадной роли принципа симметрии в современной физике. Такая роль симметрии требует строго её определения.

     Симметрия в физике – это свойство физических величин, детально описывающих поведение систем, оставаться неизменными (инвариантными) при определённых преобразованиях, которым могут быть подвергнуты входящие в них величины.

     Понятие симметрии играет в жизни человека важную роль. Природа красива и требует для своего описания красивых уравнений. Возможность записать законы природы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение 

     Фундаментальные физические законы - это наиболее полное на сегодняшний день, но приближенное отражение объективных процессов  в природе. Различные формы движения материи описываются различными фундаментальными теориями. Каждая из этих теорий описывает вполне определенные явления: механическое или тепловое движение, электромагнитные явления.

     Законы  сохранения физических величин –  это утверждения, согласно которым  численные значения этих величин не меняются со временем в любых процессах или классах процессов. Фактически во многих случаях законы сохранения просто вытекают из принципов симметрии.

     Важнейшими  законами сохранения, справедливыми  для любых изолированных систем, являются:

     - закон сохранения энергии;

     - закон сохранения импульса;

     - закон сохранения момента импульса.

     В современной физике обнаружена определенная иерархия законов сохранения и принципов  симметрии. Одни из этих принципов выполняются  при любых взаимодействиях, другие же – только при сильных. Эта иерархия отчетливо проявляется во внутренних принципах симметрии, которые действуют в микромире. 

      Список использованной литературы 

1. Карненков С. Х. «Основные концепции естествознания». – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 2008.
2. Мигдал А. Б., Асламазов Л. Г. «Энциклопедический словарь юного физика». –М.: Педагогика, 2006.
3. Миронов А. В. «Концепции современного естествознания». – ПЗ Пресс, 2007.
4. Самыгин С. Н. «Концепции современного естествознания». – Ростов н/Д: «Феникс», 2007.
5. Свиридов В. В. «Концепции современного естествознания». – СПб.: Питер, 2008.
6. Урманцев Ю. А. «Симметрия природы и природа симметрии». – М.: Мысль, 2008.
7. Хоромавина С. Г. «Концепции современного естествознания». - Ростов н/Д: «Феникс», 2006.