物理学的美学准则ppt课件

1、物理学的美学准那物理学的美学准那么么 生物工程生物工程 刘菲刘菲 031404013物理的物理的 “稻花香里说丰年，听取蛙声一片，无稻花香里说丰年，听取蛙声一片，无人不为这句诗词所描画的大自然的美景人不为这句诗词所描画的大自然的美景而感慨。自然界的美通常意味着一种调而感慨。自然界的美通常意味着一种调和匀称的景象，物理学也不例外，不过和匀称的景象，物理学也不例外，不过作为描画自然界中物质根本构造和运动作为描画自然界中物质根本构造和运动规律的一门学科，它的美更朴实。这里规律的一门学科，它的美更朴实。这里要说的是：什么是物理学中的美，即物要说的是：什么是物理学中的美，即物理学中的美学准那么是什么，它

2、们在物理学中的美学准那么是什么，它们在物理学中发扬怎样的作用？理学中发扬怎样的作用？简单美简单美 自然界的景象是错综复杂的，然而背后隐藏的自然界的景象是错综复杂的，然而背后隐藏的规律确是简单的。物理学正是建筑在这一根底规律确是简单的。物理学正是建筑在这一根底之上，任何物理实际，归根究竟只需少数几条之上，任何物理实际，归根究竟只需少数几条根本的假定：经典力学建立在牛顿三定律之上，根本的假定：经典力学建立在牛顿三定律之上，电动力学建立在法拉第的电动力学建立在法拉第的“场和麦克斯韦方场和麦克斯韦方程组之上，狭义相对论建立在狭义相对性原理程组之上，狭义相对论建立在狭义相对性原理与光速不变假定之上与光速

3、不变假定之上这些简单的假定是从这些简单的假定是从大量的自然景象和物理实验中抽取并提升出来大量的自然景象和物理实验中抽取并提升出来的，然而，建之于上的物理实际反过来却能解的，然而，建之于上的物理实际反过来却能解释几乎一切的自然景象，并在消费实际中得到释几乎一切的自然景象，并在消费实际中得到广泛的运用，极大的推进消费力的开展。广泛的运用，极大的推进消费力的开展。 有两个实际，几乎能解释同样多的现实，谁简有两个实际，几乎能解释同样多的现实，谁简单，物理学将选择谁。单，物理学将选择谁。 思索一个简单的问题，为什么人们最初都以为思索一个简单的问题，为什么人们最初都以为太阳及其它行星围绕地球转，而不是行星

4、含太阳及其它行星围绕地球转，而不是行星含地球围绕太阳转？这也是出于简单性的思索：地球围绕太阳转？这也是出于简单性的思索：人们最初天文知识少，只能经过肉眼察看；太人们最初天文知识少，只能经过肉眼察看；太阳朝起夕落，以为太阳及其它行星围绕地球转阳朝起夕落，以为太阳及其它行星围绕地球转自然是方便的事情。但是随着技术的提高，人自然是方便的事情。但是随着技术的提高，人们的天文观测越来越精细，为了解释们的天文观测越来越精细，为了解释“太阳系太阳系的许多景象，如地球的四季变化，日食和月的许多景象，如地球的四季变化，日食和月食，土星、木星位置的异常变化等，伟大的几食，土星、木星位置的异常变化等，伟大的几何学家

5、托勒密在前人的根底上创建了严密的何学家托勒密在前人的根底上创建了严密的“地心说，解释了当时的绝大部分察看景象。地心说，解释了当时的绝大部分察看景象。 “地心说的根本要义是：地球是圆的，地心说的根本要义是：地球是圆的，静止位置于宇宙的中心；太阳及其它行静止位置于宇宙的中心；太阳及其它行星绕地球转动，根本轨道称为级轨道是星绕地球转动，根本轨道称为级轨道是圆周，普通来说，太阳或行星并不恰益处于圆周，普通来说，太阳或行星并不恰益处于级轨道上，而是绕级轨道上的点作半径更小级轨道上，而是绕级轨道上的点作半径更小的圆周称为级轨道运动。这样，整个的圆周称为级轨道运动。这样，整个“太阳系就像一个齿轮嵌套体系：级

6、轨道太阳系就像一个齿轮嵌套体系：级轨道是一些大齿轮，级轨道是一些较小的齿轮，是一些大齿轮，级轨道是一些较小的齿轮，大齿轮传动小齿轮。最初齿轮数目还不多，但大齿轮传动小齿轮。最初齿轮数目还不多，但随着察看程度的提高，托勒密又不得不在小齿随着察看程度的提高，托勒密又不得不在小齿轮上套上更小的齿轮，越套越多，最后竟达轮上套上更小的齿轮，越套越多，最后竟达个之多。个之多。 面对着这么多的齿轮，天才的哥白尼站了出来，面对着这么多的齿轮，天才的哥白尼站了出来，说：说：“不，太阳系应该是简单的！我们假设将不，太阳系应该是简单的！我们假设将太阳和地球换个位置，托勒密的齿轮至少能扔太阳和地球换个位置，托勒密的齿

7、轮至少能扔掉一半以上，太阳系也就变得井然有序了。掉一半以上，太阳系也就变得井然有序了。这就是这就是“日心说，物理学最终选择了它。试日心说，物理学最终选择了它。试问：从相对运动的观念来看不思索动力学的问：从相对运动的观念来看不思索动力学的缘由，选择地球为参考系和选择太阳为参考缘由，选择地球为参考系和选择太阳为参考系，没有理由说谁更优越，为什么要丢弃系，没有理由说谁更优越，为什么要丢弃“地地心说而成认心说而成认“日心说呢？两个字：简单日心说呢？两个字：简单“日心说后经开普勒的改造只剩三条定律，日心说后经开普勒的改造只剩三条定律，但太阳系各行星运动规律尽在其中。但太阳系各行星运动规律尽在其中。对称美

8、对称美 很早以前，古希腊人就以为球是最完美的图形，为什么？由于它分别具有旋转对称、镜像对称和中心对称，均属于直观上的几何对称。物理学中的对称那么有更加深化的含义，它是指某类对象的全体在数学上通常称为集合，用标志在某种操作数学上称为变换，用标志下不变的性质。 也就是说，有一种法那么，集合S中的恣意一个元素根据这一法那么，都可以在S中找到一个与之相对应的元素。用我们高中学过的知识，这个映射的象集与原象集是一样的，即都为集合S。 每一种对称性总伴随着一个守恒量诺每一种对称性总伴随着一个守恒量诺德尔定理：空间平移对称导致动量守德尔定理：空间平移对称导致动量守恒；时间平移对称导致能量守恒；空间恒；时间平

9、移对称导致能量守恒；空间旋转对称导致角动量守恒；电荷共轭对旋转对称导致角动量守恒；电荷共轭对称导致电量守恒；空间镜相对称导致宇称导致电量守恒；空间镜相对称导致宇称守恒称守恒 早先的实际以为，物理定早先的实际以为，物理定律在空间反射的情况下是不变的，这被律在空间反射的情况下是不变的，这被称为称为“宇称守恒。宇称守恒可以简单了宇称守恒。宇称守恒可以简单了解为，根本粒子在照镜子时，其镜中的解为，根本粒子在照镜子时，其镜中的像与粒子具有对称性。像与粒子具有对称性。 近五十年来，粒子物理与场论飞速开展，对称性的指引在其中起了决议性的作用。在粒子物理中，物理学家根据对称性预言并发现新粒子，正电子、欧米格负

10、粒子和顶夸克等就是极好的例证。在场论中，“对称决议相互作用：杨振宁和米尔斯根据某种对称性提出了著名的杨米尔斯场论，该实际的变换群决议了无质量的粒子称为“规范玻色子的数目和性质，规范玻色子在粒子之间来回跳舞就产生了相互作用，不同的玻色子决议不同的相互作用，如光子决议电磁相互作用，或玻色子决议弱相互作用，胶子决议强相互作用，据推测引力相互作用是由引力子决议的未证明。 对称是愉快的，然而在物理学中却发生了一些对称是愉快的，然而在物理学中却发生了一些奇特的事情：杨振宁和李政道提出弱相互作用奇特的事情：杨振宁和李政道提出弱相互作用中宇称不守恒并为吴健雄所证明；宇宙中正物中宇称不守恒并为吴健雄所证明；宇宙

11、中正物质显著的多于反物质；质显著的多于反物质； 用杨米尔斯场论产生有质量的粒子需求引用杨米尔斯场论产生有质量的粒子需求引进一个非对称的希格玛场。这些现实都要求对进一个非对称的希格玛场。这些现实都要求对称性自发破缺，自发破缺的机理是什么？这或称性自发破缺，自发破缺的机理是什么？这或许是下个世纪的问题。许是下个世纪的问题。 一致美一致美 一致就是要求实际在不附加太多的根本假定的一致就是要求实际在不附加太多的根本假定的根底上尽能够前后一致地解释更多的物理景象：根底上尽能够前后一致地解释更多的物理景象：牛顿力学几乎能描画一切宏观低速的运动也牛顿力学几乎能描画一切宏观低速的运动也包括分子热运动和声；电动力学能描画大多包括分子热运动和声；电动力学能描画大多数电磁景象数电磁景象众所周知，目前自然界普遍存众所周知，目前自然界普遍存在四种力：强相互作用、弱相互作用、电磁相在四种力：强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用，它们决议了现今自然互作用和引力相互作用，它们决议了现今自然界的各种物质运动。物理学的终极目的就是要界的各种物质运动。物理学的终极目的就是要将四种力一致成一种力，即所谓的大一致。将四种力一致成一种力，即所谓的大一致。 以上谈到了物理尤其是实际开展过程中简单性