物理的等价性和诺特定理_当前信息
来源: 哔哩哔哩
2023-03-23 23:57:27

时常写点时事评议的短文,但不是自己的“主业”,大概有一个主攻或深耕的理论方向,不定期地更新在科学哲学专栏结集的文章,“有感而发”的写作才能表达新意和深意的内容。今日专栏文章的标题是“物理的等价性和诺特定理”。自己哲学探究的目的不是为了当哲学专家,给人生的旅途添加荣誉和炫耀的头衔,而是“为了探究而探究”或“为了哲学而哲学”,哲学思维和创新哲学思维的本身就是目的。至于说到争取进入中国“互联网哲学”的前5名,主要是出于“自我鞭策”的需要,哲学的人生和人生的哲学总需要点精神动力,科学家精神、哲学家精神和艺术家精神都是内心的动力之源,其实无论做什么有创意的事情都需要点精神的驱动力。

除了物理学的对称性原理和哲学的对应性原理,还有物理学的对称性破缺原理和哲学的对应性破缺原理,比如:空间的维度是对称的,时空的维度是对称性破却的。在“对称性和对称性原理”一文中以科学哲学的逻辑方式从Rushan原理推导了在物理学领域有广泛应用的对称性原理。事物对称性依据不同的参考标准有不同的分类,有物质结构的对称性,比如:正反物质结构、晶体和生命物质DNA结构的对称性;有天体系统的对称性,比如:宇宙和镜像宇宙、椭圆星系和球状星团、宇宙大尺度星系的分布、恒星、中子星和黑洞结构的对称性。


(资料图)

依据空间维度的参考标准,可引入一个“维度对称性”的概念,物体在空间维度的对称性分为三种:一维对称性,二维对称性和三维对称性,一维对称性表现为线性对称,线段向前和向后、向左和向右、向上和向下延伸,呈现了一维空间的对称性;二维对称性表现为面性对称,像正方形和圆形有两维空间的对称性,半圆的面积乘以2等于圆的面积;三维对称性表现为体性对称,像正方体和圆球有三维空间的对称性,半圆球的体积乘以2等于圆球的体积。此外,物理学家和数学家设想了多维时空的概念,弦理论定义了量子时空的11个维度,从新科学哲学上相应地引入多维对称性的概念,包括四维或四维空间的对称性,十维或十维空间的对称性,N维或N维空间的对称性。

物理学的对称性原理和悖论原理组合为对称性破缺原理,对称性原理和悖论原理的组合遵从哲学叠加态的互补原理或互补态的叠加原理。哲学的对应性原理和悖论原理组合为对应性破缺原理,对应性原理和悖论原理的组合遵从哲学融合态的互补原理或互补态的融合原理。依据空间维度的参考标准,可引入一个“维度对称性破缺”的概念,物体在空间维度的对称性破缺分为三种:一维对称性破缺,二维对称性破缺和三维对称性破缺。

一维对称性破缺是线性对称破缺,二维对称性破缺是面性对称破缺,三维对称性破缺是体性对称性破缺。物理学家和数学家设想了多维时空的概念,弦理论定义了量子时空的11个维度,从新科学哲学上相应地引入多维对称性破缺的概念,包括四维或四维空间的对称性破缺,十维或十维空间的对称性破缺,N维或N维空间的对称性破缺。

物理学等自然科学的等价性概念相当于科学哲学的等效性概念,从自然科学的概念上可以引入“等价原理”或“等价性原理”,哲学概念的等效原理或等效性原理相当于物理学等自然科学概念的等价原理或等价性原理,两个物理学和哲学术语的表达只有方式的不同,没有语义的差别。19世纪的德国女数学家诺特在物理学上提出了著名的“诺特定理”,这一定理的重要性和奇妙性是将物理学的两个重要概念——对称性和守恒性联系起来,诺特从数学上证明了对称性原理和守恒性原理的等价性,相当于从对称性原理衍生了守恒性原理。

诺特定理表达了对称性和守恒性、对称性原理和守恒性原理的等价关系,数学的证明适从科学哲学对应性的等效原理或等效性的对应性原理。诺特定理是公认的最重要和最基础的物理定理,也可以列为新科学哲学中等效原理的最主要和最基本的表现形式。有犹太血统的诺特是女科学家中的“爱因斯坦”,她出生于1882年,1907年获得数学博士学位,1918年证明了“诺特定理”,1922年到哥廷根大学执教,1933年被德国纳粹驱逐出境,流亡到了美国,在宾夕法尼亚州的布林莫尔学院任教,1935年,诺特因手术并发症离世,终年53岁。

诺特定理在宇宙暴胀理论、广义相对论和量子力学、超对称理论、弦理论和万有理论中都发挥了基础性数学物理学的价值,每一个物理的对称性都包含了一个守恒量,反之,每一个物理的守恒量都包含了一个对称性,守恒性是动态和整体的对称性,对称性是静态和单一的守恒性,简而言之,对称性意味着守恒性,守恒性意味着对称性。20世纪初,爱因斯坦在创建狭义和广义相对论时受到了诺特定理的启发,20世纪下半期,从诺特定理引出的超对称理论成为了粒子物理标准模型的理论基础,物理学家在大型的加速器实验室发现了希格斯粒子和多种超对称粒子。

从诺特定理导出了动量守恒定理,物理定律在空间平移变换下保持了不变性,比如:地球上的物理定律与月球上的物理定律、地球上的物理定律与火星上的物理定律完全一致。由诺特定理导出了一个守恒的动量和动量守恒定理,物理定律在均匀空间的平移性适从科学哲学不变性的一致性原理或一致性的不变性原理。从诺特定理导出了角动量守恒定理,物理定律在空间旋转变换下保持了不变性,比如:牛顿三大定理在坐标轴旋转时,各个坐标轴的分量有所不同,但牛顿三大定理的形式保持不变。

从诺特定理导出了一个守恒的角动量和角动量守恒定理,物理定律在均匀空间的转动性适从科学哲学不变性的一致性原理或一致性的不变性原理。从诺特定理导出了能量守恒定理,物理定律在时间平移的变换下保持了不变性,物理学定理在过去、现在和将来完全一致。由诺特定理导出了一个守恒的能量和能量守恒定理,物理定律在均匀时间的平移性适从科学哲学不变性的一致性原理或一致性的不变性原理。

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