110. Понятие симметрии в физике

Симметрия присуща не только «идеальным» фигурам геометрии, но и многим физическим величинам и явлениям. По теореме Нетер следует: если свойства системы не меняются относительно какого-либо преобразования переменных, то этому соответствует некоторый закон сохранения. В качестве преобразований могут рассматриваться следующие:

1) сдвиг начала координат, связанный с физической эквивалентностью всех точек пространства (симметрии относительно переносов в пространстве);

2) поворот трех осей координат, связанный с однородностью свойств пространства во всех направлениях (симметрия относительно поворотов);

3) сдвиг начала отсчета по времени, связанный с равномерным течением времени во всех инерциальных системах отсчета (симметрия относительно переноса по времени);

4) равномерное прямолинейное движение начала отсчета со скоростью V, связанное с эквивалентностью систем (изотропность пространства-времени).

Данные четыре вида симметрии считаются универсальными , поскольку все физические законы в них выполняются независимо от перехода в другую систему отсчета. Среди выполняемых законов следующие:

1. Закон сохранения импульса (следствие однородности пространства).

2. Закон сохранения момента импульса (следствие изотропности пространства).

3. Закон сохранения энергии (следствие однородности времени).

4. Закон сохранения скорости центра масс (следствие изотропности пространства – времени).

Данные виды симметрии относятся к геометрическим.

Существуют динамические симметрии, для которых действуют: закон сохранения электрического заряда (при превращении элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной), закон сохранения лептонного заряда (при превращении элементарных частиц сумма разность числа лептонов и антилептонов не меняется) и др. С законом сохранения электрического заряда связана электромагнитная калибровочная симметрия , сущностью которой является неизменность силовых характеристик электромагнитного поля и магнитной индукции при масштабных преобразованиях.