愛因斯坦把對(duì)稱性推上主角

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1、愛因斯坦把對(duì)稱性推上主角愛因斯坦把對(duì)稱性推上主角　　　　1905年，愛因斯坦發(fā)表了一篇具有劃時(shí)代意義的論文，建立了狹義相對(duì)論，論文的題目是“論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)”。論文中，愛因斯坦提出相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出洛倫茲變換，得到一系列不同于牛頓力學(xué)的得要結(jié)論；不久，愛因斯坦又得出了質(zhì)能關(guān)系?！　　　∵@些不同于牛頓力學(xué)的得要結(jié)論改變了人們的時(shí)空觀，統(tǒng)一了力學(xué)和電磁學(xué)，解決了許多重要的物理問題，并且還帶給人類釋放核能。這樣的巨大的實(shí)用價(jià)值。這一系列的具體結(jié)論無疑是十分重要的，人們常常僅僅是注重狹義相對(duì)論的這些具體結(jié)論，而忽略了愛因斯坦在思考問題和研究問題上對(duì)人類作出的巨大貢獻(xiàn)，這就是他

2、提示了物理規(guī)律上的一種新的對(duì)稱性，并且認(rèn)識(shí)到對(duì)稱性是制約物理規(guī)律的利器，從而把對(duì)稱性推到物理基礎(chǔ)研究的主角地位。　　　　這一新的對(duì)稱性就是物理定律的洛倫茲變換不變性，即物理定律必須具有洛倫茲變換下的不變性，也就是說從不同慣性系來看物理定律的形式保持不變。從內(nèi)容上說，它無非就是相對(duì)性原理內(nèi)容的重復(fù)表述，似乎一點(diǎn)也不起眼；然而從探索物理基本定律的高度來看，洛倫茲不變性實(shí)在是對(duì)物理定律的形式所加的一條強(qiáng)有力的限制，物理定律的形式必須受到洛倫茲變換不變性的制約。愛因斯坦審查了電磁學(xué)的麥克斯韋方程組。它確實(shí)是洛倫茲不變性的；而牛頓定律不是洛倫茲不變性的，它必須改造以符合洛倫茲不變性的要求，對(duì)它的改造

3、則獲得相對(duì)論的力學(xué)定律。　　　　以后，愛因斯坦認(rèn)識(shí)到狹義相對(duì)論還存在某些不足，它不過是必然發(fā)展過程的第一步，一方面狹義相對(duì)論否定了一個(gè)特別優(yōu)越的參考第，但是它卻肯定了一類特別優(yōu)越的參考系，那就是慣性系，它比非慣性要更優(yōu)越，其中的物理規(guī)律的形式特別簡(jiǎn)捷，這表明狹義相對(duì)論在運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性上還不夠徹底；另一方面狹義相對(duì)論在整個(gè)物理學(xué)中排除了超距作用，而牛頓引力定律的表述是超距作用的。作為力學(xué)重要研究課題的引力問題還不能在狹義相對(duì)認(rèn)論中予以處理，因此需要發(fā)展一種把引力問題納入且能回答是否存在特別優(yōu)越參考系的更為廣泛的相對(duì)論?！　　　垡蛩固乖诮ⅹM義相對(duì)論中領(lǐng)悟了對(duì)稱性的威力，他就去尋找一種新的對(duì)稱

4、性來發(fā)展他的廣義相對(duì)論。他終于從伽利略時(shí)代已經(jīng)知道一切物體的重力加速度均相同的物理事實(shí)中凝煉出這一新的對(duì)稱性。愛因斯坦設(shè)想一個(gè)觀察者在密封的升降機(jī)里做實(shí)驗(yàn)，一種情形是升降機(jī)靜止在地面上，其中存在地球的引力場(chǎng)，任何物體的重力加速度均相等為g；另一種情形是升降機(jī)遠(yuǎn)離一切物體，即處于沒有引力場(chǎng)的地方，相對(duì)于某個(gè)慣性系以加速度g上升，它是一具非慣性系。在這兩種情形下，觀察者測(cè)得物體下落的加速度都是g，他觀察到的力學(xué)現(xiàn)象都相同，他無法斷定他所在的參考系究竟是引力場(chǎng)的慣性系，還是并無引力的非慣性系?！　　　∵@表明引力場(chǎng)作用的效果可以等效地用加速參考系來描述，愛因斯坦把它稱為等效原理。根據(jù)等效原理，非慣

5、性系與引力場(chǎng)等價(jià)，非慣性系與慣性系沒有原則性的區(qū)別。它們都可以同樣好地用來描述物體的運(yùn)動(dòng)，沒有哪一個(gè)比另一個(gè)更優(yōu)越，由此愛因斯坦把相對(duì)性原理進(jìn)一步推廣，一切參考系都是等價(jià)的，物理定律應(yīng)該具有廣義的時(shí)空坐標(biāo)變換的不變性，而洛倫茲不變性只是它的一個(gè)特例。愛因斯坦在等效原理和廣義協(xié)變?cè)淼幕A(chǔ)上建立起廣義相對(duì)論?！　　　垡蛩固沟膶?duì)稱性制約物理定律的思想可以說是二十世紀(jì)物理基礎(chǔ)研究方法上的一大飛躍，他為物理學(xué)基礎(chǔ)樹立了一個(gè)光輝的典范。二十世紀(jì)以前，在力學(xué)方面從古希臘時(shí)期開始，人們研究物體的運(yùn)動(dòng)、行星的運(yùn)動(dòng)、杠桿、滑輪，逐慚獲得一些具體的結(jié)論，在同錯(cuò)誤的斗爭(zhēng)中獲得的力學(xué)知識(shí)日益增多，經(jīng)過漫長(zhǎng)的歷史

6、發(fā)展，到十七世紀(jì)八十年代才由牛頓總結(jié)出力學(xué)的基本定律；在電磁學(xué)方面，也是從古希臘時(shí)期開始，人們發(fā)現(xiàn)摩擦起電、磁石吸鐵，以后研究靜電感應(yīng)、萊登瓶放電、電流的磁效應(yīng)等等，積累了許多關(guān)于電荷相互作用、電流產(chǎn)生磁、磁產(chǎn)生電方面的知識(shí)，經(jīng)過漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展，到十九世紀(jì)六十年代才由麥克斯韋總結(jié)出電磁場(chǎng)的基本方程組。　　　　二十世紀(jì)以前的物理基礎(chǔ)研究路線可以概括為從一些具體事物入手研究它們的具體規(guī)律，經(jīng)過漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展，積累到一定程度才由某個(gè)偉大的物理學(xué)家，總結(jié)前人研究成果得到該領(lǐng)域的物理基本定律，這些物理基本定律的廣泛應(yīng)用更加豐富了人們的認(rèn)識(shí)，也包括對(duì)物理基本定律的認(rèn)識(shí)。愛因斯坦的研究方法與此有著根本的

7、不同，它不是從瑣碎的具體問題入手，而是一開始就從研究物理定律應(yīng)有的對(duì)稱性入手，找出這些對(duì)稱性來，然后根據(jù)對(duì)稱性確定物理定律的形式，這是二十世紀(jì)以來物理基礎(chǔ)研究的路線?！　　　∵@一現(xiàn)代物理基礎(chǔ)研究的路線充分體現(xiàn)了物理學(xué)中崇尚理性的威力，它不是從眾多具體而瑣碎的事物中一點(diǎn)一滴地積累材料，然后再整理出事物的基本定律，而是一開始就從整體上尋找制約事物基本定律的普遍原則，從中得出事物的基本定律，這就大大地縮短了探索事物基本定律的歷