愛因斯坦把對稱性推上主角

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

2、提示了物理規(guī)律上的一種新的對稱性，并且認識到對稱性是制約物理規(guī)律的利器，從而把對稱性推到物理基礎研究的主角地位?！　　　∵@一新的對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，它無非就是相對性原理內(nèi)容的重復表述，似乎一點也不起眼；然而從探索物理基本定律的高度來看，洛倫茲不變性實在是對物理定律的形式所加的一條強有力的限制，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的麥克斯韋方程組。它確實是洛倫茲不變性的；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，對它的改造

3、則獲得相對論的力學定律?！　　　∫院螅瑦垡蛩固拐J識到狹義相對論還存在某些不足，它不過是必然發(fā)展過程的第一步，一方面狹義相對論否定了一個特別優(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)律的形式特別簡捷，這表明狹義相對論在運動的相對性上還不夠徹底；另一方面狹義相對論在整個物理學中排除了超距作用，而牛頓引力定律的表述是超距作用的。作為力學重要研究課題的引力問題還不能在狹義相對認論中予以處理，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論?！　　　垡蛩固乖诮ⅹM義相對論中領悟了對稱性的威力，他就去尋找一種新的對稱

4、性來發(fā)展他的廣義相對論。他終于從伽利略時代已經(jīng)知道一切物體的重力加速度均相同的物理事實中凝煉出這一新的對稱性。愛因斯坦設想一個觀察者在密封的升降機里做實驗，一種情形是升降機靜止在地面上，其中存在地球的引力場，任何物體的重力加速度均相等為g；另一種情形是升降機遠離一切物體，即處于沒有引力場的地方，相對于某個慣性系以加速度g上升，它是一具非慣性系。在這兩種情形下，觀察者測得物體下落的加速度都是g，他觀察到的力學現(xiàn)象都相同，他無法斷定他所在的參考系究竟是引力場的慣性系，還是并無引力的非慣性系?！　　　∵@表明引力場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、性系與引力場等價，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動，沒有哪一個比另一個更優(yōu)越，由此愛因斯坦把相對性原理進一步推廣，一切參考系都是等價的，物理定律應該具有廣義的時空坐標變換的不變性，而洛倫茲不變性只是它的一個特例。愛因斯坦在等效原理和廣義協(xié)變原理的基礎上建立起廣義相對論。　　　　愛因斯坦的對稱性制約物理定律的思想可以說是二十世紀物理基礎研究方法上的一大飛躍，他為物理學基礎樹立了一個光輝的典范。二十世紀以前，在力學方面從古希臘時期開始，人們研究物體的運動、行星的運動、杠桿、滑輪，逐慚獲得一些具體的結論，在同錯誤的斗爭中獲得的力學知識日益增多，經(jīng)過漫長的歷史

6、發(fā)展，到十七世紀八十年代才由牛頓總結出力學的基本定律；在電磁學方面，也是從古希臘時期開始，人們發(fā)現(xiàn)摩擦起電、磁石吸鐵，以后研究靜電感應、萊登瓶放電、電流的磁效應等等，積累了許多關于電荷相互作用、電流產(chǎn)生磁、磁產(chǎn)生電方面的知識，經(jīng)過漫長的歷史發(fā)展，到十九世紀六十年代才由麥克斯韋總結出電磁場的基本方程組?！　　　《兰o以前的物理基礎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)過漫長的歷史發(fā)展，積累到一定程度才由某個偉大的物理學家，總結前人研究成果得到該領域的物理基本定律，這些物理基本定律的廣泛應用更加豐富了人們的認識，也包括對物理基本定律的認識。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有的對稱性入手，找出這些對稱性來，然后根據(jù)對稱性確定物理定律的形式，這是二十世紀以來物理基礎研究的路線?！　　　∵@一現(xiàn)代物理基礎研究的路線充分體現(xiàn)了物理學中崇尚理性的威力，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