对称性-大自然的秩序和混沌

发布时间：2023-07-03 14:39:00 所属栏目：动态来源：

导读：对称是日常生活中随处可见的现象。比如说各种建筑物的左右对称，篮球和足球的球的对称等,都显示出了一种和谐统一的感觉。这些人造物的对称性源自于自然界中本身存在的对称性。仿佛造物主也欣赏这种美感，并将其传递给

对称是日常生活中随处可见的现象。比如说各种建筑物的左右对称，篮球和足球的球的对称等,都显示出了一种和谐统一的感觉。这些人造物的对称性源自于自然界中本身存在的对称性。仿佛造物主也欣赏这种美感，并将其传递给我们。不仅仅是在人造物上，人们在总结自然规律时也喜欢添加对称性，因为这样的理论通常更加简洁、优雅，并帮助科学家们预测新的现象。在本文中，我们将带大家了解物理学中我们喜欢研究的各种对称性。

最基本的当然要数物理规律的空间平移不变性和时间平移不变性了。所谓空间移位不变是指在北京和纽约同时进行相同的实验,排除了外部干扰后,实验结果应是一致的。毕竟对于广阔的宇宙而言，北京和纽约只是地球上的两个点，几乎不可能存在完全不同的物理规律。同样地，时间平移不变性也是如此，苹果早上会落下，中午也会落下，晚上同样如此。这些是最基本的原理，因为如果不满足这些条件，我们研究的自然规律将毫无意义。这也是《三体》一书中为什么人们认为物理学不存在的原因。当然，如果真的出现这种情况，科学家们可能会感到更兴奋而不是绝望，因为观测和研究对称性被破坏也是一项伟大且重要的成就。

时间反向对称性则更加抽象一些，它表示物理规律在时间反向行进的方向上与正向行进是相同的。例如，我们拍摄一个球的抛物线运动并倒放录像，球的运动轨迹应与正常时间下的运动相一致。然而，在很多物理系统中，这个对称性可能会被破坏。最为人所知的例子是热力学中的不可逆过程，即热力学第二定律：一个封闭系统的熵总是增加的。最初，人们认为这两个重要的对称性是绝对的。但随着对自然现象认知的越来越深入，我们也必然会发现越来越多的例外情况，这为今后的科学家们提供了更多的前沿性的研究方向和不可避免的挑战。

这展现了一种共形对称性，即我们对系统进行等比例缩放后，发现它们具有相同的形态。虽然不同尺度之间的相似性并不是普遍存在的规律,但是这种现象又让科学家开始研究一些可用于获得有趣性质的系统。例如，在20世纪后期，数学家们通过迭代和自相似性发展出了分形几何学，如图所示。

分形具有复杂的形状，同时又表现出局部与整体的一致性。这种特殊的结构在自然界中也有所发现，包括山脉、云朵、雪花等形状。这对我们了解自然复杂性的理解提供了有力的工具和框架。

（编辑：汽车网）

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