10. Принципы симметрии. Виды симметрии. Симметрия времени и пространства. Принципы симметрии и законы сохранения (определение симметрии, фундаментальные законы сохранения в природе, соотношение)

Все многообразие окруж. мира связано с тем или иным нарушением определенных видов симметрий. В общем случае С. выражает степень упорядоченности какой-либо системы или объекта. С. — неизменность (инвариантность) каких-либо свойств и характеристик объекта по отношению к каким-либо преобразованиям (операциям) над ним. Например, окружность симметрична относительно любой прямой (оси симметрии), лежащей в ее плоскости и проходящей через центр. Операциями С. в данном случае будут зеркальное отражение относительно оси и вращение относительно центра окружности.

Противоположным понятием является понятие асимметрии, которое отражает существующее в объективном мире нарушение порядка, равновесия, относительной устойчивости, пропорциональности и соразмерности между отдельными частями целого, связанное с изменением, развитием и организационной перестройкой.

Различают геометрическую (ГС) и динамическую (ДС) формы симметрии (и, соответственно, асимметрии). К ГС относятся свойства пространства — времени, такие как однородность, изотропность, эквивалентность и др. К ДС относятся симметрии, выражающие свойства физических взаимодействий, например, С. эл. заряда, С. спина и др.

Важным понятием в совр. физике является понятие калибровочной симметрии (КС). КС связаны с инвариантностью относительно масштабных преобразований. Так в СТО физические законы не изменяются относительно переноса (сдвига) системы координат, таким образом, здесь работают законы КС.

Одной из важнейших особенностей симметрий (С.) является их связь с законами сохранения (ЗС). Понятие С. применимо к любому объекту, в.т.ч. и к физическому закону. Наиболее общий подход к взаимосвязи С. и ЗС содержится в теореме Нетера (1918г.): если св-ва системы не меняются относительно какого-либо преобразования переменных, то этому соответствует некоторый ЗС.

Переход от ИСО к др. осуществляется через: 1) Сдвиг начала координат — физическая эквивалентностью всех точек пространства, его однородностью. 2) Поворот тройки осей координат - изотропность пространства и соответствует симметрии относительно поворотов. 3) Сдвиг начала отсчета по времени - физическая эквивалентность моментов времени и однородность времени. 4) Равномерное прямолинейное движение начала отсчета со скоростью V - переход от покоящейся системы к системе, движущейся равномерно и прямолинейно.

Такую С. условно называют изотропностью пространства-времени. Переход же осуществляется с помощью преобразований Галилея или преобразований Лоренца.

Эти 4 вида симметрии являются универсальными. Это означает, что все законы Природы относительно них инвариантны с большой степенью точности, а соответствующие им ЗС являются фундаментальными: 1) ЗС импульса как следствие однородности пространства. 2) ЗС момента импульса как следствие изотропности пространства. 3) ЗС энергии как следствие однородности времени. 4) ЗС скорости центра масс (следствие изотропности пространства-времени).