好多年以前,我偶然从旧书店里得到,著名物理学家朗道和列普席兹合著的《力学》一书。弹指一挥间,快半个世纪过去了,那时候印刷纸张质量本来就很差,书已经完全发黄了。然而,我至今十分珍爱的保存着这本书。
此书虽然名为《力学》,其内容并不是我国工科院校讲授的理论力学,而是物理系讲授的分析力学。
我如此喜欢这本书是,书里关于对称性和守恒量的内容。书中讲到:时间的均匀性导致能量守恒、空间的均匀性导致动量守恒、空间的各向同性导致角动量守恒。(令人不解的是,我看到的我国分析力学教程里,几乎都没有这方面的内容。)
用不太严谨但比较通俗的语言来解释就是:时间早一秒和晚一秒没有本质区别,得出能量守恒定律;空荡荡的地方,往左边挪一寸与往右挪一寸,没啥两样,得到动量守恒定律;同样,空荡荡的地方,往左偏转一度和往右偏转一度,不会有啥不同,就得到了角动量守恒定律。
学过中学物理的人对能量守恒、动量守恒和角动量守恒,都非常熟悉了,把它们看成是的最基本的金科玉律,没想到本质上都是由时空的均匀性产生的。
我当时感到非常惊讶,也被这样的美丽的思想完全倾倒。
好多年之后,才知道这是德国女数学家、物理学家阿玛丽.艾米.诺特尔(Amalie Emmy Noeter,1882-1935)首先提出的。
是她首先发现了对称性和守恒量之间的关系。今天,这些关系已成了物理学家们手中的一个十分有力的武器,和梦寐以求的目标。
然而,她的一生是十分坎坷和不幸的。
对称性和稳定性都是非常古老的问题了,它们在物理学中都具有极其重要的地位。先说对称性,对称及对称破缺是在当代物理中占有核心地位,特别是在和试验结果吻合的最好的场论中,对称性及对称破缺所起的作用更是无可替代,而稳定性更是不用说,只有当一个状态稳定的时候,它才能存在在我们生活中。长久以来,我们可以说,把对称性发挥到了极致,凭借它,我们一步步建立了标准模型,但是对稳定性的研究,就不像对称新那样,我们现在很多时候对稳定性,特别是非线性稳定性还不能做出肯定判断,最为可靠的判断非线性稳定性的方法——拉格朗日-迪利克莱方法基本上对判断非线性稳定性没有太大的帮助,但是根据拉格朗日-迪利克莱方法,我们发展了一套利用守恒量来判断稳定性的方法——能量-卡斯米尔函数法,但是由于卡斯米尔函数比较难找,后来又发展出来了能量-动量方法,它也是基于守恒量。我们又注意到有对称性,我们可以构造出与之相关的守恒量(这是诺瑟的工作,她将结构化的思想带入物理),这样我们就自然的想到有没有方法将对称性与守恒量联系起来,利用对称性来判断稳定性。
气-液相变在临界点处是二级相变。根据Landau理论,二级相变必伴随着对称性破缺,那么临界点处的气-液相变中什么对称性破缺了呢?翻了不少资料,好像还没有哪本书上说明