物理的等價(jià)性和諾特定理
時(shí)常寫點(diǎn)時(shí)事評議的短文,但不是自己的“主業(yè)”,大概有一個(gè)主攻或深耕的理論方向,不定期地更新在科學(xué)哲學(xué)專欄結(jié)集的文章,“有感而發(fā)”的寫作才能表達(dá)新意和深意的內(nèi)容。今日專欄文章的標(biāo)題是“物理的等價(jià)性和諾特定理”。自己哲學(xué)探究的目的不是為了當(dāng)哲學(xué)專家,給人生的旅途添加榮譽(yù)和炫耀的頭銜,而是“為了探究而探究”或“為了哲學(xué)而哲學(xué)”,哲學(xué)思維和創(chuàng)新哲學(xué)思維的本身就是目的。至于說到爭取進(jìn)入中國“互聯(lián)網(wǎng)哲學(xué)”的前5名,主要是出于“自我鞭策”的需要,哲學(xué)的人生和人生的哲學(xué)總需要點(diǎn)精神動(dòng)力,科學(xué)家精神、哲學(xué)家精神和藝術(shù)家精神都是內(nèi)心的動(dòng)力之源,其實(shí)無論做什么有創(chuàng)意的事情都需要點(diǎn)精神的驅(qū)動(dòng)力。
除了物理學(xué)的對稱性原理和哲學(xué)的對應(yīng)性原理,還有物理學(xué)的對稱性破缺原理和哲學(xué)的對應(yīng)性破缺原理,比如:空間的維度是對稱的,時(shí)空的維度是對稱性破卻的。在“對稱性和對稱性原理”一文中以科學(xué)哲學(xué)的邏輯方式從Rushan原理推導(dǎo)了在物理學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用的對稱性原理。事物對稱性依據(jù)不同的參考標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類,有物質(zhì)結(jié)構(gòu)的對稱性,比如:正反物質(zhì)結(jié)構(gòu)、晶體和生命物質(zhì)DNA結(jié)構(gòu)的對稱性;有天體系統(tǒng)的對稱性,比如:宇宙和鏡像宇宙、橢圓星系和球狀星團(tuán)、宇宙大尺度星系的分布、恒星、中子星和黑洞結(jié)構(gòu)的對稱性。
依據(jù)空間維度的參考標(biāo)準(zhǔn),可引入一個(gè)“維度對稱性”的概念,物體在空間維度的對稱性分為三種:一維對稱性,二維對稱性和三維對稱性,一維對稱性表現(xiàn)為線性對稱,線段向前和向后、向左和向右、向上和向下延伸,呈現(xiàn)了一維空間的對稱性;二維對稱性表現(xiàn)為面性對稱,像正方形和圓形有兩維空間的對稱性,半圓的面積乘以2等于圓的面積;三維對稱性表現(xiàn)為體性對稱,像正方體和圓球有三維空間的對稱性,半圓球的體積乘以2等于圓球的體積。此外,物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家設(shè)想了多維時(shí)空的概念,弦理論定義了量子時(shí)空的11個(gè)維度,從新科學(xué)哲學(xué)上相應(yīng)地引入多維對稱性的概念,包括四維或四維空間的對稱性,十維或十維空間的對稱性,N維或N維空間的對稱性。
物理學(xué)的對稱性原理和悖論原理組合為對稱性破缺原理,對稱性原理和悖論原理的組合遵從哲學(xué)疊加態(tài)的互補(bǔ)原理或互補(bǔ)態(tài)的疊加原理。哲學(xué)的對應(yīng)性原理和悖論原理組合為對應(yīng)性破缺原理,對應(yīng)性原理和悖論原理的組合遵從哲學(xué)融合態(tài)的互補(bǔ)原理或互補(bǔ)態(tài)的融合原理。依據(jù)空間維度的參考標(biāo)準(zhǔn),可引入一個(gè)“維度對稱性破缺”的概念,物體在空間維度的對稱性破缺分為三種:一維對稱性破缺,二維對稱性破缺和三維對稱性破缺。
一維對稱性破缺是線性對稱破缺,二維對稱性破缺是面性對稱破缺,三維對稱性破缺是體性對稱性破缺。物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家設(shè)想了多維時(shí)空的概念,弦理論定義了量子時(shí)空的11個(gè)維度,從新科學(xué)哲學(xué)上相應(yīng)地引入多維對稱性破缺的概念,包括四維或四維空間的對稱性破缺,十維或十維空間的對稱性破缺,N維或N維空間的對稱性破缺。

物理學(xué)等自然科學(xué)的等價(jià)性概念相當(dāng)于科學(xué)哲學(xué)的等效性概念,從自然科學(xué)的概念上可以引入“等價(jià)原理”或“等價(jià)性原理”,哲學(xué)概念的等效原理或等效性原理相當(dāng)于物理學(xué)等自然科學(xué)概念的等價(jià)原理或等價(jià)性原理,兩個(gè)物理學(xué)和哲學(xué)術(shù)語的表達(dá)只有方式的不同,沒有語義的差別。19世紀(jì)的德國女?dāng)?shù)學(xué)家諾特在物理學(xué)上提出了著名的“諾特定理”,這一定理的重要性和奇妙性是將物理學(xué)的兩個(gè)重要概念——對稱性和守恒性聯(lián)系起來,諾特從數(shù)學(xué)上證明了對稱性原理和守恒性原理的等價(jià)性,相當(dāng)于從對稱性原理衍生了守恒性原理。
諾特定理表達(dá)了對稱性和守恒性、對稱性原理和守恒性原理的等價(jià)關(guān)系,數(shù)學(xué)的證明適從科學(xué)哲學(xué)對應(yīng)性的等效原理或等效性的對應(yīng)性原理。諾特定理是公認(rèn)的最重要和最基礎(chǔ)的物理定理,也可以列為新科學(xué)哲學(xué)中等效原理的最主要和最基本的表現(xiàn)形式。有猶太血統(tǒng)的諾特是女科學(xué)家中的“愛因斯坦”,她出生于1882年,1907年獲得數(shù)學(xué)博士學(xué)位,1918年證明了“諾特定理”,1922年到哥廷根大學(xué)執(zhí)教,1933年被德國納粹驅(qū)逐出境,流亡到了美國,在賓夕法尼亞州的布林莫爾學(xué)院任教,1935年,諾特因手術(shù)并發(fā)癥離世,終年53歲。
諾特定理在宇宙暴脹理論、廣義相對論和量子力學(xué)、超對稱理論、弦理論和萬有理論中都發(fā)揮了基礎(chǔ)性數(shù)學(xué)物理學(xué)的價(jià)值,每一個(gè)物理的對稱性都包含了一個(gè)守恒量,反之,每一個(gè)物理的守恒量都包含了一個(gè)對稱性,守恒性是動(dòng)態(tài)和整體的對稱性,對稱性是靜態(tài)和單一的守恒性,簡而言之,對稱性意味著守恒性,守恒性意味著對稱性。20世紀(jì)初,愛因斯坦在創(chuàng)建狹義和廣義相對論時(shí)受到了諾特定理的啟發(fā),20世紀(jì)下半期,從諾特定理引出的超對稱理論成為了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的理論基礎(chǔ),物理學(xué)家在大型的加速器實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子和多種超對稱粒子。
從諾特定理導(dǎo)出了動(dòng)量守恒定理,物理定律在空間平移變換下保持了不變性,比如:地球上的物理定律與月球上的物理定律、地球上的物理定律與火星上的物理定律完全一致。由諾特定理導(dǎo)出了一個(gè)守恒的動(dòng)量和動(dòng)量守恒定理,物理定律在均勻空間的平移性適從科學(xué)哲學(xué)不變性的一致性原理或一致性的不變性原理。從諾特定理導(dǎo)出了角動(dòng)量守恒定理,物理定律在空間旋轉(zhuǎn)變換下保持了不變性,比如:牛頓三大定理在坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),各個(gè)坐標(biāo)軸的分量有所不同,但牛頓三大定理的形式保持不變。
從諾特定理導(dǎo)出了一個(gè)守恒的角動(dòng)量和角動(dòng)量守恒定理,物理定律在均勻空間的轉(zhuǎn)動(dòng)性適從科學(xué)哲學(xué)不變性的一致性原理或一致性的不變性原理。從諾特定理導(dǎo)出了能量守恒定理,物理定律在時(shí)間平移的變換下保持了不變性,物理學(xué)定理在過去、現(xiàn)在和將來完全一致。由諾特定理導(dǎo)出了一個(gè)守恒的能量和能量守恒定理,物理定律在均勻時(shí)間的平移性適從科學(xué)哲學(xué)不變性的一致性原理或一致性的不變性原理。

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