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物理学における対称性

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これまでのところ、私たちが調べたすべての対称性は、ある意味で視覚的_でした:目に見える形、画像、またはパターン。実際、対称性はより広い概念である可能性があります: _変化に対する耐性

たとえば、リンゴジュースがオレンジジュースと同じくらい好きな場合、リンゴとオレンジを入れ替える変換では、好みは「対称」です。

1915年、ドイツの数学者Emmy Noetherは、同様のことが自然法則にも当てはまることを認めました。

たとえば、私たちの経験から、物理学の法則は宇宙のどこでも同じであることがわかります。ロンドン、ニューヨーク、または火星で実験を行うかどうかは関係ありません。物理法則は常に同じである必要があります。ある意味で、それらはを持っています

同様に、北向き、南向き、東向き、または西向きで実験を行うかどうかは重要ではありません。自然の法則は性を持っています

最後に、今日、明日、または1年以内に実験を行うかどうかは関係ありません。自然の法則は「時間対称」です。

F =GMmr2 F =GMmr2

これらの「対称性」は、最初はまったく意味がなさそうに見えるかもしれませんが、実際には私たちの宇宙について多くを語ることができます。エミーヌーザーは、あらゆる対称性が_保存され_ている特定の物理量に対応していることを証明することができました。

たとえば、時間対称性は、 エネルギーを宇宙で保存する必要があることを意味します。エネルギーをあるタイプから別のタイプに変換できます(たとえば、光から電気)が、エネルギーを作成または破壊することはできません。宇宙のエネルギーの総量は常に一定です。

CERN is the world’s largest particle accelerator. Scientists smash together fundamental particles at enormous speeds, to learn more about their properties. Can you see the person at the bottom, for size comparison?

The paths taken by particle fragments after a collision

対称性について知るだけで、物理学者は私たちの宇宙を支配する自然の法則のほとんどを導き出すことができることがわかります。実験や観察をする必要はありません。

対称性は、基本粒子の存在を予測することもできます。 1つの例は有名なヒッグスボソンです。これは1960年代に理論物理学者によって予測されましたが、現実の世界では2012年まで観測されませんでした。