Научные концепции, широко применявшиеся за рамками своих наук…
ФизикаОткрытия в области физики и применение физических эффектов и моделей в других областях деятельности
Создание научных моделей и организация экспериментов. Кибернетика.
X
«Известный математик Герман Вейль (1885-1955) предложил прекрасное определение симметрии, согласно которому симметричным называется такой предмет, который можно как-то изменять, получая в результате то же, с чего Вы начали. Именно в этом смысле говорят о симметрии законов физики. При этом мы имеем в виду, что физические законы или способы их представления можно изменять так, что это не отражается на их следствиях. Этим свойством физических законов мы и займемся в данной лекции […].
Простейшим примером симметрии такого рода - и Вы сразу поймёте, что это совсем не симметрия правого и левого, - может служить симметрия относительно пространственного переноса. Вот что мы имеем в виду. Если построить любую установку и при её помощи поставить какой-нибудь опыт, а затем взять и построить точно такую же установку для точно такого же эксперимента с точно таким же объектом, но в другом месте, не здесь, а там, т. е. просто перенести наш опыт в другую точку пространства, то окажется, что во время обоих опытов происходит в точности одно и то же. Конечно, это утверждение не нужно понимать слишком упрощённо. Если бы я на самом деле построил здесь, где я сейчас сижу, какую-нибудь установку, а затем попытался перенести её на 6 м влево, то она вошла бы в стену, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Поэтому, говоря о симметрии относительно пространственных переносов, необходимо учитывать всё, что играет в эксперименте существенную роль, и переносить всё это вместе с установкой. Возьмём, например, какую-нибудь систему с маятником и попробуем перенести её на 20 тысяч миль вправо. Ясно, что система не будет работать правильно, так как колебания маятника зависят от притяжения Земли. Но если представить себе, что вместе с установкой я переношу и нашу планету, то система будет работать по-прежнему. В том-то и дело - нужно переносить сразу все, что имеет хоть малейшее значение. Это правило звучит довольно нелепо. […]
Приведём ещё несколько примеров законов симметрии. Один из них связан с фиксированными пространственными поворотами. Если проводить какой-либо опыт с установкой, построенной в каком-нибудь определённом месте, а затем взять другую точно такую же установку (возможно, перенесённую в другую точку пространства, где посвободнее) и повернуть её так, чтобы все её оси имели другую ориентацию, то установка будет работать точно таким же образом, как и раньше. Конечно, при этом нам снова нужно повернуть и всё остальное, существенное для эксперимента. Если речь идет о дедовских часах и Вы положите их на бок, маятник просто уткнётся в стенку футляра и часы остановятся. Но если вместе с часами повернуть и Землю (которая и так всё время поворачивается), часы будут идти по-прежнему. […]
Окончательный результат таких математических рассуждений говорит, что если добавить всем телам постоянную скорость, то они по-прежнему в точности будут подчиняться тем же законам, что и раньше. Вот поэтому, изучая Солнечную систему и траектории движения планет вокруг Солнца, мы не можем решить, неподвижно ли Солнце относительно нашей Вселенной или оно движется. В соответствии с законом Ньютона такое движение Солнца никак не отражается на движении планет вокруг Солнца.
Поэтому Ньютон добавлял: «Движение тел в пространстве относительно друг друга одно и то же, независимо от того, неподвижно ли это пространство относительно звёзд или движется по прямой с постоянной скоростью».
Ричард Фейнман, Характер физических законов, М., «Наука», 1987 г., с. 72-73, 75-76 и 78.
