物理学中的时空对称性是怎么得出的结论？

物理学中的对称性是什么~

对称性是物理学中含义最深刻的概念之一。
所谓对称性是指在进行某种操作后的不变性。
比如镜面对称性（手性），是指经过空间反转操作不变，直观来讲就是镜子中的你除了左右不同之外完全相同。
一般每一种对称性都对应着一个守恒量：
比如，空间平移不变性对应动量守恒；时间平移不变性对应能量守恒；空间转动不变性对应角动量守恒。等等。
研究对称性（不变性）的数学理论是几何，比如初等几何中的图形、体都是空间平移转动、反转不发生变化的。因此比较优美的理论都是用几何理论（如群论）来描述物理规律，例如爱因斯坦的相对论（用非欧几何来描述引力相互作用）等等。
对称性是人们在观察和认识自然的过程中产生的一种观念。对称性可以理解为一个运动，这个运动保持一个图案或一个物体的形状在外表上不发生变化。在自然界千变万化的运动演化过程中，运动的多样性显现出了各式各样的对称性。在物理学中存在着两类不同性质的对称性：一类是某个系统或某件具体事物的对称性，另一类是物理规律的对称性。物理规律的对称性是指经过一定的操作后，物理规律的形式保持不变。因此，物理规律的对称性又称为不变性。
对称性是现代物理学中的一个核心概念，它泛指规范对称性 , 或局域对称性和整体对称性。它是指一个理论的拉格朗日量或运动方程在某些变数的变化下的不变性。如果这些变数随时空变化，这个不变性被称为局域对称性，反之则被称为整体对称性。物理学中最简单的对称性例子是牛顿运动方程的伽利略变换不变性和麦克斯韦方程的洛伦兹变换不变性和相位不变性。
数学上，这些对称性由群论来表述。上述例子中的群分别对应着伽利略群，洛伦兹群和U(1)群。对称群为连续群和分立群的情形分别被称为连续对称性和分立对称性。德国数学家威尔是把这套数学方法运用於物理学中并意识到规范对称重要性的第一人。
二十世纪五十年代杨振宁和米尔斯意识到规范对称性可以完全决定一个理论的拉格朗日量的形式，并构造了核作用的SU(2)规范理论。从此，规范对称性被大量应用於量子场论和粒子物理模型中。在粒子物理的标准模型中，强相互作用，弱相互作用和电磁相互作用的规范群分别为SU(3)，SU(2)和U(1)。除此之外，其他群也被理论物理学家广泛地应用，如大统一模型中的SU(5)，SO(10)和E6群，超弦理论中的SO(32)。
考虑下面的变换：将位于某根轴的一边的所有点都反射到轴的另一边，从而建立一个系统的镜像。如果该系统在操作前后保持不变，则该系统具有反射对称性。反射下的不变性（比如人体的两边对称性）与转动下的不变性（比如足球的转动对称性）相当不同。前者是分立对称性，而后者是连续对称性 。连续对称性对任意小变换均成立，而分立对称性却有一个变换单位，两者在物理学中都起重要作用。

认识到物理学中的自然真理存在和谐对称的美，说明自然中的事物表面可能没有联系，但是实质可能密切相关

不同宇宙观下的时空对称性
伽利略时空对称性
在‘引论’中就预先指出，对于牛顿力学的背景时空，即伽利略时空，有着下述对称性：
(N1)，所有的空间点都是平权的，所有的瞬时也都是平权的；
(N2)，所有的空间方向都是平权的；
(N3)，所有作相对匀速直线运动的惯性参照系都是平权的。

洛伦兹时空对称性
对于狭义相对论的背景时空，即洛伦兹时空，则有着下述对称性：
(S1)，所有的时空点都是平权的；
(S2)，所有的时空方向都是平权的。
这里所谓‘平权’是指“物理影响相同，没有谁表现特别”。这里的伽利略时空和洛伦兹时空都是1+3维时空，1维是时间，3维是空间。洛伦兹时空中的时空点是4维时空点，时空方向是4维矢量方向。所有的时空方向都是平权的对称性包含着所有的空间方向都是平权的对称性和所有作相对匀速直线运动的惯性参照系都是平权的对称性。
伽利略时空的对称性对应着伽利略坐标变换，这个变换具有10个参数(其中N1对称性4个，N2对称性3个，N3对称性3个）；在此变换下，牛顿力学的规律保持不变。洛伦兹时空的对称性对应着洛伦兹坐标变换，这个变换也具有10个参数(其中SI对称性4个，S2对称性6个）；在此变换下，狭义相对论的物理规律保持不变。若要深入了解或其它文献；由于本博文主要讨论宇宙时空的对称性，故对上述问题不打算多讨论。

广义相对论时空对称性
对于广义相对论，由于引力场使得时空弯曲，在全时空中彼此作相对匀速直线运动的惯性参照系是不存在的（在时空的局部范围内可以存在匀速直线运动，也可以存在局部惯性参照系）。由于这个原因，广义相对论中的时空的对称性，一般要低于伽利略时空的对称性和低于洛伦兹时空的对称性，即其所对应的保持规律不变的坐标变换之参数要减少。在广义相对论中，时空的对称性往往随所研究的具体问题而异，本文只讨论以广义相对论为理论基础的宇宙学中的时空对称性。
一般认为，以广义相对论为理论基础的宇宙学中的时空对称性是：
(C1)，所有的空间点都是平权的；
(C2)，所有的空间方向都是平权的。
为什么说所有的空间点都是平权的？如果空间之内点与点不是平权的，则在空间某些部分,物质会堆积得很多,而在另外一些部分, 物质则分布得很少,这不符合天文观察。
利用时空对称性可以判断某些理论是否可行
利用时空对称性可以判断某些理论是否可行。例如，宇宙学原理常受到非难，若放弃宇宙学原理，仅用广义相对论来研究宇宙又很困难；那就用牛顿力学来研究吧。可是，放弃宇宙学原理就相当于否定所有的空间点都是平权的和所有的空间方向都是平权的；使用牛顿力学，又相当于肯定所有的空间点都是平权的和所有的空间方向都是平权的；这岂不是自相矛盾？这样建立的理论必然要导致不自洽。

时空对称性的重要性：
一、从宏观上看：在物理学中它起着重要的作用，通过对系统所具有的对称性的分析，可以得到系统相应的守恒量，这些守恒量的存在对于了解系统的物理状态和性质就十分重要。
二、在微观世界中，特别是在粒子物理学中，对称性就更为重要了。
首先，从对称性原理出发，可以唯象地构造系统的拉氏量的形式，或者从规范（不变）原理出发，所构造的拉氏量自动地给出了相互作用的形式。
其次对称性还可以判断一个过程能否发生及粒子的寿命。粒子的衰变是由相互作用引起的，相互作用越强，粒子衰变越快，寿命越短。强相互作用满足的对称性最多，由对称性导致的守恒律也最多，是许多过程不能发生。因而不是所有的粒子都能作强衰变。电磁作用有较小的对称性，所以当粒子不能发生强衰变时，它可以发生电磁衰变，如果连弱衰变都不能发生，那么这些粒子就是稳定的。在强相互作用，弱相互作用，电磁相互作用中，吸引和排斥都是对称的。

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盐城市19215792313： 物理学中的时空对称性是怎么得出的结论? - ？
晏相甘油： 不同宇宙观下的时空对称性 伽利略时空对称性 在'引论'中就预先指出,对于牛顿力学的背景时空,即伽利略时空,有着下述对称性:(N1),所有的空间点都是平权的,所有的瞬时也都是平权的;(N2),所有的空间方向都是平权的;(N...

盐城市19215792313： 时空对称性是什么意思? - ？
晏相甘油： 所谓时空对称性是指物理规律在时空变换下的不变性,即表现为系统的运动方程在时空变换下形式不变性,这种不变性才是对应守恒定律存在的必要条件.

盐城市19215792313： 关于对称性:关于对称性的问题:物理学中所说的对称性除了形体对称性外,还包括那种对称性?为什么对称性在物理学的研究中很重要? - ？
晏相甘油：[答案] 还有时空对称性.即时间对称性与空间对称性. 其重要性在于: 一、从宏观上看:在物理学中它起着重要的作用,通过对系统所具有的对称性的分析,可以得到系统相应的守恒量,这些守恒量的存在对于了解系统的物理状态和性质就十分重要. 二、在...

盐城市19215792313： 为什么说物理守恒定律是客观世界对称性的反映 - ？
晏相甘油： 这个看一下分析力学的拉格朗日函数部分就明白了 简单地说,一个系统的拉格朗日函数代表着系统本身的性质,如果世界是对称的(比如空间对称),那么系统平移之后,拉格朗日函数不变.利用这点,采取变分原理,就可以得出动量守恒(推导过程就不细说了);同理,旋转对称性可以推出角动量守恒,时间对称可以推出能量守恒等等~

盐城市19215792313： 物理中的对称性是什么意思? - ？
晏相甘油： 你讲的可能是指空间对称性. 对称性是物理学中含义最深刻的概念之一. 所谓对称性是指在进行某种操作后的不变性. 比如镜面对称性(手性),是指经过空间反转操作不变,直观来讲就是镜子中的你除了左右不同之外完全相同. 一般每一种...

盐城市19215792313： 空间平移对称性对应的是物理学中的什么定律 - ？
晏相甘油： 运动定律的空间平移对称性导致动量守恒定律,时间平移对称性导致能量守恒定律,空间各向同性(空间旋转对称性)导致角动量守恒定律.

盐城市19215792313： 物理学中的对称性是什么我在研究摩擦力的问题时看到 - ？
晏相甘油： 物理学中对称性很多,如时间平移对称性,时间反演对称性,空间平移对称性,旋转对称性,中心反演对称性等,除此之外还有许多抽象的对称.诺特定理表明,每一个对称性对应一个守恒量.时间平移对称性对应能量守恒;空间平移对称性对应动量守恒;旋转对称性对应角动量守恒......应用各种对称性可有效简化计算过程,极大减小计算量.说物理的本质是研究对称性或各种守恒量,并不过分.现在凝聚态物理炒得很热的拓扑材料,本质上也研究的是拓扑不变量.

盐城市19215792313： 物理学中为什么说对称性原理是物质世界最高层次的规律? - ？
晏相甘油： 对称是对称的现象是广泛存在于自然界,一些种的内在规律,物质世界的本质和表现形式的.探索物理世界的物理学研究物质世界的规律和对称的物理学研究具有非常重要的意义,本文讨论了三个方面的物理学中的对称性:(1)宏观物质世界...

盐城市19215792313： 物理学中的对称性除形体对称还有哪些 - ？
晏相甘油： 对称性普遍存在于自然界中,对称现象是物质世界某种本质和内在规律的体现.物理学以研究物质世界规律为对象,研究物理学中的对称性对于探索物质世界有着十分重要的意义,本文从三个方面对物理学中的对称性进行讨论:(1)宏观物质...

盐城市19215792313： 物理学中的对称性与物理规律之间有什么联系 - ？
晏相甘油： 对称是物理中的一种很重要的概念,对于很多问题的深入理解都牵扯对称性问题.在此我不可能说的很清楚.只是觉得对称性是一种感觉,是一种感性的判断.判断事物就是那样而不是别的样子.