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物理定律

 南阳jsk49eltts 2018-03-22

由于定律的简单性而和科学理论明显不同。科学理论一般比定律复杂;它有许多部分,它们可随有效实验数据发展而改变。而定律是经验观察的总结。简单地说;定律表示发生了一些事;而理论则解析一些事为何及怎样发生。

自然界较出名的定律有:1.牛顿经典力学理论;2.爱因斯坦的相对论;3.波义尔气体定律,守恒律,热力学四定律等。

以定义做定律

一些“科学定律”以数学定义形式出现(如牛顿第二定律F=ma,或测不准原理),这些定律解析我们所感觉到的。实际它们仍然是经验而不是数学,而是事实。

数学对称性造成的定律

在自然界发现其它反应数学对称性的定律(如泡利不相容原理反映了电子的一致性;守恒定律反映了空间,时间的均匀性;罗伦茨变换反映了空-时转动对称性。)定律经常受到更高精度实验的捡验。这是科学主要目的之一。

一些已建立起来的定律在一些特别情况下是无效的。但只能说新的公式(定律)更普遍化,而不是抛弃原有的定律。也是说,已发现这无效定律仅仅是个近似(见下),要加上以前没考虑的条件。即十分大或十分小的时间或空间标尺,巨大速度或质量等。这样,与不变的知识相比,物理定律可看成一系列不断改进和更精确更普遍化的经验总结。

近似定律

一些定律是其它更一般定律的近似;而在限制的应用范围内很好的近似;例如,牛顿动力学是特别相对论的低速情况。类似,牛顿的万有引力定律是广义相对论的低-质量近似。而库伦定律是大距离(与弱相互作用区域比)的量子电动力学近似。在此情况下,一般用定律的简单,近似形式代替较精确的一般形式。

从对称原理推导出的物理定律

许多基本物理定律是时间,空间或自然其它性质各种对称性数学的结果。特别是牛顿的一些守恒定律与一些对称性有关;例如:能量守恒是时间移动对称性的结果(时间的任一瞬间都是相同的),而动量守恒是空间(空间无特殊点)对称性(均匀性)的结果。各种基本类型的所有粒子(如,电子,或光子)的不可区别性导致戴拉(Dirac)和玻色量子统计,它导致费米子的泡利不相容原理。时间和空间之间坐标轴转动对称性(把某一当虚轴,另一就是实轴),导致了罗兰兹变换。进而得出特殊相对论。惯性和引力质量间的对称性得出广义相对论。

要研究自然最基本的定律,就应研究最一般的数学对称群,它能用到基本的相互作用。

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