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很长一段时间以来 , 我一直想写诺特定理 , 但却迟迟没有“动笔” 。 我觉得现在是时候给自己一个交代了 。 由埃米·诺特提出的诺特定理 , 是迄今为止 , 最美妙的数学思想之一 。 但它并没有为普通大众所熟知 。
爱因斯坦和希尔伯特试图得出广义相对论方程 , 但挣扎了很长一段时间 。 因为 , 在广义相对论之前 , 存在着这样一个特殊的悖论 , 悖论是这样的:
埃米·诺特解决了这个问题 , 但她是如何解决这个问题的?
如果能量扭曲时空而时空包含能量 , 那么时空就会扭曲时空 。
诺特定理
如果宇宙中的一切都被平移到它现在的右边会怎样?我们知道这不会发生 。 但你还是会问“有什么变化?” , 但更重要的是 , 什么是保持不变的?
这样的思想实验似乎是对时间的无限“滥用” 。 但在你了解诺特定理后 , 就不这么想了 。 通常对诺特定理的理解是:
但是什么是对称呢?什么是守恒定律?它们是如何联系在一起的?
对称意味着守恒 。
“对称”在日常用语中指的是一种协调和美丽的比例感 。 在数学中 , “对称”有一个更精确的定义 , 通常用来指在某些变换下不变的物体 , 包括平移、反射、旋转或缩放 。
就数学而言 , 当对一个物体进行任意变换而不产生方向变化时 , 就建立了对称 。 把一个球绕中心旋转90度 , 得到的结果和开始时一样 。 这个球体是“旋转对称的” 。 取一条直线(无限长) , 向右移动4个单位 , 直线没有变化 。 这被认为是“平移对称” 。 这似乎是一个无关紧要的性质 , 但事实并非如此 。
艾米·诺特认为的对称是这样的:
注意:诺特定理将“对称”限制为连续对称 。 连续对称是用函数的连续变化来描述的 ,
假设这个对象是某个系统 , 它不断地按照我们的意愿转换 。 这个“系统”是宇宙的一部分 , 或者是宇宙本身 。 我们用λ值拉伸所有的距离 , 或旋转所有的角度 。 诺特提出的问题是 , 无论如何 , 系统是否保持不变?
首先 , 诺特对能量特别感兴趣 。 这里的定义做了一些调整:我们说 , 如果系统中物体的总能量在任意变换下不改变 , 那么这个系统就是对称的 。 例如 , 如果我分离出一个质量 , 并将它与一个移位的质量进行比较 , 能量将保持不变 。
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