我在上中学的时候,就思考神奇的对称性。比如运算的交换律,结合律,它们到底意味着什么?后来我明白了,结合律是代数结构,在几何,向量空间等领域各自代表了其运算规则,比如,在几何中,这就是空间扩展规则。但凡可以平直扩展的空间,都满足结合律。
而对称性是有强弱的,二维平面中的圆可以沿着任何通过圆心的直线切成全等的两半,通过简单的平移就可以完全彼此覆盖。如果把圆改变成正多边形,那么就不太可能随便切,即使切出来的两半面积相等,也不一定可以通过简单的平移来彼此覆盖,有可能需要翻转。正多边形也是对称的,但是对称性被离散化了,离散化的对称性比处处连续的对称性更弱。
用数学语言来说,世界如果原本是一个无尺寸的点,可谓是处处连续,那么空间扩张,产生基本粒子,产生了离散性,于是减弱了对称性。直到学习了足够的数学和物理知识,了解抽象代数和诺特中心定理,才算是初步理解了对称性.
简单来说,任何物理定律不随着时间的变化而改变,所以时间具有处处连续的对称性。这种对称性导致了基础物理定律:能量的守恒。同理,无论你把坐标圆点放在哪里,坐标轴指向什么方向,这些物理定律的公式依然成立,因此,我们可以得出另一个基础物理定律:动量是守恒的。如果在极坐标系里面,起始角度可以是任何角度,所以角动量也是守恒的。但是,奇怪的是,宇称(手性,或者说磁场的方向)反而是不守恒的。
在物理世界中,我们把对称性的弱化称作破缺,用系统能量状态和熵来解释为什么会发生对称性破缺。可是在数学当中,我们没有任何理论来解释,为什么对称性会破缺?所以有一个奇怪的颠倒因果的研究方式,就是把物理定律引入到数学当中。这也不是第一次了,张量分析就来自于物理学。
