試論大學物理中的“對稱性”與力學三大守恒定律的關系

摘要：“對稱性”，是物理力學分析中的主要內容，它與物理學中的眾多理論都有著密切的聯系。基于此，本文著重對大學物理中“對稱性”與力學三大守恒定律的關系進行論述，以達到重新梳理物理學相關知識，實現學科研究知識在歸納中拓展的目的。

關鍵詞：大學物理；“對稱性”；力學三大守恒定律

引言：

隨著社會理論分析的視角逐步拓展，人類文明的研究領域也在逐步拓寬。大學物理，是人類應用現有理性思維知識，實現世界資源、空間分析的直接體現。大學物理教師在教學過程中，為了對“對稱性”進一步解讀，將其與力學三大守恒定律結合在一起，全面實現理論知識綜合解析。

一、對稱與“對稱性”之間的關系

對稱，是在二維平面軸對稱的定義上延伸出來的理論，是指處于同一平面中兩個平行物體，它們在樣式、顏色、空間分布等方面都相同，但其方向卻相反的物質。而對稱性，是在對稱概念的基礎上，延伸出來的形態特征。如某一物體經過某一個周期旋轉后，依舊與原來的圖像相互吻合，那么，我們就稱物體的這種特征為“對稱性”[1]。

“對稱性”原理，是牛頓力學原理基礎之一。力學在這一理論之上，引申出物質發展的對稱性與不對稱的關系，進而對物質守恒的相關原理進行證明論述。此外，“對稱性”的分析，也能夠進一步拓展質量、數量層面的延伸，小到一粒微塵的變化，大到世界物質的生存與死亡，均遵循著“對稱性”和“非對稱性”之間的關系[2]。

二、“對稱性”與力學三大守恒定律之間的關系

（一）時間平移與能量守恒定律

依據力學的能量守恒定律可知：物質中的能量不會憑空產生，也并不會憑空消失，它的運作始終遵循著能力均衡的狀態。而大學物理中提到的“對稱性”，也是從這一層面，對時間的運動規律進行總結。如，我們每天經歷的時間均是24小時，每一小時又分為60分鐘，每一分鐘又被分為60秒。今天如此，昨天亦如此，未來也如此。如果將其看作是力學中的能量，則每一天的時間運轉，均處于平衡的狀態中。

以更具體的例子來解析，假定一粒子的勢能一維運動過程中，其受力為F，做功為A。則按照熱能、動能的轉換原理來看，A與F之間，在勢能區間內，平行進行一維運動，始終保持熱能轉換與動能損耗相互平衡的狀態，即F=A的能量轉換。由此可見，時間在發生平移變換的過程中，也將與不同形式的能量，發生相互轉換，但能量自身的總數卻沒有發生變化。

此外，我們對能量守恒的分析過程中，對永恒工作的永動機的分析，就是對力學守恒與時間平移對稱理論相互沖突的代表。由此來看，只要物理做功過程中有損耗，在時間平移的“對稱性”特征就存在。

（二）空間對稱性與動量守恒定律

大學物理中空間對稱性理論認為：只要實驗環境相同，實驗的結果就相同。而物理力學中動能守恒定律中，也對物質產生的能量變化的定義為：物質動能轉換是周期循環的，兩者在空間形態的變化上，都以“恒定”作為論證的最后關鍵詞。

運用更具體的例子對其分析，即一粒子在一維運動場中的運用，始終處于勢能規定區域（X，M）之間運動，設定粒子的運動函數為P，則函數P粒子能量運動軌跡的變化，始終位于勢能空間變化之中。如果函數P只是空間發生變化，則我們是不會看到粒子能量變化的軌跡。而當質點處于一個絕對位置時，質點的運用變化，需要通過空間平移的變化，來分析粒子勢能狀態中運行狀態。因此，勢能空間的平移變化，可作為粒子質點發生變化、運用過程的主要分析渠道，也是保障物理運動過程中，相互作用力之和為零，即兩個之間之間的作用力和反作用力之間始終保持平衡，而這一理論，正是物理力學中動量守恒定律的主要內容。

（三）空間轉換與角量守恒定律

空間轉換理論，是指在實驗條件相同的情況下，物理實驗與空間的取向無關，設定其實驗方向后，其實驗產生的結果、實驗操作的過程，并不會因此而發生變化。即空間之間發生平移時，其實踐的空間同向性也相同。而角量守恒定律，則是認為：質點對固定點的的角動量，與時間的變化軌跡產生的力、與質點到該點的外部延伸點之間有著密切性關聯。

以更為具體的例子來分析，一粒子在一維運動空間區域（V，A）之間運動，且運動過程中，繞其核心軸X旋轉后，坐標旋轉中產生的軌跡運動力，與質點到軌跡運動的趨向變化的力平衡，則（V，A）之間的力變化，均不能脫離X軸運動空間變化，即X軸上質點產生的力，與（V，A）之間的力的變化合力為零。

即大學物理中的“對稱性”與力學角量守恒之間的關系，可以運用函數空間對應性的理論對其進行解釋。當物質所在的空間角度發生變化時，空間結構的信息，物質運動過程中所產生的動力，也會隨著物質的變化而變化。但力的產生與變化過程，始終遵循中合力為零的標準，實現物質空間內力的劃分，因此，空間轉換后，只是將物體內容，以平移、復制的方式，放置到另一個空間中，其實質并沒有發生較大的變化，因此，物質運動后，空間轉換依舊與其原有狀態保持一致，正是對物理守恒定律中，角量守恒變化的相關內容進行分析，在現代物質分析的主要表現。

結論：

綜上所述，試論大學物理中的“對稱性”與力學三大守恒定律的關系，是物理力學知識整合關于分析的理論基礎，對于理論知識額整合具有一定的指導作用。在此基礎上，結合對稱和“對稱性”的關系，分別從間平移與能量守恒定律、空間對稱性與動量守恒定律、以及空間轉換與角量守恒定律層面，分析大學物理中“對稱性”的特征。因此，淺析大學物理中的“對稱性”與力學三大守恒定律的關系，是當代物理學知識深入研究的體現。

參考文獻：

[1]蔣逢春，盧雪艷，吳杰，李俊玉.混合式教學在大學物理實驗中的應用分析[J].物理通報，2018（01）：2-6+9.

[2]馮炎堯，汪小剛，陳均朗.新高考模式下的大學物理與中學物理有效銜接的研究[J].課程教育研究，2018（01）：158.

作者簡介：趙波，男，籍貫：貴州織金，1995年2月出生，學歷：本科。

通訊作者：彭雙艷