目前物理学普适性的定律有哪些?

九楼雇佣军

答:目前科学上比较认同的普适定律有:质能守恒定律、洛伦兹变换不变定律(光速不变)、动量守恒定律、角动量守恒定律、不确定性原理、电荷守恒定律、熵增定律等等。


以上定律的使用范围非常广,几乎可以说,在目前的理论能研究的范围内,都是成立的。

而我们平常用到一些物理定律,比如:牛顿三大定律、万有引力公式、质量守恒、元素守恒等等,在特殊情况下,反而具有局限性。



比较典型的例子,就是质量守恒和能量守恒,在大多数场合都是成立的,但是在相对论体系下,这两个定律无法独立成立,而是被质能方程E=mc^2统一成了“质能守恒定律”。


而且能量守恒、电荷守恒和角动量守恒,还能单独由更基本的定理推导出来——诺特定理。



至于以上所列的几个定律,是否是宇宙的终极普适定律不得而知,只能说在目前理论体系下是很可靠的。



艾伯史密斯

由对称性导致的一些守恒定律普适性还是很广的,对于日常研究和应用已经足够了,但是物理学是一门不断发展的科学,现代物理学的发展否定了很多之前认为的普适性的定理,但都是一些极端情形的特例而已。

对称性与守恒律的关系是近现代物理发展的一个非常有意义的成果,它使我们对物理系统,对宇宙的理解更加地深入了。它包括了以下的关系:时间的均匀性导致能量守恒;空间的均匀性导致动量守恒;空间各向同性导致了角动量守恒;空间反演对称性导致了宇称守恒,同位旋空间旋转对称性导致了同位旋守恒。

但以上的守恒定律在某种程度上会有局限性。以往我们认为能量守恒和质量守恒是很普适的定理,但爱因斯坦在发展了相对论理论之后,提出了质能方程E=mc^2.这意味着在某种极端情形,能量可以转化为质量,质量也可以转化为能量。质能方程也成为了核弹的基本物理原理。所以在相对论理论中,能量与质量都不再单独地守恒,而二者合在一起,作为质能的概念,是守恒的。

图1. 物理学家爱因斯坦

同样之前认为很普适的宇称守恒,也是很广泛的。但后来发现在弱相互作用中,宇称是不守恒的,并由物理学家吴健雄用钴60做了实验验证。1956年,杨振宁和李政道深入地研究了各种因素,得出结论是θ-γ粒子在弱相互作用下宇称不守恒。杨和李因此获得1957年的诺贝尔物理学奖。


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