1. 最小作用量原理

在对物理实在(现象)的观察中,科学家们相信,对于不同的观察者物理实在可以不同,但其物理实在的结构(规律)必定是相同的。物理学中描述物理实在结构的方法之一就是作用量方法。这种方法从功能角度去考察和比较客体一切可能的运动(经历),认为客体的实际运动(经历)可以由作用量求极值得出,是其中作用量最小的那个。这个原理称为最小作用量原理。

2. 诺特尔定理

德国女数学家诺特尔指出,作用量的每一种连续对称性都有一个守恒量与之对应。人们把这种对称与守恒的联系称为诺特尔定理。按照诺特尔定理,可以得出如下结论:

严格的对称性 -- 严格的守恒定律

近似的对称性 -- 近似的守恒定律

运用于物理学:物理学中存在着许多守恒定律,如能量守恒、动量守恒、角动量守恒、电荷守恒、奇异数守恒、重子数守恒、同位旋守恒……这些守恒定律的存在并不是偶然的,它们是自然规律具有各种对称性的结果。

对称性与守恒定律的对应关系表

不可观测量
物理定律变换不变性
守恒定律
适用范围
时间绝对值
时间平移
能量守恒
完全
时间绝对值
时间平移
能量守恒
完全
空间绝对位置

空间平移

动量守恒
完全
空间绝对方向
空间旋转
角动量守恒
完全
空间左和右
镜象反射
宇称守恒
弱作用中破缺
绝对惯性系
伽利略变换
时空绝对性
v << c 近似成立
洛仑兹变换
时空四维空间
完全
动量、能量四维矢量
完全
带电粒子与中性粒子的相对相位
电荷规范变换
电荷守恒
完全
重子与其它粒子的相对相位
重子规范变换
重子数守恒
完全
轻子与其它粒子的相对相位
轻子规范变换
轻子数守恒
完全
粒子与反粒子
电荷共轭
电荷、宇称守恒
弱作用中破缺
时间流动方向
时间反演
 
破缺