تقارن در فیزیک

تقارن در فیزیک

تقارن، در فیزیک، این مفهوم است که خواص ذرات مانند اتم‌ها و مولکول‌ها پس از قرار گرفتن در معرض انواع تبدیل‌های تقارن یا «عملیات» بدون تغییر باقی می‌مانند. برای مطالعه کامل مقاله با مجله علمی آندرومدامگ همراه باشید.

از اولین روزهای فلسفه طبیعی (فیثاغورث در قرن ششم قبل از میلاد)، تقارن بینشی را در مورد قوانین فیزیک و ماهیت کیهان فراهم کرده است. دو دستاورد نظری برجسته قرن بیستم، نسبیت و مکانیک کوانتومی، مفاهیمی از تقارن را به روشی اساسی در بر می گیرند.

 خرید کتاب تخت خوابت را مرتب کن

استفاده از تقارن در فیزیک به این نتیجه مهم منجر می شود که قوانین فیزیکی خاص، به ویژه قوانین بقای، حاکم بر رفتار اجسام و ذرات، زمانی که مختصات هندسی آنها  از جمله زمان، زمانی که به عنوان بعد چهارم در نظر گرفته می شود – تحت تأثیر قرار نمی گیرند، تحت تأثیر قرار نمی گیرند. ابزارهای عملیات تقارن بنابراین قوانین فیزیکی در همه مکان ها و زمان های جهان معتبر باقی می مانند. در فیزیک ذرات، ملاحظات تقارن را می توان برای استخراج قوانین بقا و تعیین اینکه کدام فعل و انفعالات ذرات می تواند انجام شود و کدام نمی تواند استفاده شود (گفته می شود که دومی ممنوع است). تقارن همچنین در بسیاری از زمینه های دیگر فیزیک و شیمی کاربرد دارد – به عنوان مثال، در نسبیت و نظریه کوانتومی، بلورشناسی، و طیف سنجی. کریستال‌ها و مولکول‌ها را می‌توان برحسب تعداد و نوع عمل‌های تقارنی که می‌توان روی آنها انجام داد توصیف کرد. به بحث کمی از تقارن، نظریه گروهی می گویند.

عملیات تقارن معتبر آنهایی هستند که بدون تغییر در ظاهر یک شی انجام می شوند. تعداد و نوع چنین عملیاتی به هندسه جسمی که عملیات روی آن اعمال می شود بستگی دارد. معنی و تنوع عملیات تقارن را می توان با در نظر گرفتن مربعی که روی یک میز قرار دارد نشان داد. برای مربع، عملیات معتبر عبارتند از: (1) چرخش حول مرکز آن در 90 درجه، 180 درجه، 270 درجه یا 360 درجه، (2) بازتاب از طریق صفحات آینه عمود بر جدول و عبور از هر دو گوشه مخالف مربع. یا از طریق نقاط میانی هر دو ضلع متضاد، و (3) بازتاب از طریق صفحه آینه ای در صفحه جدول. بنابراین 9 عمل تقارن وجود دارد که نتیجه ای غیرقابل تشخیص از مربع اصلی به دست می دهد. یک دایره تقارن بالاتری دارد زیرا، برای مثال، می‌توان آن را از طریق تعداد نامتناهی زاویه (نه فقط مضرب ۹۰ درجه) چرخاند تا دایره‌ای یکسان به دست آورد.

خرید تجهیزات صنعتی و انبار داری

ذرات زیر اتمی خواص مختلفی دارند و تحت تأثیر نیروهای خاصی قرار می گیرند که تقارن از خود نشان می دهند. یک ویژگی مهم که باعث ایجاد قانون حفاظت می شود برابری است. در مکانیک کوانتومی، تمام ذرات و اتم های بنیادی را می توان در قالب یک معادله موجی توصیف کرد. اگر این معادله موج پس از انعکاس همزمان همه مختصات فضایی ذره از طریق مبدأ سیستم مختصات یکسان باقی بماند، گفته می‌شود که برابری زوج دارد. اگر چنین بازتابی همزمان منجر به معادله موجی شود که فقط از نظر علامت با معادله موج اصلی متفاوت باشد، آنگاه گفته می‌شود که ذره برابری فرد دارد. برابری کلی مجموعه ای از ذرات، مانند یک مولکول، با گذشت زمان در طی فرآیندها و واکنش های فیزیکی بدون تغییر است. این واقعیت به عنوان قانون حفظ برابری بیان می شود. با این حال، در سطح زیراتمی، برابری در واکنش هایی که به دلیل نیروی ضعیف است حفظ نمی شود.

خرید کتاب بی صدایی

همچنین گفته می شود که ذرات بنیادی دارای تقارن درونی هستند. این مولفه ها در طبقه بندی ذرات و در منتهی به قوانین انتخاب مفید هستند. چنین تقارن درونی عدد باریون است که خاصیت طبقه ای از ذرات به نام هادرون است. هادرون های با عدد باریونی صفر مزون نامیده می شوند و آنهایی که دارای عدد 1+ هستند باریون هستند. از نظر تقارن باید کلاس دیگری از ذرات با عدد باریونی -1 وجود داشته باشد. اینها همتایان پادماده باریون ها به نام آنتی باریون هستند. عدد باریون در طول فعل و انفعالات هسته ای حفظ می شود.

خرید کتاب دختری که ماه را نوشید