為什麼動量守恆對一切物理領域適用?

時間 2021-06-01 20:06:43

1樓:

現在人類對宇宙的理解(相對論)是,慣性系是區域性的,不存在整體的慣性系。只有在乙個足夠小的區域性,才有比較接近慣性系的區域性參考係。動量守恆需要乙個慣性系,對於宇宙來說,平常所說的動量等定義是很tricky的。

我並不清楚這樣乙個動量能否被定義,以及能否定義是否守恆。畢竟現在物理學家連能不能在宇宙中選取乙個統一的時間方向都不確定。

你所說的應該是在區域性慣性系中,從巨集觀到微觀動量都是守恆的。其實這個問題很tricky, 不確定原理了解一下!嚴格的講,我們不能絕對準確觀測到乙個體系的動量。

只是我們「相信」即使量子過程動量也是守恆的. 而區域性慣性系並不是絕對的慣性系,我們只能說,在我們觀測到的實驗誤差範圍內,動量是守恆的。

2樓:

因為高中物理教材喜歡亂講: )

動量守恆並不是在任何時候都適用的,比如你拿乙個網球往地上砸,下去的時候動量往下,彈起來的時候動量往上(只考慮網球的話)。或者你把地心挖穿把網球仍下去,他做乙個簡諧運動後會自己飛上來,動量方向相反。不要以為這些都是trivial的例子,在很多時候比如研究恆心內部結構的時候我們不能簡單的假設動量在任何方向守恆。

但是,所謂動量守恆是空間平移對稱性的體現(之前寫成時空,時間對稱性對應的是能量),是說如果你往空間任意平移方向看都沒有區別,那動量才滿足守恆條件。對稱性對應這守恆亮,這是可以嚴格證明的,也就是Noether『s theorem

當然,重要的是物理是一門實驗科學:\

更新說明一下。。

我的例子當然不是錯的,頂多會讓人覺得是trivial的,我的重點在於,你不能說任何時候動量都是守恆的。所以我說物理教材有問題,不是說他在物理上有什麼問題,而是說他並沒有想教會高中生批判性思維,就好比書上說一句,光具有波粒二象性,就會有人拿出來說光即是波又是例子,根本就不會去想一下為什麼這麼說,而如果稍微查一下資料就知道這句話的侷限性。按照量子力學應該說光既不是經典的粒子或者波,而是由新的乙個模型描述,只是他可以表現為波或者粒子。

不是說你在教科書上讀到一句話就應該把它當作聖經一樣來引用。

再更新。。。。

居然被知乎標記為存在事實性錯誤,我真的服了。這個例子是Weinberg上課舉的,用來說明當時那個地方不能用動量守恆,我覺得很有意思所以分享一下。。

3樓:RHY

動量守恆的本質是空間均勻性(平移不變性),就是說,以不同的點為座標原點,對於研究運動問題是等效的。

理論力學裡有乙個物理量叫做拉格朗日量,記作L。如果座標系平移 而拉格朗日量不變,即 那麼運動規律也不會發生變化。這裡的 是變分算符,變分就是說在自變數不變的情況下,由函式y(x) ∈ Y 的變化引起的兩個函式的差,記作δy.

這裡δy是函式。

變分算符有一些性質,我們等會兒會用到其中乙個,也就是變分算符與導數是対易的。說人話就是 ,或者寫成通俗易懂的形式就是:。

對於位置變化,我們知道 ,從而 。值得注意的是,這裡的 、 都是向量,打粗體太麻煩了,大家反正也看得懂,就像數學老師經常說,"我畫圖不用尺規是為了方便,你們不能這樣。"

依據鏈式法則,平移後L的變分為

然後我們在小學不知道多少年級還學過乙個拉格朗日方程,是長這樣的 ,大家可以驗證一下,牛頓第二定律也能寫成這樣的形式。另外結合我們對動量的定義 ,

L的變分可以繼續寫成

又由於這個 它是任意的,而根據我們之前的分析 ,否則質點組的運動規律就會隨著座標系原點的改變而改變,這顯然是不合理的,因此我們最後得出 ,從而 ,即總動量守恆。

事實上,在我們學過理論力學並通過考試後我們就會知道,任何乙個物理量的守恆都會對應著乙個對稱性,這被稱作諾特定理。除了這裡對應空間平移不變性的動量守恆,還有對應時間均勻性的能量守恆、對應空間各向同性的角動量守恆、對應規範對稱性的電荷守恆等等。

4樓:來去浮槎

守恆的本質是對稱。什麼是對稱?物體的自由度變換後物體的某個性質沒變,那就是對稱。

沒有外力的情況下,乙個粒子的速度不會改變,對於軌跡上兩點r1點和r2點,動量p1=mdr1/dt=mv,而p2=mdr2/dt=mv,這就是平移不變,動量守恆。而dr1和dr2就是具有對稱性的

什麼情況下不守恆?在空間加乙個電場,粒子帶電,有力作用了。r1和r2兩點就不一定速度相等,那dr1和dr2就不等價了,對稱性破缺,動量也不守恆了。

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