对称性和热学

试图探索一条不同于传统做法的、概括和表述热学基本定律的途径,从理论上,把热学置于对称性原理的基础之上,加以概括和解释。     

时空的对称性

 时空的对称性是大自然的奇妙特性之一,这种特性几乎是无处不在。例如,从宏观的角度看,人和动物的形体结构是左右对称的,植物的结构也是左右对称的,飘落的雪花的结构也是对称的。从微观的角度看,所有晶体都是对称排列的,水分子的排列也是具有严格的对称性。对称性无论在人们的日常生活中,还是在科学研究和应用技术领域,都具有非常重要的作用和地位;它潜移默化地影响着人类的观念和思维,这点可以从人类建筑的对称结构和人的对称审美观来说明;尤其在物理科学的研究中,例如基本粒子的研究、半导体物理的研究等等,时空对称性都是处于核心地位的重要概念。     

物理科学中的对称性

 大自然的奇妙特性之一就是对称性．例如,从宏观的角度看,人和动物的形体结构是左右对称的,植物的叶子、花瓣等也是左右对称的．从微观的角度看,所有晶体都是对称排列的,水分子的排列也具有严格的对称性．以物理科学中,对称性具有严格的定义：“对一个事物进行一次变动或操作;如果此操作后,该事物完全复原,则称该事物对所经历的操作是对称的．”由于操作的不同,将有不同的对称性．而且研究表明,对应于每一种对称操作,都有物理学的一个守恒定律与其对应．所以,又有了关于物理定律的对称性的定义：“如果某个物理定律经过一定的操作后,其形式保持不变,我们称该定律具有对称性．     

势能与势能系统共有概念

本文从引力势能系统共有的观点出发,就ｍｇＨ势能项的来源作一探讨并论及势能的系统共有概念． 有一静止在地面质量为ｍ的物体,被抛射向空中．如右图所示,地球质量为Ｍ,半径为Ｒ,物体与地心距离为ｒ,设物体沿地球半径Ｒ的延长线方向即ｒ方向运动一位移元ｄｒ,地球万有引力Ｆ对物体所作的功为： ｄＡ＝Ｆ· ｄｒ 物体由ｒ１运动到ｒ２,地球万有引力Ｆ对物体所作的总功为： Ａ＝Ｆ·ｄｒ（１）由牛顿第三定律,此时物体的万有引力Ｆ’作用在地球上,地球由ｒ１’运动到ｒ２’,物体引力对地球位移元功ｄＡ’及总功Ａ’各为： ｄＡ’＝…     

对称性是物理学的一把双刃剑

 对称性的概念最早源于生活。所谓“对称”,通常是指左右对称。除此之外还有轴对称、球对称等。在近代物理学中,对称性是一个很深刻的问题。在粒子物理、固体物理、原子物理等领域里,对称性问题也很重要。德国大数学家魏尔斯特拉斯(Weierstrass,1815～1897)首先提出了有关“对称性”的普遍定义,即把一个“体系”通过不同的操作达到不同的“状态”,若前后两种不同的“状态”在此操作下不变,我们可以讲这个体系对于这一操作是“对称”的,而这个操作也可以认为是这个体系的“对称操作”。常见的对称操作有空间的平移、转动以及时间的平移。     

晶格旋转对称性的单转轴证明

传统的晶格旋转对称性的双转轴证明方法不满足旋转对称操作至少要保持一点不动的要求，本文提出了晶格旋转对称的单转轴证明方法，克服双转轴证明方法的缺点。     

守恒定律、对称性和基本粒子

以下是供学生学习的有关守恒定律、对称性和基本粒子的课文是在影响荷兰教学工程中发展而成的，这项工程的目的在于向中学六年级的高才生教授现代物理知识。在每课45-50分钟，共37课时的系列知识中学生将学习波粒二相性，海森堡原理，粒子特性的可能模型，粒子晶包和应用，     

从晶体的对称性中理解自由能极小原理

自由能和晶体是基础物理教学的重要内容.晶体是固态的热力学稳定系统,是大量原子的三维周期性堆积.原子间相互作用的多样性,表明原子的三维周期性堆积应该是普遍因素决定的,是自然界的规律.本文重点论述了原子的三维周期性堆积是体系自由能极小原理的几何等价物.本文诣在培养学生自主发现事物的内在联系、探索自然现象背后蕴含的物理学规律的能力.     

弹性势能零点选择与弹性势能表达式问题讨论

弹性势能差值不会因为弹性势能的零点选择而改变,但当规定弹性势能的零点位置不同时,系统的弹性势能却有不同的表达式.当选择弹簧原长时为零势能点,弹性势能的表示形式最简单,Ep=1/2kx2.是不是通常情况都是以弹簧原长时为零势能点?在具体问题中,零势能点的选取有没有特定的要求?文中对上述问题作出了系统性的分析与回答.     

六方晶系Brillouin散射的旋转对称性

指出六方晶系Ｂｒｉｌｏｕｉｎ散射具有围绕晶体六次轴的任意旋转对称性,给出该晶系含体积元转动贡献的散射张量的简洁形式,讨论了压电效应对这种旋转对称性的影响。     

旋转矢量法的对称性分析

结合波的合成问题的分析,指出常用于分析振动和波动问题的旋转矢量法在应用过程中应注意其应用范围,只有满足一定对称性条件的问题用该方法处理起来才非常方便,但如果破坏了某些对称性,则会使得结果不具有典型性,并且其方便性也受到严重削弱.     

宇称、时间反演及粒子-反粒子对称性的破坏及其意义

在物理学中对称性的研究是非常重要的。对称性的研究可追溯到远古的中华和希腊文化。物理世界中的对称性能使人们抓住事物的本质,使复杂的问题变为简单且能控制。现代科学对各种对称性有很好的定性和定量的描述,而且认识到对称性与守恒定律有着密切的联系。1918年Noether证明在古典力学中相对于每一种对称性存在着一守恒量。比如说,两个点粒子之间的引力作用具有连续的空间转动不变性,这一系统的总角动量是守恒的,也就是说空间旋转对称性对应着角动量守恒。     

DTO分子反应碰撞的非对称性

基于DTO分子（X¹A₁）的氢同位素效应,得到修正的Born-Oppenheimer（B-O）理论下多体展式分析势能函数.用准经典的Monte-Carlo轨迹法研究了O+DT（0,0）的分子反应动力学过程.结果表明：在碰撞能量较低时（<209.2?kJ·mol^-1）,O+DT（0,0）可以生成长寿命络合物DTO（X¹A₁）,并且该络合反应是无阈能的,这一结论与多体项展式理论计算的DTO分子势能曲线结果一致.碰撞能大于209·2?kJ·mol^-1时,逐渐出现置换产物TO和DO,随碰撞能进一步增大,分子将被完全碰散成D,T,O原子.反应O+DT（0,0）→OD+T和O+DT（0,0）→OT+D是有阈能的反应,置换产物TO和DO轨线存在非对称性. 关键词： DTO 势能函数 分子反应碰撞 轨线非对称性     

实验探索原子核中手征与空间反射对称性的联立自发破缺

原子核的手征对称性和空间反射对称性研究是近来原子核结构研究的前沿热点问题,吸引了大量的实验和理论研究。通过在束伽玛谱学的实验方法,在原子核78Br中发现了两对宇称相反的手征双重带,以及它们之间表征八极关联的电偶极跃迁。这是首次在原子核中发现了八极关联的多重手征带,给出了原子核存在手征对称性和空间反射对称性联立自发破缺的实验证据。Spontaneous symmetry breaking is a fundamental concept in nature. Chiral Symmetry Breaking and reflection-asymmetry in nuclei has been a subject of intensive experimental and theoretical investigation. Two pairs of positive-and negative-parity doublet bands together with eight strong electric dipole transitions linking their yrast positive-and negative-parity bands have been identified in 78Br by means of in-beam gamma-ray spectroscopy techniques. These four rotational bands are suggested as multiple chiral doublet bands with octupole correlations. This observation indicates that nuclear chirality can be robust against the octupole correlations. It is of highly scientific interest to search for the chirality-parity quartet bands in nucleus with both stable triaxial and octupole deformations.     

关于弹性势能的讨论

讨论了当势能零点任意选取时弹性势能的表达式及其取值情况，并对这些情况作了理论上的解释。     

理想气体中的内势能

本文证明在无壁空间或无束缚力约束空间中,压力是气体以物态存在的束缚力.证明了热力学压力不仅是动量交换的统计平均值的量度,而且也是分子或原子空间位置分布(密度)的表征.理想气体在有限空间中的统计构形空间,具有逸散势-pV.这种系统构形空间内的各能级粒子具有相应的动量空间分布,其统计构形空间具有无序势TS.热力学平衡态具有处处相等p、T和总势能TS-pV.理想气体的二种势能具有对称性,总势能等于零;但其相应的无序势和逸散势都不等于零.     

基于VRML及JavaScript的晶体空间旋转对称性演示程序设计

虚拟现实技术是近些年高速发展的一种新技术,它利用计算机软件构造出一个三维空间的虚拟世界。其中VRML(即虚拟现实建模语言)更是发展迅速,VRML是一种用于建立真实世界场景的模型或人们虚拟的三维世界场景的建模语言,利用计算机虚拟现实技术辅助教学日益发展。本文结合VRML及JavaScript技术,研究了晶体空间点阵旋转对称性的虚拟建模方法,给出了便于操作的具有复杂交互功能的程序软件,VRML技术在教育、教学领域具有广阔的应用前景。     

PdPbH分子的结构与势能函数

在相对论有效原子实势近似下,用密度泛函理论的B3LYP方法,对钯和铅采用LANL2DZ基函数,氢原子采用6-311 G**全电子基函数,对PdPb、PdPbH分子的结构进行优化.计算表明:PdPb分子的基态为X1∑ ,键长RPdPb=0.24536 nm,离解后Pd原子处于基态(单重态)而Pb原子处于激发态(单重态),离解能为3.107686 eV,引入开关函数拟合得到Murrell-Sorbie势能函数;PdPbH分子最稳态为Cs构型,电子组态为X2A′,键长RPdPb=0.2547 nm,RPdh=0.15919 nm,键角∠PbPdH=64.7856°,离解能De=4.79 eV.由微观过程的可逆性原理分析了分子的可能离解极限,并用多体项展开式理论方法分别导出基态PdPb和PdPbH分子的势能函数,其等值势能面图准确的再现了PdPb和PdPbH分子的结构特征和离解能,由此讨论了Pd Pb H分子反应的势能面静态特征.     

引力势能与重力势能

在力学教学中需要从引力势能公式导出重力势能公式，说明重力势能公式是引力势能公式在物体离地面的高度ｈ远远小于地球半径Ｒ的条件下的近似公式。