摘要
爱因斯坦认为相对性原理具有普适性,满足相对性原理是一个物理理论成立的必要条件。本文的分析表明:经典角动量守恒定律不具有伽利略变换的不变性,经典动量守恒定律虽然具有伽利略变换的不变性,但是对于非惯性系系不协变,这是相对性原理所不允许的。为此笔者重新表述角动量守恒定律和动量守恒定律,使其对于任何参照系都协变,巩固了协变性和对称性在现代物理学中的核心地位,最后对经典力学中三大守恒定律进行了比较,发现三大守恒定律表述形式既相似也有区别,这是对称的绝对性和相对性表现形式。
关键词: 角动量守恒定律;角动量定理;动量守恒定律;力学相对性原理;协变性
Abstract
Einstein believed that the principle of relativity is universal, and satisfying the principle of relativity is a necessary condition for the validity of a physical theory. The analysis in this paper shows that the classical law of conservation of angular momentum is not invariant under Galilean transformation, while the classical law of conservation of momentum is invariant under Galilean transformation but not covariant in non-inertial systems, which is not allowed by the principle of relativity. Therefore, the author restates the laws of conservation of angular momentum and momentum to make them covariant in any reference frame, consolidating the core status of covariance and symmetry in modern physics. Finally, a comparison of the three conservation laws in classical mechanics is carried out, and it is found that the expression forms of the three conservation laws are both similar and different, which is the manifestation form of the absoluteness and relativity of symmetry.
Key words: Conservation law of angular momentum; Angular momentum theorem; Law of conservation of momentum; Principle of relativity in mechanics; Covariance
参考文献 References
[1] 爱因斯坦著,许良英、范岱年编译.爱因斯坦文集(第一卷)[M].北京:商务印书馆.1976:223-224.
[2] 爱因斯坦著,杨润殷译.狭义与广义相对论浅说[M].上海:上海科学技术出版社.1964:12-17.
[3] 高炳坤.用伽利略变换审视牛顿力学[J].大学物理.2010年第29卷第6期:1-2,8.
[4] 易双萍.不同惯性系中的力学规律[J].工科物理(现名:物理与工程).1998年第8卷第5期:18-22.
[5] 顾国锋.力学守恒定律的相对性[J].桂林市教育学院学报(综合版).1995年第三期:76-78.
[6] 唐淑凡.力学量的守恒性与力学定律的不变性[J].娄底师专学报.1986(3):59-64.
[7] 刘一贯.关于机械能守恒定律的协变性[J].华南师范大学学报(自然科学版).1985(1):155-157.
[8] 许钟城.动量定理、动量守恒与参照系[J].河池师专学报.1990年第三期(理总第十一期):30-32,13.
[9] 章鹏.非惯性系中的动量定理和动量守恒定律[J].重庆建筑大学学报.第16卷第1期,1994(3):99-102.
[10] 李铁.非惯性系中的动量定理和动量守恒[J].电子科技大学学报.第33卷第5期,2004年10月:623-626.
[11] 姜晓宜,籍延坤.质点系相对论动量守恒与质点速度的关系[J].大连交通大学学报.第29卷第2期,2008年4月:4-6.
[12] 朱如曾.相对论力学中普遍定律的实用判别法和协变集的实用构造法[J].力学与实践.2002年第24卷第3 期: 70-71.
[13] 朱如曾.相对性原理及其对自然界定律的协变性要求——机械能守恒定律协变性疑难的解答[J].大学物理. 2000(2):15-19,26.
[14] 朱如曾.相对性原理对普遍定律和非普遍定律参考系变换性质的不同要求——关于协变性疑难的进一步讨论[J].大学物理.2002(3):19-23.
[15] 赵凯华.编者的话[J].大学物理,2002(3):18.
[16] 赵凯华.澄清对相对性原理和协变性的误解[J].大学物理,2020年1月:12—13.
[17] 杨习志,赵坚.关于机械能守恒定律是否满足相对性原理的探讨[J].物理教师,第41卷第5期,2020(5):65-67,72.
[18] 赵坚.关于与机械能守恒相关的一些问题的探讨[J].物理教师,2019,40(5):62-65.
[19] 鲁增贤,杨大伟,刘明成.相对性原理和协变性要求[J].吉林师范大学学报(自然科学版),82-83.
[20] 周筑文.国外与国内大学物理对于伽利略变换不同描述的思考[J].物理与工程,2019(S1):112.
[21] 段一士,冯世祥.广义相对论中广义协变的角动量守恒定律[J].物理学报,第44卷第9期,1995年9月:1373-1380.
[22] 周筑文.物理学对称美和物理核心素养的培养[J].贵州师范学院学报,第35卷第12期,2019(12):5 1-56.
[23] 付雨晴.高中物理教学中运动与相互作用观念的建构研究[D].大连:辽宁师范大学,2022,04,01.
[24] 李学生.声波方程满足伽利略变换下的形势不变性.百科论坛,2020年第6期05卷:268.
[25] 管靖.力学相对性原理与机械能.大学物理,1991(11): 21-24.
[26] 刘明成.对一道困扰中国力学教学40多年习题的思考.2025年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集.清华大学出版社,2025年7月:20—27.