对一个与周围物质切断了相互作用的孤立的系统，时空坐标原点的选取和坐标轴方向的选取都不会影响这一系统的运动规律。时空表现为均匀和各

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对称性和守恒律




个总系统（如分子）时，交换的对称性使得总系统的量子态成为全对称的或是全反对称的。这种全同性的效应是各种多体现象得以发生的重要原因。例如只有电子的全同性和它的波函数的全反对称性才能解释元素周期表的排列,而□He的全同性和它波函数的全对称性则是超流动性发生的根本原因（见全同粒子）。
　　除了对每一种物质都适用的普遍对称性外，一些特定的物质形态有它自身独有的对称性。例如晶体的对称性，对不同的晶体是不同的。又如夸克(见强子结构)有□□(3)色群的对称性，而轻子就没有[见□□(3)对称性]。现在已经知道的对称性都列在表1 对称性和守恒量中，其中给出了对称群和相应的守恒量。
　　各种形式的对称性及其相关的守恒律　现在已经观察到的有四种基本的相互作用力，它们是强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。此外，理论上在解释实验中观察到的很弱的□□破坏现象（即不具有电荷共轭和空间反射联合变换不变性的现象）时，也常假定它是由一种超弱相互作用引起的，不过至今尚无定论。相互作用的强弱是一个相对的概念，随着观察的距离和能量的不同，各种相互作用的相对强弱也会发生变化。到了10□电子伏的能区,弱作用会变得与电磁作用差不多强，而到了 10□电子伏时，很可能强、弱、电三种相互作用的强度都差不多。
　　在低能区的现象中，作用较强的力常常具有更高的对称性，这种对称性遭到比较弱的作用力的破坏。例如核子的结合力具有同位旋的对称性,这就是说,质子和中子在同位旋空间的转动下互相转化，而核力具有在这一转动下的对称性。因此如果没有电磁和弱相互作用，单由核力不能区别质子和中子，它们的电荷、质量以及其他种种差别都是由电磁和弱相互作用引起的。称同位旋是近似的对称性，它遭到电磁和弱相互作用的破坏。
　　从上面的例子也可以看到，对称性反映不同物质形态在运动中的共性，而对称性的破坏才使得它们显示出各自的特性。如同建筑和图案一样，只有对称而没有它的破坏，看上去虽然很有规则，但同时显得单调和呆板。只有基本上对称而又不完全对称才构成美的建筑和图案。大自然正是这样的建筑师。当大自然构造像 DNA这样的大分子时，总是遵循复制的机制，将分子按照对称的螺旋结构联接在一起，而构成螺旋形结构的空间排列是全同的。但是在复制过程中，对精确对称性的细微的偏离就会在大分子单位的排列次序上产生新的可能性，从而使得那些更便于复制的样式更快地发展，形成了发育的过程。由此可以看到，对称性的破坏是事物不断发展进化、变得丰富多彩的原因。
　　在近似对称变换中，改变空间、时间轴方向的宇称□、时间反演□以及电荷共轭□,占有重要的地位。理论上预言宇称□和电荷共轭□在弱相互作用中遭到破坏的是李政道和杨振宁，而在实验中证实它的是吴健雄，他们三人都是中国血统的科学家。对有洛伦兹群对称性的定域相互作用，虽然□、□或□遭到破坏，乘积□□□总是一个对称变换。实验表明,时间反演□和□□的破坏程度比□和□的破坏程度要弱得多，但它也可能由强作用真空态的性质所引起，这是一个尚未完全认识清楚的问题。
　　上面说过，粒子的内部特征由守恒量描写。如果粒子在产生时所带有的强相互作用守恒量的特征在随后的运动过程中为弱相互作用所破坏，就会发生复杂的物质转化现象。一个有名的例子是□和□介子的系统。□介子在强相互作用下是□的反粒子，它们具有相反的奇异数。但是，弱相互作用破坏了电荷共轭和奇异数的守恒，因而□和□介子变得可以互相转化。事实上通过强相互作用产生出来的□介子一产生之后，就会由于弱作用而形成寿命互不相等的KS和KL介子, 它们都是由□和□介子共同组成的状态。经过一段时间，短寿命的K□介子差不多全部衰变，剩下的几乎全都是