—《物质深处》读后—
埃米·诺特是物理界的雅典娜,假如没有她,现代物理和它的教学将会完全不同。
——爱因斯坦
(图源:)
1953年埃米·诺特逝世,爱因斯坦又专门给旧金山《时代周刊》编辑寄信,称赞了她的战功。
thepastfewdaysa,Emmy,withtheofGöandforthepasttwoyearsatBrynMawr,diedinherfifty-thirdyear。Intheofthemost,Fräuleinwasthemostthusfarsincetheofwomenbegan。Intherealmof,inwhichthemosthavebeenbusyfor,shewhichhaveofintheofthe-dayof。
Pureis,initsway,theofideas。Oneseeksthemostideasofwhichwillbringin,andformtheof。Inthis,arefortheintothelawsof。
埃米·诺特
Emmy
(图源:.de)
埃米·诺特1882年3月23日出生于英国巴伐利亚州埃朗根的一个富足的犹太家庭。小时候她被当成一个普通男孩培养,学习这些人们普遍觉得最适宜女生的内容,例如德语、法语、钢琴、舞蹈还有厨艺之类。
她的妈妈马克斯·诺特(Max)是一位颇具建树的物理家,时任埃朗根学院院长。在母亲影响下,诺特对数学形成了浓郁兴趣。所以她18岁时虽然获得了语言班主任资格,但还是准备步入学院学习物理,但是辛运地得到父亲支持。
诺特先去往母亲所在的埃朗根学院学习。因为当时性别歧视仍未破冰,学院通常不接收女孩,所以她花了三年时间才获批旁听,并且虽然通过了结业考试她也没领到文凭。诺特又于1903年-1904年夏季学期抵达世界语文中心哥廷根学院学习,听了好几位数学名家的课程。
接着好消息传来,埃朗根学院准许女孩注册了。诺特立刻回到母校,在1907年末她成了母校历史上第一位数学女博士。
接出来7年时间她仍然在该学院免费教书。她热忱地投入教学研究工作,还用邮戳跟朋友讨论具象代数问题。这是1915年4月10日的一张。
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1915年4月末诺特受邀再度来到哥廷根学院,其实此次换成了班主任身分。约请她的正是哥廷根学派崛起中的关键人物克莱因(FelixKlein)和希尔伯特(David)。虽然约请者这么重磅,诺特还是遭到了性别偏见的阻碍,开始几年她并没有即将职位,也难以获得酬劳,授课也只能借希尔伯特的名义。
希尔伯特、克莱因、爱因斯坦
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1915这一年发生了一件大事,那就是爱因斯坦成立了广义相对论。希尔伯特和克莱因之所以约请诺特正与此事有关,尤其是希尔伯特希望发展出广义相对论背后的物理理论,但她们发觉在绝对空间和时间消失后守恒定理虽然出了点问题,于是想到了诺特的不变量研究可能有助于分析纷繁复杂的广义相对论。诺特也没有令她们沮丧,她在1915年证明了诺特定律('s),并于1918年即将发表。
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诺特定律:
对化学系统呈现的每一种对称性,皆存在一个与之对应的守恒可观察量。
——《物质深处》
简单地说,诺特定律联接了对称()与守恒()两个根本化学概念,抒发了连续对称性与守恒定理的一一对应关系。
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其实,这儿的“对称”是化学概念物理学基础理论,比日常用语中的对称含意更广泛和具象,它原本就包含不变的意味。而诺特的物理研究就是关于不变量。
一个圆无论如何旋转都跟原本一样,而一个拥有三片完全相同茎秆的风扇,每旋转120°也都跟没旋转一样,这就是旋转对称。类似地,旋转后的物体仍然完全遵循旋转前的化学规律,故称化学规律也具有旋转对称性。
任何物体的动量不会自行改变,由于空间是均匀的,当物体从一点联通到另一点时空间本身没有变化。所以空间平移不变对应动量守恒。
能量守恒,只是可以在不同方式间转换。能量守恒对应的是时间平移不变,即在不同时间物体都遵守同样化学规律。
任何化学系统的弱冠动量等于系统各部份的轨道和载流子角动量之和。弱冠动量守恒意味着数学定理对于载流子空间方向的不变性。
量子电动热学中全局相位不变性对应的守恒量是系统电荷。电势和向量势的规范不变性对应电荷守恒。
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诺特定律阐明了对称性与守恒定理之间永存的联系,爱因斯坦称它给自己带来的是精神范畴的启示。
明天我从诺特小妹那里收到一篇关于不变量的特别有趣的论文。令我印象深刻的是,这种问题竟可用这么普遍的方法来理解。哥廷根的老高手应当向诺特小妹学习!她虽然很内行。
——爱因斯坦
诺特定律视频简介(英语)
诺特本人也因而常常以对称的形象出现。
(图源:.ca)
诺特是物理家物理学基础理论,但她时常进军化学就贡献了奠基理论。
其实,诺特定律从症结上讲依然来自物理方式。物理中,诺特定律是奇特积分多项式的基本定律,通常都是在拉格朗日方式出来证明的。
(图源:)
对于诺特定律的物理剖析和证明林林总总,因专业、抽象,通常人不太会感兴趣,故不赘言。
诺特的其他成就都属于物理领域,甚至有人称她为“现代物理之母”。她的名子派生了一个形容词,例如诺特环(rings)、诺特群()和诺特模()。在物理的多个领域都能找到以“诺特”命名的理论。
诺特还是具象代数()的奠基人。
但是正当她大展身手之际,希特勒上台了。她只得在1933年迁往新加坡,来到宾夕法尼亚州的布林莫尔男子大学(BrynMawr)任教。更为不幸的是,在赴美18个月后,1935年4月14日她死于放疗并发症,享年53岁。
(图源:.de)
我们都在学校数学课上学习过守恒定理,但是视作理所其实,甚少有人追究它的由来。
诺特定律告诉我们,所有守恒定理都来自对称性。它的伟大之处就是在数学系统的对称性与支配其行为的法则之间构建了联系,将现代数学各类理论编织在一起,于是我们就可以赶超相对论、量子热学和量子场论,使人类对自然的认识跃进到更高阶段。
诺特定律仍然是20世纪和21世纪数学学的指路明灯。
——诺贝尔化学学奖得主Frank
在科学的每一个领域,诺特定律如今都是绝对的基础。
——巴黎理工大学物理院长-
〓书籍简介
请
物质深处:
粒子化学学的摄人之美
DeepDown:Theof
作者:[美]布鲁斯A.舒姆(BruceA.)著
潘士先译
上海:复旦学院出版社
丛刊名:上海开放大学科学教育丛刊
ISBN:978-7-302-41733-0
开本:1/16
271页221千字
2016年8月第一版
(图源:本书)
作为大众科普书它只能算勉强及格。作者受专业约束比较显著,虽然任何环节都不想放弃,大量文字用于外行人并不关心的推理证明,这么就导致它正统但不生动。
只有结合诺特定律讨论守恒的部份讲得比较好。
:
SteveNadis.HowEmmy's[EB/OL].[2019-01-03].
WaldoOtis.FiveRebelWomenWhotheWorld[EB/OL].[2013-03-02].