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數理雙絕,引領實體學百年發展,艾米·諾特究竟有多牛?

理性、科學,這些詞似乎總與男性挂鈎。縱觀曆史上的偉大科學家,凡是作出重要成果的幾乎都是男性。當然,這背後有更深層次的原因,就是以前男女不平權。

事實上,男性并不比女性更加擅長科研。現在理科類諾貝爾獲得主中有不少都是女性科學家。這一改變也說明,類似“男性更理性,女性更感性,數理化是男生的天下”的這種言論可以丢進垃圾堆了。

說到女性科學家,最著名的當屬居裡夫人。而在20世紀初,德國也有一位非常著名的女科學家,因為她的一項重要發現,引領了實體學的百年發展。

這名女科學家叫艾米·諾特,出生于1882年。

數理雙絕,引領實體學百年發展,艾米·諾特究竟有多牛?

對全人類來說,艾米·諾特一生中最重要的成就有兩項。

在數學領域,因為對抽象代數作出重要貢獻,被譽為抽象代數的創始者。憑借其傑出的數學成就,艾米·諾特被譽為最偉大的女性數學家,在當時受到了愛因斯坦、赫爾曼·外爾、希爾伯特等人的贊譽。

在理論實體領域,她于1918的一篇論文中提出了現在被稱為“諾特定理”的重要研究,該定理成為現代實體學的重要基石。

數理雙絕,引領實體學百年發展,艾米·諾特究竟有多牛?

艾米·諾特會與數學結下不解之緣,與家庭因素有關,因為艾米·諾特的父親在當時就是一名小有名氣的數學家。

在當時那個年代,絕大多數女性想頂半邊天是不被允許的!因為在教育、工作等方面都受到了限制和歧視。就算艾米·諾特的父親是大學數學教授,當時艾米·諾特也隻能在大學中自費旁聽,并不能像男生們那樣正常畢業。不過,艾米·諾特并未是以氣餒,後來反而用自身的成就讓衆人刮目相看。

艾米·諾特能取得重要成就,除了自身的努力,還因為獲得了希爾伯特的幫助。至于希爾伯特,他是當時非常有名的數學家,最廣為人知的成就就是提出了23個“希爾伯特問題”,這些問題的解決推動了數學的發展。正是希爾伯特的幫助,艾米·諾特的才華才被挖掘出來。

數理雙絕,引領實體學百年發展,艾米·諾特究竟有多牛?

諾特定理是艾米·諾特一生中最重要的成就之一。

在20世紀初,相對論和量子力學雙雄争霸,教科書上很多偉大的實體學家都生活在那個年代。而艾米·諾特,作為一名女性數學家,能夠在實體史上留下濃墨重彩的一筆,足見諾特定理的重要性有多高。

諾特定理,是理論實體學中非常重要的一個理論,該理論系統性地提出了對稱性概念,解釋了對稱性和守恒定律之間的根本聯系,并影響了此後的實體學發展。

諾特定理對于所有基于作用量原理的實體定律都成立。20世紀初正是經典實體學向現代實體學轉變的時代,雖然它建立于經典力學的大廈上,但它的思想卻延伸到了量子力學領域。根據“對稱性和守恒定律一一對應”這一思想,實體學家們隻要發現了一種新的對稱性,就要尋找相應的守恒量,反之亦然。

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實體學中的守恒定律有十多個,它們是自然界中最普遍、最重要、最基本的實體定律。通過正确認識這些守恒定律,能利用它們指導我們的生活生産,讓我們認清這個世界的本質。比如能量守恒定律表明永動機是不可能存在的。

對稱性不僅存在于數學中,還是現代實體學中非常重要的一個概念。自然界中存在各種形式的運動變化,對于某些操作或者變換,力學體系中的每一個連續對稱變換總是對應着一些不變量,也就是守恒量。有守恒量,便有守恒定律。

根據對稱和守恒一一對應的關系,實體學家們發現,空間平移對應着動量守恒,空間旋轉對應着角動量守恒,時間反演對應着能量守恒……

數理雙絕,引領實體學百年發展,艾米·諾特究竟有多牛?

簡單來說,不管是在地球上還是月球上,不管是在過去、現在還是未來,時空坐标雖然改變了,但這些與之相關的實體規律卻不會變。這種變換之是以對稱,背後是空間的均勻性、各項同性以及時間的均勻性。

自然界中存在四種基本作用力:引力、電磁力、弱力和強力。當實體學家們把對稱和守恒的關系從宏觀世界進一步推廣到微觀世界時,陸續發現某些對稱性存在自發對稱破缺。也就是說,微觀世界中某些對稱性存在輕微的不對稱。1956年,李政道和楊振甯這兩位實體學家就因為發現了弱互相作用下宇稱(空間反射對稱性)不守恒,獲得了諾貝爾實體學獎。

數理雙絕,引領實體學百年發展,艾米·諾特究竟有多牛?

雖然諾特定理在微觀世界中失守,不再是必然準則,但這并不足以抹殺掉諾特定理的偉大。誕生于20世紀下半葉的粒子實體學标準模型,它建構于規範場論之上,而說到規範場論中的規範對稱性,就不得不提艾米·諾特的諾特定理。

艾米·諾特雖然沒有牛頓、愛因斯坦那麼著名,但她在實體和數學方面的貢獻絕對是非常重要的。作為一名女性科學家,絕對是大神級的存在。沒有伽利略等人的貢獻,牛頓又怎麼能夠站在巨人的肩上。總之,艾米·諾特也是那個巨人,對現代實體學的貢獻不亞于楊振甯。

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