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第五百八十四章 对称性的整体和局部理论量子力学（第1页）

米尔斯说：“为什么要研究对称的整体和局部性，要从中找到什么区别吗？”

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杨振宁举了个例子：“整体对称，顾名思义，如果一个物体所有的部分都按照一个步调变换，那么这种变换就是整体的。

打个比方，舞台上所有的演员都同步地向前、向后走，或者全都做同样的动作，观众看着演员都整整齐齐的，觉得所有人都像是一个人的复制品一样，这样的变换就是整体的。

如果经过这样一种整体的变换之后，它还能保持某种不变性，我们就说它具有整体对称性。”

米尔斯说：“那局部性呢？”

杨振宁说：“有了整体对称的概念，局域对称就好理解了，类比一下，如果一个物体不同的部分按照不同的步调变换，那么这种变换就是局域的。

还是以舞台为例，导演为了使表演更具有个性，他想让演员表现出波浪的样子，或者是千手观音那样，再或者是形成各种不断变化的图案，这种时候每个人的动作变换就不一样了吧，也不会说所有人都像一个人的复制品一样了，这时候这种变换就是局域的。

因为它不再是所有的人按照一个规则变换，而是局部的每个人都有他局域特有的变换规则。

同样的，如果经过这样一种局域的变换之后，它还能保持某种不变性，我们就说它具有局域对称性。”

米尔斯说：“那真正的区别是什么呢？”

杨振宁说：“整体变换要简单一些，所有的地方都按照同样的规则变换，而局域变换就复杂多了，不同的地方按照不同的规则变换。

所以，很明显，如果你要求一套理论具有某种局域对称，这比要求它具有整体对称复杂得多，局域变换对物理定律形式的要求就更加严格一些。

但是，你一旦让它满足局域对称了，它能给你的回报也会多得多。”

米尔斯说：“那为什么拐了那么多的弯要研究这个呢？”

杨振宁说：“还是电磁理论的例子：整体规范对称性下我们只能得到电荷守恒，但是一旦要求它具有局域规范对称性，整个电磁理论，甚至麦克斯韦方程组都直接得到了。

电荷守恒和麦克斯韦方程组，这就是整体对称和局域对称给的不同回报，孰轻孰重差别很明显吧？电荷守恒是可以直接从麦克斯韦方程组里推导出来的。”

米尔斯想了想，觉得深奥却易懂，点头说：“用标准的说法说吧。”

杨振宁说：“以上是偏科普的解释，从数学的角度来说，整体变换就是你所有的变换跟时空坐标无关，局域变换就是你的变换是一个跟时空坐标相关的函数。

跟时空坐标相关的函数，其实就是说不同的时空点，这个函数值是不一样的，也就是说变换不一样。”

米尔斯在想，不管从哪种解释（从数学更容易），我们其实都可以看出：整体变换其实只是局域变换的一种特例。

局域变换里变的是一个跟时空坐标相关的函数，但是这个函数的值也可以是一个定值啊，这时候局域变换就退化成整体变换了。

杨振宁继续说：“在电磁理论里，整体规范对称性对应着电荷守恒，但是我一旦要求这个整体规范对称性在局域下也成立，我立马就得到了整个电磁理论。

那么我可不可以把这种思想推广到其他领域呢？比如强力、弱力，有没有可能同样要求某种整体对称性在局域成立，然后可以直接产生强力、弱力的相关理论呢？”

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