Изотропность пространства – еще одно важное свойство его симметрии. Она означает инвариантность физических законов относительно выбора направления осей координат системы отсчета, т. е. относительно ее поворота в пространстве на любой угол. Вращательное движение механической системы описывается с помощью момента импульса. Например, для материальной точки момент импульса определяется произведением ее импульса на радиус вращения. Из изотропности пространства следует фундаментальный закон природы – закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени.
Связь между свойствами пространства, времени и законами сохранения установила немецкий математик Эмми Нётер (1882–1935). Она сформулировала и доказала названную впоследствии ее именем фундаментальную теорему математической физики: из однородности пространства и времени следуют законы сохранения соответственно импульса и энергии, а из изотропности пространства – закон сохранения момента импульса.
Различные виды симметрии в природе – предмет теоретических исследований разных свойств материальных объектов микро-, макро– и мегамира с применением довольно сложного и абстрактного математического аппарата теории групп. Значительный вклад в ее развитие внес французский математик Эварист Галуа (1811–1832), жизнь которого рано оборвалась (в возрасте 21 года он был убит на дуэли). С помощью теории групп российский минералог и кристаллограф Е. С. Федоров (1853–1919) предложил классификацию правильных пространственных систем точек, составляющую основу современной кристаллографии. С учетом симметрии пространства и времени в результате решения уравнения общей теории относительности российский математик и геофизик А. А. Фридман (1888–1925) предсказал расширение Вселенной.
2.5. Фундаментальные законы Ньютона
Законы динамики. Классическая механика Ньютона до сих пор играет огромную роль в развитии естествознания. Она объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных условиях, составляет основу многих технических достижений. На ее фундаменте формировались естественно-научные методы исследований в различных отраслях естествознания.
Вплоть до начала XX в. в науке господствовало механистическое мировоззрение: все явления природы можно объяснить движениями частиц и тел. Утверждению такого воззрения способствовала молекулярно-кинетическая теория вещества, позволившая понять механизм теплового движения молекул. В книге «Эволюция физики» А. Эйнштейн и Л. Инфельд (1898–1968) назвали развитие кинетической теории вещества одним из величайших достижений науки, непосредственно связанным с механистическим воззрением.
Основу классической механики составляет концепция Ньютона. Сущность ее наиболее кратко и отчетливо выразил А. Эйнштейн: «Согласно ньютоновской системе, физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени, материальной точки и силы (взаимодействия материальных точек). В ньютоновской концепции под физическими событиями следует понимать движение материальных точек в пространстве, управляемое неизменными законами. Материальная точка есть единственный способ нашего представления реальности, поскольку реальное способно к изменению».
В 1667 г. Исаак Ньютон сформулировал три закона динамики – фундаментальные законы классической механики.
