Verbum

НЁТЭР ((Noether) Амалі Эмі) (23.3.1882, г. Эрланген, Германія — 14.4.1935),

нямецкі матэматык, адна з заснавальнікаў абстрактнай алгебры. Скончыла Эрлангенскі ун-т (1902), дзе першай з жанчын Германіі атрымала ступень д-ра навук (1907). У 1922—33 праф. Гётынгенскага ун-та, у 1928—29 выкладала ў Маскоўскім ун-це. З 1933 праф. жаночага каледжа ў г. Брын-Мор (ЗША). Навук. працы па алгебры (тэорыі ідэалаў, гіперкамплексных сістэм, дыферэнцыяльных інварыянтаў і інш.). Увяла паняцце групы з аператарамі, даказала тэарэму аб гомеамарфізмах і ізамарфізмах, развіла агульную тэорыю выключэння і тэорыю алгебраічных мнагастайнасцей. Сфармулявала адну з фундаментальных тэарэм тэарэт. фізікі (гл. Нётэр тэарэма).

Літ.:

Вейль Г. Математическое мышление: Сб.: Пер. с англ. и нем. М., 1989. С. 274—292.

М.​М.​Касцюковіч.

т. 11, с. 309

НЁТЭР ТЭАРЭ́МА,

фундаментальная тэарэма тэарэт. фізікі, якая ўстанаўлівае сувязь паміж уласцівасцямі сіметрыі фіз. сістэмы, патрабаваннямі інварыянтнасці фіз. тэорыяй адносна пераўтварэнняў гэтай сіметрыі і адпаведнымі захавання законамі. Сфармулявана Э.Нётэр (1918). Дае найб. просты і універсальны метад вывядзення і матэм. абгрунтавання законаў захавання ў класічнай і квантавай механіцы, тэорыі палёў і інш.

На аснове Н.т. з улікам патрабаванняў тэорыі інварыянтнасці адносна пераўтварэнняў (зрух у прасторы і ў часе, 3-мерны паварот, Лорэнца пераўтварэнні) даказана справядлівасць законаў захавання энергіі, імпульсу і моманту імпульсу як універсальных законаў прыроды. Н.т. звязвае таксама ўласцівасці дынамічнай сіметрыі, характэрныя для кожнага тыпу фундаментальных узаемадзеянняў (эл.-магн., слабога і моцнага), з законамі захавання спецыфічных сілавых зарадаў, якія характарызуюць здольнасць элементарных часціц да адпаведнага ўзаемадзеяння як першасных яго крыніц. У адпаведнасці агульнымі прынцыпамі калібровачнай інварыянтнасці пераход ад глабальных (не залежных ад часу і прасторавых каардынат) да лакальных пераўтварэнняў дынамічнай сіметрыі забяспечвае пераход ад тэорыі свабодных зараджаных элементарных часціц да калібровачнай тэорыі гэтых узаемадзеянняў.

Літ.:

Нетер Э. Инвариантные вариационные задачи // Вариационные принципы механики. М., 1959.

А.​А.​Богуш.

т. 11, с. 309

ЗАХАВА́ННЯ ПРЫ́НЦЫПЫ,

клас навуковых прынцыпаў, якія адлюстроўваюць пастаянства (захаванне) фундаментальных уласцівасцей і суадносін прыроды. У фіз. тэорыях З.п. фармулююцца як захаваныя законы і прынцыпы інварыянтнасці. Сярод З.п. можна вылучыць агульныя (напр., законы захавання энергіі, імпульсу і моманту імпульсу) і прыватныя (напр., законы захавання ізатапічнага спіну, дзіўнасці, цотнасці). Наяўнасць універсальных фіз. пастаянных (напр., гравітацыйная пастаянная, Планка пастаянная, скорасць святла ў вакууме і інш.) можна разглядаць як праяўленне своеасаблівага тыпу З.п. Пры даследаванні складаных, у т. л. біял. сістэм, важнае значэнне набывае паняцце структуры; у гэтым выпадку З.п. маюць форму структурных прынцыпаў, звязаных з уласцівасцямі сіметрыі. У фізіцы гэта выяўляецца як незалежнасць (інварыянтнасць) фіз. з’яў ад пэўных прасторава-часавых або інш. ператварэнняў (гл. Людэрса—Паўлі тэарэма, Нётэр тэарэма), у біялогіі — як адзінства захавання і змянення, звязанае з тоеснасцю і адрозненнем асобных аб’ектаў. З.п. рэгламентуюць працэсы ўзаемных ператварэнняў матэрыяльных аб’ектаў і выяўляюць прычынныя сувязі прыроды.

А.​І.​Балсун.

т. 7, с. 9

АПЕРА́ТАРЫ ў квантавай механіцы, матэматычныя аперацыі, якія выконваюцца над хвалевай функцыяй, што апісвае стан сістэмы. Служаць для супастаўлення з зададзенай хвалевай функцыяй (вектарам стану) ψ інш. функцыі ${\displaystyle \mathrm{\psi \prime }:\mathrm{\psi \prime }=\hat{\mathrm{L}}\mathrm{\psi }}$ , дзе $\hat{\mathrm{L}}$ — аператар, якому адпавядае фіз. велічыня L. Напр., аператар множання $\hat{\mathrm{x}}\mathrm{\psi }=\mathrm{x}$, дзе $\hat{\mathrm{x}}$ — аператар каардынаты; дыферэнцавання ${\displaystyle {\hat{\mathrm{P}}}_{\mathrm{x}}\mathrm{\psi }=-\mathrm{ih}\frac{\partial \mathrm{\psi }}{\partial \mathrm{x}}}$ , дзе ${\hat{\mathrm{P}}}_{\mathrm{x}}$ — аператар праекцыі імпульсу на вось х. Над аператарам можна выконваць алг. дзеянні, напр., здабытак $\hat{\mathrm{L}}={\hat{\mathrm{L}}}_1{\hat{\mathrm{L}}}_2$ азначае, што ${\hat{\mathrm{L}}}_{\mathrm{\psi }}=\mathrm{\psi ″}$, калі ${\hat{\mathrm{L}}}_1\mathrm{\psi }=\mathrm{\psi \prime }$ і ${\hat{\mathrm{L}}}_2\mathrm{tp\prime }=\mathrm{\psi ″}$. Яўны выгляд аператара вызначаецца ўласцівасцямі пераўтварэнняў той сіметрыі, з якой звязана матэм. фармулёўка адпаведнага закону захавання (гл. Нётэр тэарэма). Уласцівасці аператара $\hat{\mathrm{L}}$ вызначаюцца ўраўненнем $\hat{\mathrm{L}}\mathrm{\psi }={\hat{\mathrm{L}}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{\psi }}_{\mathrm{n}}$; яго рашэнні ψ_n (уласныя функцыі) апісваюць квантавыя станы, у якіх фіз. велічыня L прымае значэнні L_n(уласныя значэнні аператара). Набор такіх значэнняў (спектр) выяўляе ўсе значэнні фіз. велічыні L, якія можна вызначыць эксперыментальна, бывае неперарыўным (напр., аператар каардынат, імпульсу), дыскрэтным (аператар праекцыі моманту імпульсу на каардынатную вось) і змешаным (аператар энергіі ў залежнасці ад характару сіл, што дзейнічаюць у сістэме; дыскрэтныя ўласныя значэнні аператара наз. ўзроўнямі энергіі). У квантавай механіцы карыстаюцца пераважна лінейнымі аператарамі і эрмітавымі аператарамі.

А.​А.​Богуш.

т. 1, с. 423

ІНВАРЫЯ́НТНАСЦЬ у фізіцы,

нязменнасць аб’екта (фіз. велічыні, матэм. суадносін, ураўненняў фіз. тэорыі і інш.) адносна пэўных пераўтварэнняў, якія адлюстроўваюць незалежнасць фіз. заканамернасцей ад канкрэтных сітуацый, у якіх яны ўстанаўліваюцца і ад спосабу апісання гэтых сітуацый. І. звязана з уласцівасцямі сіметрыі прасторы і часу, для матэм. апісання якіх у класічнай механіцы выкарыстоўваюцца Галілея пераўтварэнні, а ў рэлятывісцкай тэорыі — Лорэнца пераўтварэнні. Аднароднасць і ізатропнасць трохмернай (эўклідавай) прасторы і аднароднасць часу, як вынікае з Нётэр тэарэмы, прыводзяць да існавання фундаментальных законаў захавання энергіі, імпульсу і моманту імпульсу.

І. звязана з агульнымі і найб. глыбокімі ўласцівасцямі матэрыяльных аб’ектаў, прасторы і часу. Напр., рэлятывісцкая інварыянтнасць звязана з аднароднасцю і ізатропнасцю 4-мернай прасторы-часу, а ізатапічная інварыянтнасць — з незалежнасцю моцнага ўзаемадзеяння элементарных часціц ад іх эл. зарадаў. Пры стварэнні розных аб’яднаных тэорый (гл. Вялікае аб’яднанне, Электраслабае ўзаемадзеянне) выяўляюцца інш. віды І., напр. Калібровачная інварыянтнасць. З паняццем І. цесна звязана паняцце каварыянтнасці. Паводле яе патрабаванняў пры адпаведных пераўтварэннях сіметрыі захоўваецца толькі форма запісу матэм. суадносім фіз. тэорыі, а самі велічыні могуць мяняцца. Напр., 4-вектар энергіі-імпульсу P (P₁; P₂; P₃; P₄) P′ (P₁′; P₂′; P₃′; P₄′) — каварыянт, а яго квадрат P​² = (P′)​² = −m​²c​⁴ — інварыянт, дзе m — маса спакою рэлятывісцкай часціцы, c — скорасць святла ў вакууме. На прынцыпах каварыянтнасці грунтуецца т. зв. каварыянтны падыход, распрацаваны Ф.Л.Фёдаравым для рашэння задач тэарэт. фізікі (гл. Каварыянтныя метады, Праектыўных аператараў метад).

Літ.:

Вигнер Е. Этюды о симметрии: Пер. с англ. М., 1971;

Федоров Ф.И. Группа Лоренца. М., 1979.

А.​А.​Богуш.

т. 7, с. 220

ЗАХАВА́ННЯ ЗАКО́НЫ,

фізічныя заканамернасці, якія ўстанаўліваюць пастаянства ў часе пэўных велічынь, што характарызуюць фіз. сістэму ў працэсе змены яе стану; найб. фундаментальныя заканамернасці прыроды, якія вылучаюць самыя істотныя характарыстыкі фіз. сістэм і працэсаў. Асаблівае значэнне З.з. звязана з тым, што дакладныя дынамічныя законы, якія поўнасцю апісваюць фіз. сістэмы, часта вельмі складаныя ці невядомыя. У гэтых выпадках З.з. даюць магчымасць зрабіць істотныя вывады пра паводзіны і ўласцівасці сістэмы без рашэння ўраўненняў руху.

З.з. для энергіі, імпульсу, моманту імпульсу і эл. зараду выконваюцца ў кожнай ізаляванай сістэме (універсальныя законы прыроды). Пасля стварэння адноснасці тэорыі страціў сваё абсалютнае значэнне З.з. масы (гл. Дэфект мас)\ З.з. энергіі і імпульсу аб’яднаны ў агульны З.з. энергіі—імпульсу; удакладнена фармулёўка З.з. поўнага моманту імпульсу (з улікам спіна). Асабліва важная роля З.з. у тэорыі элементарных часціц, дзе ёсць шэраг абсалютных (для электрычнага, барыённага і лептоннага зарадаў) і прыблізных (для ізатапічнага спіна, дзіўнасці і інш.) З.з., якія выконваюць толькі пры некат. умовах. Напр., дзіўнасць захоўваецца ў моцных, але парушаецца ў слабых узаемадзеяннях (гл. Адроны, Барыёны, Лептоны, Узаемадзеянні элементарных часціц). З.з. ў тэорыі элементарных часціц — асн. сродак вызначэння магчымых рэакцый паміж часціцамі. Існуе глыбокая сувязь паміж З.з. і сіметрыяй фіз. сістэм (гл. Сіметрыя, Нётэр тэарэма). Наяўнасць характэрнай для кожнага тыпу фундаментальных узаемадзеянняў дынамічнай (калібровачнай) сіметрыі прыводзіць да З.з. сілавых (дынамічных) зарадаў, якія вызначаюць здольнасць элементарных часціц да адпаведнага ўзаемадзеяння. З.з. эл. зараду, слабых ізатапічнага спіна і гіперзараду, каляровых (моцных) зарадаў выкарыстоўваюцца пры пабудове палявых (калібровачных) тэорый электрамагнітнага, электраслабага і моцнага ўзаемадзеянняў адпаведна. У квантавай тэорыі поля ўведзены спецыфічныя З.з. прасторавай, часавай і зарадавай цотнасцей, што вызначаюць уласцівасці тэорыі адносна пераўтварэнняў адпаведнай дыскрэтнай сіметрыі (гл. Людэрса—Паўлі тэарэма).

Літ.:

Фейнман Р. Характер физических законов: Пер. с англ. М., 1968;

Богуш А.А. Очерки по истории физики микромира. Мн., 1990.

Ф.​І.​Фёдараў, А.​А.​Богуш.

т. 7, с. 9

ПО́ЛЯ ТЭО́РЫЯ ў фізіцы,

раздзел тэарэт. фізікі, які вывучае палі фізічныя. Функцыі поля выкарыстоўваюцца для апісання ўласцівасцей і паводзін неперарыўных фіз. сістэм. Ураўненні фіз. поля вызначаюць асн. закон руху (закон змены станаў) фіз. сістэмы. Рашэнні гэтых ураўненняў — функцыі фіз. поля — апісваюць магчымыя станы сістэмы.

Квантава-рэлятывісцкая П.т. грунтуецца на аб’яднанні спец. адноснасці тэорыі і квантавай механікі і складае аснову тэорыі элементарных часціц і іх узаемадзеянняў. Падзяляецца на класічную тэорыю поля (першасна квантаваную) і квантавую тэорыю поля (другасна квантаваную). Кожнаму тыпу элементарных часціц (як першасных крыніц і як пераносчыкаў фундаментальных узаемадзеянняў) ставіцца ў адпаведнасць класічнае або квантавае поле. Функцыі класічнай П.т. апісваюць 1 элементарную часціцу ў квантавамех. сэнсе, функцыі квантавай П.т. становяцца аператарамі і выкарыстоўваюцца для апісання сістэм з пераменнай колькасцю часціц (квантаў дадзенага поля). Класіфікацыя і ідэнтыфікацыя элементарных часціц у межах класічнай П.т. ажыццяўляецца на аснове ўліку трансфармацыйных уласцівасцей функцый поля адносна пераўтварэнняў прасторава-часавай і інш. тыпаў сіметрыі. На падставе Нётэр тэарэмы ўстанаўліваюцца універсальныя і спецыфічныя захавання законы і вызначаюцца выразы (у тэрмінах функцый фіз. поля) для велічынь, якія захоўваюцца і вымяраюцца эксперыментальна. У калібровачнай палявой тэорыі фундаментальных узаемадзеянняў пераход ад лінейных ураўненняў свабодных палёў да нелінейных ураўненняў узаемадзейных палёў (элементарных часціц) ажыццяўляецца на аснове калібровачнай інварыянтнасці П.т. адносна лакальных пераўтварэнняў дынамічнай сіметрыі кожнага тыпу ўзаемадзеянняў. У выніку атрымліваюцца калібровачныя палі, адказныя за адпаведныя ўзаемадзеянні. Кванты такіх палёў (фатон, слабыя базоны, глюоны) выконваюць функцыі першасных пераносчыкаў эл.-магн., слабага (электраслабага) і моцнага ўзаемадзеянняў адпаведна, першаснымі крыніцамі якіх з’яўляюцца лептоны, кваркі і іх антычасціцы.

На Беларусі даследаванні па П.т. пачаліся ў 1940—50-я г. пад кіраўніцтвам Ф.Л.Фёдарава; праводзяцца ў Ін-це фізікі Нац. АН, БДУ, Гомельскім дзярж. ун-це і інш.

Літ.:

Боголюбов Н.Н., Ширков Д.В. Введение в теорию квантованных полей. М., 1957;

Богуш А.А., Мороз Л.Г. Введение в теорию классических полей. Мн., 1968;

Богуш А.А. Введение в калибровочную полевую теорию электрослабых взаимодействий. Мн., 1987.

А.А.Богуш.

т. 12, с. 503

А́ЛГЕБРА,

навука пра сістэмы аб’ектаў той ці інш. прыроды, у якіх устаноўлены аперацыі, па сваіх уласцівасцях падобныя на складанне і множанне лікаў (алг. аперацыі). Задачы і метады алгебры ствараліся паступова, у выніку пошукаў агульных прыёмаў рашэння аднатыпных арыфм. задач (пераважна састаўлення і рашэння ўраўненняў).

Вялікі ўплыў на развіццё алг. ідэй і сімволікі зрабіла «Арыфметыка» Дыяфанта (3 ст.). Тэрмін «алгебра» паходзіць ад назвы твора Мухамеда аль-Харэзмі «Альджэбр аль-мукабала» (9 ст.), які мае агульныя метады рашэння алгебраічных ураўненняў (АУ) 1-й і 2-й ступеняў. У канцы 15 ст. замест грувасткіх слоўных апісанняў алг. дзеянняў у матэм. творах з’яўляюцца знакі «+» і «-», потым знакі ступеняў, кораняў, дужкі. У канцы 16 ст. Ф.Віет першы выкарыстаў літарныя абазначэнні. Да сярэдзіны 17 ст. ў асн. склалася сучасная алг. сімволіка. У далейшым погляд на алгебру мяняўся. Алгебра 17—18 ст. займалася літарнымі вылічэннямі (рашэнне АУ, тоеснае пераўтварэнне формул і інш.) у адрозненне ад арыфметыкі, якая аперыруе канкрэтнымі лікамі. Да сярэдзіны 18 ст. алгебра склалася прыблізна ў аб’ёме цяперашняй т.зв. элементарнай алгебры. Алгебра 18—19 ст. з’яўляецца ў асн. алгебрай мнагачленаў. Першай гіст. задачай алгебры было рашэнне АУ з адным невядомым. У 16 ст. італьян. матэматыкамі была знойдзена формула для рашэння ўраўненняў 3-й ступені (формула Кардана), потым метад рашэння ўраўненняў 4-й ступені (метад Ферары). Амаль 3 стагоддзі вёўся пошук формулы для рашэння ўраўненняў вышэйшай ступені. У 17 ст. ўпершыню выказана А.​Жырарам, а ў канцы 18 ст. К.Гаўсам даказана асн. тэарэма алгебры аб існаванні камплекснага кораня для адвольных АУ з камплекснымі каэфіцыентамі. У 1824 Н.Абель даказаў, што ўраўненне вышэй 4-й ступені ў агульным выпадку ў радыкалах невырашальнае, а ў 1830 Э.Галуа знайшоў крытэрый вырашальнасці ў радыкалах АУ. Разам з тэарэмай АУ з адным невядомым разглядаліся сістэмы АУ з многімі невядомымі, у прыватнасці сістэмы лінейных ураўненняў, у сувязі з чым узніклі паняцці матрыцы і дэтэрмінанта. З сярэдзіны 19 ст. даследаванні ў алгебры паступова пераносяцца з тэорыі АУ да вывучэння адвольных алг. аперацый. Абстрактнае паняцце алг. аперацыі ўзнікла ў сярэдзіне 19 ст. ў сувязі з даследаваннем прыроды камплексных лікаў, а таксама ў выніку з’яўлення прыкладаў алг. аперацый над элементамі зусім інш. прыроды, чым лікі, — складанне і множанне матрыц і інш.

У пачатку 20 ст. алгебра стала разглядацца як агульная тэорыя алг. аперацый на аснове аксіяматычнага метаду (сфарміравалася пад уплывам прац Ц.Гільберта, Э.​Штэйніца, Э.​Арціна, Э.​Нётэр і інш.). Сучасная алгебра вывучае мноствы адвольнай прыроды з зададзенымі на іх алг. аперацыямі (г.зн. алгебра ці універсальныя алгебра). Доўгі час вывучаліся толькі некалькі тыпаў універсальных алгебраў — групы, кольцы, лінейныя прасторы. Пазней пачалося вывучэнне абагульненняў паняцця групы — паўгрупы, квазігрупы і лупы. Разам з асацыятыўнымі кольцамі і алгебрай пачалі вывучацца і неасацыятыўныя кольцы і алгебра. Асацыятыўна-камутатыўныя кольцы і палі з’яўляюцца асн. аб’ектам вывучэння камутатыўнай алгебры, з якой цесна звязана алгебраічная геаметрыя. Важным тыпам алгебры з’яўляюцца структуры. Лінейныя прасторы, модулі, а таксама іх лінейныя пераўтварэнні і сумежныя пытанні вывучае лінейная алгебра, часткай якой з’яўляюцца тэорыі лінейных ураўненняў і матрыц. Да лінейнай алгебры прымыкае полілінейная алгебра. Першыя працы па агульнай тэорыі адвольных універсальных алгебраў належаць Г.​Біркгафу (1830-я г.). У тыя ж гады А.​І.​Мальцаў і А.​Тарскі заклалі асновы тэорыі мадэляў — мностваў з зададзенымі на іх адносінамі. У выніку цеснага збліжэння тэорыі універсальных алгебраў з тэорыяй мадэляў узнік новы раздзел алгебры, сумежны з алгебрай і матэматычнай логікай, — тэорыя алг. сістэм, якая вывучае мноствы з зададзенымі на іх алг. аперацыямі і адносінамі (гл. Алгебра логікі). Дысцыпліны, сумежныя з алгебрай і інш. часткамі матэматыкі, вызначаюцца ўнясеннем ва універсальныя алгебры дадатковых структур, узгодненых з алг. аперацыямі і адносінамі: тапалагічная алгебра, у т. л. тапалагічныя групы і групы Лі, тэорыя ўнармаваных кольцаў, дыферэнцыяльная алгебра, тэорыі розных упарадкаваных алгебраў. Да сярэдзіны 1950-х г. сфарміравалася гамалагічная алгебра, карані якой ляжаць у алгебры і тапалогіі.

Алг. паняцці і метады выкарыстоўваюцца ў геаметрыі, тэорыі лікаў, функцыян. аналізе, тэорыі дыферэнцыяльных ураўненняў, метадах вылічэнняў і інш. Алгебра мае вял. дачыненне да фізікі (выяўленні груп у квантавай фізіцы), крышталяграфіі (дыскрэтныя групы), кібернетыкі (тэорыі аўтаматаў і кадзіравання), матэм. эканомікі (лінейныя няроўнасці) і інш. Сістэм. даследаванні па алгебры на Беларусі пачалі Дз.А.Супруненка (1945) і С.А.Чуніхін (1953). Вядуцца пераважна ў Ін-це матэматыкі АН Беларусі, БДУ, Гомельскім ун-це ў школах У.П.Платонава, А.Я.Залескага, Л.А.Шамяткова.

Літ.:

Математика, её содержание, методы и значение. Т. 1—3. М., 1956;

Бурбаки Н. Очерки по истории математики: Пер. с фр. М., 1963.

Р.​Т.​Вальвачоў.

т. 1, с. 233