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居里夫人自传

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第42章 最初的研究 (4)

书籍名:《居里夫人自传》    作者:玛丽·居里
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  This  rapid  succession  of  investigations  shows  how  completely  engrossed  Pierre  Curie  was  in  the  subject  of  the  physics  of  crystals.  Both  his  theoretical  and  his  experimental  research  in  this  domain  grouped  itself  around  a  very  general  principle,  the  principle  of  symmetry,  that  he  had  arrived  at  step  by  step,  and  which  he  only  definitely  enunciated  in  memoirs  published  between  the  years    and  .

  The  following  is  the  form,  already  classic,  in  which  he  made  his  announcement:

  \"When  certain  causes  produce  certain  effects,  the  elements  of  symmetry  in  the  causes  ought  to  reappear  in  the  effects  produced.

  \"When  certain  effects  reveal  a  certain  dissymmetry,  this  dissymmetry  should  be  apparent  in  the  causes  which  have  given  them  birth.

  \"The  converse  of  these  two  statements  does  not  hold,  at  least  practically;  that  is  to  say,  the  effects  produced  can  be  more  symmetrical  than  their  causes.\"

  The  capital  importance  of  this  statement,  perfect  in  its  simplicity,  lies  in  the  fact  that  the  elements  of  symmetry  which  it  introduces  are  related  to  all  the  phenomena  of  physics  without  exception.

  Guided  by  an  exhaustive  study  of  the  groups  of  symmetry  which  might  exist  in  nature,  Pierre  Curie  showed  how  one  should  use  this  revelation  in  character  at  once  geometric  and  physical,  in  order  to  foresee  whether  a  particular  phenomenon  can  reproduce  itself,  or  whether  its  reproduction  is  impossible  under  the  given  conditions.  At  the  beginning  of  a  certain  memoir,  he  insists  in  these  terms:

  \"I  think  it  is  necessary  to  introduce  into  physics  the  ideas  of  symmetry  familiar  to  crystallographers.\"

  His  work  in  this  field  is  fundamental,  and  even  though  he  was  led  away  from  it  later  by  other  investigations,  he  always  retained  a  passionate  interest  in  the  physics  of  crystals,  as  well  as  in  projects  of  further  research  in  this  domain.

  The  principle  of  symmetry  to  which  Pierre  Curie  had  so  eagerly  devoted  himself  is  one  of  the  small  number  of  great  principles  which  dominate  the  study  of  the  phenomena  of  physics,  and  which,  having  their  root  in  ideas  derived  by  experiment,  yet  little  by  little  detach  themselves  and  assume  a  form  more  and  more  general  and  more  and  more  perfect.  It  is  in  this  way  that  the  idea  of  the  equivalence  of  heat  and  of  work,  added  to  the  earlier  notion  of  the  equivalence  of  kinetic  and  potential  energies,  brought  about  the  establishment  of  the  principle  of  the  conservation  of  energy  whose  application  is  entirely  general.  In  the  same  way  the  law  of  the  conservation  of  mass  grew  out  of  the  experiments  of  Lavoisier,  which  belong  to  the  foundations  of  chemistry.  Recently  an  admirable  synthesis  has  made  it  possible  for  us  to  attain  a  still  higher  degree  of  generalization  through  the  union  of  these  two  principles,  for  it  has  been  proved  that  the  mass  of  a  body  is  proportional  to  its  internal  energy.  The  study  of  electrical  phenomena  led  Lippmann  to  announce  the  general  law  of  the  conservation  of  electricity.  The  principle  of  Carnot,  born  of  considerations  on  the  functioning  of  thermal  machines,  has  acquired  also  so  general  a  significance,  that  it  made  possible  the  foreseeing  of  the  most  probable  character  of  spontaneous  evolution  for  all  material  systems.

  The  principle  of  symmetry  furnishes  an  example  of  an  analogous  evolution.  To  begin  with,  observation  of  Nature  was  able  to  suggest  the  idea  of  symmetry;  though  such  observations  reveal  only  imperfectly  any  regular  dispositions  in  the  aspects  of  animals  and  plants.  The  regularity  becomes  very  much  more  perfect  in  the  case  of  crystallized  minerals.  We  may  consider  that  Nature  furnishes  us  the  idea  of  a  plane  of  symmetry  and  of  an  axis  of  symmetry.  An  object  possesses  a  plane  of  symmetry,  or  a  plane  of  reflection,  if  this  plane  divides  the  object  into  two  parts,  of  which  each  one  may  be  thought  of  as  the  image  of  the  other  reflected  in  the  plane  as  in  a  mirror.  It  is  this,  approximately,  that  occurs  in  the  external  appearance  of  man  and  of  numerous  animals.  An  object  possesses  an  axis  of  symmetry  of  the  order  n,  if  it  preserves  the  same  appearance  after  a  rotation  on  this  axis  of  the  nth  part  of  a  revolution.  Thus  a  regular  flower  of  four  petals  has  an  axis  of  symmetry  of  the  order  four,  or  a  quarternary  axis.  Crystals  like  those  of  rock  salt  or  of  alum  possess  many  planes  of  symmetry  and  many  axes  of  symmetry  of  different  orders.

  Geometry  teaches  us  to  study  the  elements  of  symmetry  of  a  limited  figure  such,  for  instance,  as  a  polyhedron;  and  to  discover  the  relations  between  its  parts  which  permit  us  to  reunite  different  symmetries  in  groups.  The  knowledge  of  these  groups  is  of  the  greatest  usefulness  in  establishing  a  rational  classification  of  crystal  forms  in  a  small  number  of  systems  each  of  which  is  derived  from  a  simple  geometric  form.  Thus  the  regular  octahedron,  belongs  to  the  same  system  as  the  cube,  for  in  the  case  of  each  the  group  formed  by  the  axes  and  the  planes  of  symmetry  is  the  same.