Zákon Zachování

fyzikální zákon o tom, že číselné hodnoty nějaké fyzikální veličiny se nemění s časem v jakémkoli procesu nebo v jisté třídy procesů. Úplný popis fyzického systému je možný pouze v rámci dynamických zákonů, které podrobně definují vývoj systému s časem. V mnoha případech je však dynamický zákon pro daný systém Neznámý nebo příliš komplikovaný. V takové situaci zákony o ochraně umožňují vyvodit určité závěry, pokud jde o charakter chování systému. Nejdůležitější zákony ochrany jsou zákony zachování energie, hybnosti, momentu hybnosti a elektrického náboje. Tyto zákony platí pro všechny izolované systémy. Kromě univerzálních zákonů o ochraně, existují zákony o ochraně přírody, které platí pouze pro omezené třídy systémů a jevů.

myšlenka zachování se původně objevila jako čistě Filozofická domněnka o existenci něčeho neměnného a stabilního v neustále se měnícím světě. Starověké materialističtí filozofové Anaxagorás, Empedocles, Démokritos, Epikuros a Lucretius dorazil na pojetí hmoty jako nezničitelného a uncreatable základ všeho, co existuje. Na druhou stranu, pozorování neustálé změny v přírodě přinesl Thales, Anaximander, Anaximenes, Herakleitos z Efesu, Leu-cippus, a Démokritos k závěru, že nejdůležitější vlastnost hmoty, je to, že záležitost je stále v pohybu. S rozvojem matematické formulace mechaniky, dva zákony, které se objevily na tento základ: zákon zachování hmotnosti, stanovené podle M. V. Lomonosov a a. Lavoisier, a zákon zachování mechanické energie, pokročilé G. von Leibniz. J. R. von Mayer, J. Joule, a H. von Helmholtz následně experimentálně objevil zákon zachování energie v nemechanických jevech. Tak, od poloviny 19. století zákony zachování hmoty a energie, které byly interpretovány jako zachování hmoty a pohybu, vzal tvar.

na počátku 20. století však vývoj speciální teorie relativity přinesl zásadní přehodnocení těchto zákonů ochrany (seerelativita, teorie). Speciální teorie relativity nahrazuje klasické, Newtonovské mechaniky v popisu pohybu při vysokých rychlostech srovnatelných s rychlostí světla. Hmotnost, jak bylo stanoveno z inerciálních vlastností těla, bylo zjištěno, že závisí na rychlosti těla. V důsledku toho hmota charakterizuje nejen množství hmoty, ale také její pohyb. Na druhé straně koncept energie také prošel změnou: podle slavné Einsteinovy rovnice E = mc2 je celková energie E úměrná hmotnosti m; zde c je rychlost světla. Zákon zachování energie ve speciální teorii relativity tedy sjednotil zákony zachování hmoty a energie, které existovaly v klasické mechanice. Když jsou zákony zachování hmoty a energie posuzovány samostatně, nejsou splněny-to znamená, že množství hmoty nelze charakterizovat bez zohlednění jejího pohybu.

Vývoj zákona zachování energie ukazuje, že protože zákony ochrany jsou čerpány ze zkušeností, vyžadují čas od času experimentální ověření a zdokonalení. Nelze si být jisti, že daný zákon nebo konkrétní prohlášení zákona zůstanou platné navždy, bez ohledu na nárůst lidské zkušenosti. Zákon zachování energie je také zajímavý tím, že fyzika a filozofie jsou v něm velmi úzce propojeny. Jak byl zákon zdokonalován, byl postupně přeměněn z vágního a abstraktního filozofického prohlášení na přesný kvantitativní vzorec. Na druhé straně se některé zákony o ochraně přírody objevily přímo v kvantitativní formě. Takové zákony zahrnují zákony zachování hybnosti, momentu hybnosti a elektrického náboje a četné zákony zachování v teorii elementárních částic. Zákony zachování jsou nezbytnou součástí moderní fyziky.

důležitou roli hrají zákony zachování v kvantové teorii, zejména v teorii elementárních částic. Například zákony o ochraně přírody určují pravidla výběru, podle kterých se v přírodě nemohou vyskytnout reakce elementárních částic, které by porušovaly zákon o ochraně přírody. Kromě toho, aby zákony zachování, které také drží ve fyzice makroskopických těles (zachování energie, hybnosti, momentu hybnosti a elektrického náboje), mnohé zvláštní zákony zachování se objevily v elementárních částic teorii, že povolení k vysvětlení experimentálně pozorovaných výběrová pravidla. Příkladem jsou zákony zachování baryon číslo a lepton číslo; tyto zákony jsou přesné—to znamená, že drží ve všech typech interakcí a ve všech procesech. Kromě přesných zákonů o ochraně existují v teorii elementárních částic také přibližné zákony o ochraně, které jsou v některých procesech uspokojeny a v jiných porušeny. Takové přibližné zákony ochrany mají význam, pokud lze přesně označit třídu procesů a jevů, ve kterých jsou splněny. Příklady přibližných zákonů ochrany jsou zákony zachování podivnosti (nebo hypercharge), spin iso-topic (vizisotopická INVARIANCE) a parita. Tyto zákony jsou striktně splněna v silné interakce procesů, které mají charakteristický čas 10-23-10-24 sec, ale jsou porušována v slabé interakce procesů, jejichž charakteristický čas je přibližně 10″10 sec. Elektromagnetická interakce porušovat zákon zachování izotopický spin. Zkoumání elementárních částic tak opět ukázalo nutnost ověření stávajících zákonů o ochraně v každé oblasti jevů.

zákony zachování úzce souvisejí s vlastnostmi symetrie fyzikálních systémů. Zde se symetrií rozumí invariance fyzikálních zákonů s ohledem na určité transformace veličin zapojených do formulace těchto zákonů. Pro daný systém existence symetrie znamená, že existuje konzervovaná fyzikální veličina (SEENOETHERSOVA věta). Pokud jsou tedy známy vlastnosti symetrie systému, lze pro něj najít zákony zachování a naopak.

jak bylo uvedeno výše, zákony zachování mechanických veličin energie, hybnosti a momentu hybnosti jsou univerzální. Důvodem této okolnosti je, že odpovídající symetrie mohou být považovány za symetrie časoprostoru (vesmíru), ve kterém se pohybují hmotná těla. Zachování energie tedy vyplývá z homogenity času—tedy z invariance fyzikálních zákonů pod změnou původu časové souřadnice(překlady času). Zachování hybnosti a zákon zachování momentu hybnosti následovat, respektive, z homogenity prostoru (invariance pod překlady prostoru) a z isotropy prostoru (invariance v rámci rotace vesmíru). Ověření mechanických zákonů zachování proto představuje ověření odpovídajících základních vlastností časoprostoru. Dlouho se věřilo, že kromě výše uvedených symetrií má časoprostor reflexní symetrii-to znamená, že je invariantní pod inverzí prostoru. Prostorová parita by pak měla být zachována. V roce 1957 však byla experimentálně zjištěna nekonzervace parity ve slabých interakcích. Znovu musely být přezkoumány víry týkající se základních vlastností geometrie vesmíru.

vývoj teorie gravitace bude zřejmě vyžadovat další přehodnocování názorů na symetrie prostoru a času a na základní zákony zachování, zejména zákony zachování energie a hybnosti.