保存法

ある物理量の数値は、どのプロセスやあるクラスのプロセスにおいても時間とともに変化しないことを示す物理法則。 物理システムの完全な記述は、時間とともにシステムの進化を詳細に定義する動的法則の枠組みの中でのみ可能です。 しかし、多くの場合、与えられたシステムの動的法則は未知であるか、または複雑すぎます。 このような状況では、保全法は、システムの行動の性格に関していくつかの結論を引き出すことを可能にする。 最も重要な保存則は、エネルギー、運動量、角運動量、および電荷の保存則である。 これらの法則は、任意の孤立したシステムに対して有効です。 普遍的な保存則に加えて、限られたクラスのシステムと現象に対してのみ保持する保存則が存在します。

保全の考え方は、もともと、永続的に変化する世界において不変で安定したものの存在に関する純粋に哲学的な推測として現れました。 古代の物質主義哲学者Anaxagoras、Empedocles、Democritus、Epicurus、およびLucretiusは、存在するすべての不滅で創造不可能な基礎として、物質の概念に到達しました。 一方、自然の継続的な変化の観察は、物質の最も重要な特性は、物質が常に動いているという結論にThales、Anaximander、Anaximenes、エフェソスのHeraclitus、Leu-cippus、およびDemocritusをもたらした。 力学の数学的定式化の発展に伴い、この基礎には、M.V.LomonosovとA.Lavoisierによって定められた質量保存の法則と、G.von Leibnizによって進められた機械エネルギー保存の J.R.von Mayer,J.Joule,And H. フォン-ヘルムホルツはその後、非機械的現象におけるエネルギー保存の法則を実験的に発見した。 このように、19世紀半ばまでに、物質と運動の保存として解釈された質量とエネルギーの保存の法則が形を成していました。

しかし、20世紀初頭には、特殊相対性理論の発展により、これらの保存則（seeRELATIVITY、THEORY OF）の根本的な再考がもたらされました。 相対性理論の特別な理論は、光の速度に匹敵する高速での運動の記述において、古典的なニュートン力学に取って代わりました。 質量は、体の慣性特性から決定されるように、体の速度に依存することが判明した。 その結果、質量は物質の量だけでなくその運動も特徴付ける。 一方、エネルギーの概念も変化しました：アインシュタインの有名な方程式E=mc2によれば、総エネルギー Eは質量mに比例し、ここではcは光速です。 このように、相対性理論の特別な理論におけるエネルギー保存の法則は、古典力学に存在していた質量とエネルギーの保存の法則を統一した。 質量とエネルギーの保存の法則を別々に考慮すると、それらは満たされません—つまり、物質の量はその動きを考慮せずに特徴付けることはできません。

エネルギー保存則の進化は、保存則は経験から引き出されるため、実験的な検証と改良が必要であることを示しています。 人間の経験の増加にかかわらず、与えられた法律や法律の特定の声明が永遠に有効であることを確信することはできません。 エネルギー保存の法則は、物理学と哲学が非常に密接に織り込まれているという点でも興味深いものです。 法律が洗練されるにつれて、それは徐々に曖昧で抽象的な哲学的声明から正確な定量的公式に変換されました。 一方，いくつかの保存則は定量的な形で直接現れた。 そのような法則には、運動量、角運動量、電荷の保存の法則や、素粒子の理論における多数の保存則が含まれます。 保存則は現代物理学の本質的な部分です。

量子論、特に素粒子論における保存則が重要な役割を果たしている。 例えば、保存則は選択則を決定し、それに従って保存則に違反する素粒子反応は自然界では起こり得ない。 巨視的体の物理学にも存在する保存則（エネルギー、運動量、角運動量、電荷の保存）に加えて、実験的に観測された選択則の説明を可能にする多くの具体的な保存則が素粒子理論に登場している。 例としてバリオン数とレプトン数の保存の法則があり、これらの法則は厳密である—つまり、すべてのタイプの相互作用とすべての過程で保持する。 厳密な保存則に加えて、いくつかの過程で満たされ、他の過程で違反される近似的な保存則も、素粒子の理論に存在する。 このような近似保存則は、それらが満たされているプロセスと現象のクラスを正確に示すことができれば意味を持つ。 近似保存則の例としては、ストレンジネス（または超電荷）の保存則、等トピックスピン（isotopic INVARIANCEを参照）、パリティなどがある。 これらの法則は、10-23-10-24秒の特性時間を持つ強相互作用過程では厳密に満たされますが、約10″10秒の特性時間を持つ弱相互作用過程では違反されます。電磁相互作用は、同位体スピンの保存の法則に違反します。 このように、素粒子の研究は、現象のすべての領域における既存の保存則を検証する必要性を再び示している。

保存則は物理系の対称性と密接に関連している。 ここで、対称性は、これらの法則の定式化に関与する量のある変換に関する物理法則の不変性として理解される。 与えられた系に対して、対称性の存在は、保存された物理量が存在することを意味する（ゼノエーテルの定理）。 したがって、システムの対称性がわかっている場合は、その保存則を見つけることができ、逆にすることができます。

上記のように、機械量エネルギー、運動量、角運動量の保存の法則は普遍的です。 このような状況の理由は、対応する対称性が物質体が移動する時空（宇宙）の対称性とみなすことができるからである。 したがって、エネルギーの保存は、時間の均質性、すなわち、時間座標の原点の変化（時間の変換）の下での物理法則の不変性から従う。 運動量の保存と角運動量の保存は、それぞれ、空間の均質性（空間の平行移動の下での不変性）と空間の等方性（空間の回転の下での不変性）から従う。 したがって、機械的保存則の検証は、時空の対応する基本的な特性の検証を構成する。 上記の対称性に加えて、時空は反射対称性を有する、すなわち空間反転の下では不変であると長い間信じられていた。 その後、空間パリティは保存されるべきである。 しかし、1957年には、パリティの非保存が弱い相互作用で実験的に検出された。 もう一度、宇宙の幾何学の根底にある性質に関する信念を再検討しなければならなかった。

重力理論の発展には、時空の対称性と基本的な保存則、特にエネルギーと運動量の保存則に関する見解のさらなる再検討が必要であると思われる。