Bevaringsloven

en fysisk lov som sier at de numeriske verdiene til en fysisk mengde ikke varierer med tiden i noen prosess eller i en bestemt klasse prosesser. En fullstendig beskrivelse av et fysisk system er bare mulig innenfor rammen av dynamiske lover som definerer i detalj utviklingen av et system med tiden. I mange tilfeller er imidlertid den dynamiske loven for et gitt system ukjent eller for komplisert. I en slik situasjon bevaringslover tillater noen konklusjoner å bli trukket med hensyn til karakteren av systemets oppførsel. De viktigste bevaringslovene er lovene om bevaring av energi, momentum, vinkelmoment og elektrisk ladning. Disse lovene gjelder for alle isolerte systemer. I tillegg til universelle bevaringslover finnes det bevaringslover som bare holder for begrensede klasser av systemer og fenomener.

ideen om bevaring opprinnelig dukket opp som en rent filosofisk formodning om eksistensen av noe uforanderlig og stabilt i en stadig skiftende verden. De gamle materialistiske filosofene Anaxagoras, Empedokles, Democritus, Epikur Og Lucretius kom til begrepet materie som det uforgjengelige og uopprettelige grunnlaget for alt som eksisterer. På den annen side, observasjon av stadige endringer i naturen brakt Thales, Anaximander, Anaximenes, Heraklit Av Efesos, Leu-cippus, Og Democritus til den konklusjon at den viktigste egenskapen av saken er at saken er alltid i bevegelse. Med utviklingen av matematisk formulering av mekanikk, oppstod to lover på dette grunnlaget: loven om bevaring av masse, fremsatt Av M. V. Lomonosov Og A. Lavoisier, og loven om bevaring av mekanisk energi, avansert Av g. von Leibniz. J. r. von Mayer, J. Joule Og H. von Helmholtz oppdaget senere eksperimentelt loven om bevaring av energi i ikke-mekaniske fenomener. Således, i midten av det 19.århundre, hadde lovene om bevaring av masse og energi, som ble tolket som bevaring av materie og bevegelse, tatt form.

i begynnelsen av det 20. århundre, men utviklingen av den spesielle relativitetsteorien brakt en fundamental revurdering av disse bevaring lover (seeRELATIVITY, THEORY of). Den spesielle relativitetsteorien erstattet klassisk, Newtonsk mekanikk i beskrivelsen av bevegelse ved høye hastigheter som kan sammenlignes med lysets hastighet. Masse, som bestemt fra treghetsegenskapene til en kropp, ble funnet å avhenge av kroppens hastighet. Følgelig karakteriserer masse ikke bare mengden materie, men også dens bevegelse. På Den annen side har begrepet energi også gjennomgått en forandring: Ifølge Einsteins berømte ligning E = mc2 er den totale energien E proporsjonal med massen m; her er c lysets hastighet. Således forente loven om bevaring av energi i den spesielle relativitetsteorien lovene om bevaring av masse og energi som hadde eksistert i klassisk mekanikk. Når lovene om bevaring av masse og energi vurderes separat, blir de ikke oppfylt—det vil si at mengden materie ikke kan karakteriseres uten å ta hensyn til bevegelsen.

utviklingen av loven om bevaring av energi viser at siden bevaringslover er hentet fra erfaring, krever de eksperimentell verifisering og forfining fra tid til annen. Man kan ikke være sikker på at en gitt lov eller den spesifikke uttalelsen av en lov vil forbli gyldig for alltid, uavhengig av økningen i menneskelig erfaring. Loven om bevaring av energi er også interessant ved at fysikk og filosofi er svært tett sammenvevd i den. Etter hvert som loven ble raffinert, ble den gradvis forvandlet fra en vag og abstrakt filosofisk uttalelse til en nøyaktig kvantitativ formel. På den annen side oppstod noen bevaringslover direkte i kvantitativ form. Slike lover inkluderer lovene om bevaring av momentum, vinkelmoment og elektrisk ladning og mange bevaringslover i teorien om elementære partikler. Bevaringslover er en viktig del av moderne fysikk.

en viktig rolle spilles av bevaringslover i kvanteteori, spesielt i teorien om elementære partikler. For eksempel bestemmer bevaringslover utvalgsregler, ifølge hvilke elementære partikkelreaksjoner som vil krenke en bevaringslov, ikke kan forekomme i naturen. I tillegg til bevaringslover som også holder i fysikken til makroskopiske legemer (bevaring av energi, momentum, vinkelmoment og elektrisk ladning), har mange spesifikke bevaringslover dukket opp i elementærpartikkelteori som tillater forklaring av eksperimentelt observerte utvalgsregler. Eksempler er lovene om bevaring av baryon nummer og lepton nummer; disse lovene er nøyaktige – det vil si, de holder i alle typer interaksjoner og i alle prosesser. I tillegg til eksakte bevaringslover finnes omtrentlige bevaringslover, som er fornøyd i noen prosesser og brutt i andre, også i teorien om elementære partikler. Slike omtrentlige bevaringslover har betydning hvis klassen av prosesser og fenomener der de er fornøyd, kan angis nøyaktig. Eksempler på omtrentlige bevaringslover er lovene om bevaring av strangeness (eller hyperlade), iso-topic spin (seisotopic INVARIANCE) og paritet. Disse lovene er strengt fornøyd i sterke interaksjonsprosesser, som har en karakteristisk tid på 10-23-10-24 sek, men brytes i svake interaksjonsprosesser, hvis karakteristiske tid er omtrent 10 ” 10 sek. Elektromagnetiske interaksjoner bryter loven om bevaring av isotopisk spinn. Dermed har undersøkelser av elementære partikler igjen vist nødvendigheten av å verifisere eksisterende bevaringslover i hvert domene av fenomener.

Bevaringslover er nært knyttet til symmetriegenskapene til fysiske systemer. Her forstås symmetri som invariance av fysiske lover med hensyn til visse transformasjoner av mengdene som er involvert i formuleringen av disse lovene. For et gitt system betyr eksistensen av en symmetri at en bevart fysisk mengde eksisterer (seeNOETHERS TEOREM). Således, hvis et systems symmetriegenskaper er kjent, kan bevaringslover bli funnet for det, og omvendt.

som nevnt ovenfor er lovene for bevaring av de mekaniske mengdene energi, momentum og vinkelmoment universelle. Årsaken til denne omstendigheten er at de tilsvarende symmetrier kan betraktes som symmetrier av romtid( universet), hvor materielle legemer beveger seg. Dermed følger bevaring av energi fra tidens homogenitet-det vil si fra invariansen av fysiske lover under en endring i opprinnelsen til tidskoordinaten (oversettelser av tid). Bevaring av momentum og bevaring av vinkelmoment følger henholdsvis fra homogenitet av rom (invariance under oversettelser av rom) og fra isotropi av rom (invariance under rotasjoner av rom). Derfor utgjør en verifisering av mekaniske bevaringslover en verifisering av de tilsvarende grunnleggende egenskapene til romtid. Det var lenge antatt at i tillegg til symmetriene nevnt ovenfor, har romtid refleksjonssymmetri-det vil si at den er invariant under rominversjon. Plassparitet bør da bevares. I 1957 ble imidlertid ikke-bevaring av paritet oppdaget eksperimentelt i svake interaksjoner. Igjen måtte tro på de underliggende egenskapene til universets geometri revurderes.

utviklingen av gravitasjonsteorien vil tilsynelatende nødvendiggjøre en ytterligere revurdering av syn på symmetri av romtid og på grunnleggende bevaringslover, spesielt lovene om bevaring av energi og momentum.