Збереження закони
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Збереження закони

Збереження закони, фізичні закономірності, згідно з якими чисельні значення деяких фізичних величин не змінюються з часом в будь-яких процесах або в певному класі процесів. Повний опис фізичної системи можливий лише в рамках динамічних законів, які детально визначають еволюцію системи з часом. Проте у багатьох випадках динамічний закон для даної системи невідомий або дуже складний. У такій ситуації С. з. дозволяють зробити деякі висновки про характер поведінки системи. Найважливішими С. з., справедливими для будь-яких ізольованих систем, є закони збереження енергії, кількості руху (імпульсу), моменту кількості руху і електричного заряду. Окрім загальних, існують С. з., справедливі лише для обмежених класів систем і явищ.

загрузка...

  Ідея збереження з'явилася спочатку як чисто філософська здогадка про наявність незмінного стабільного на вічно змінному світі. Ще античні філософи-матеріалісти прийшли до поняття матерії — незнищуваної основи всього, що не створила, існуючого ( Анаксагор, Емпедокл, Демокріт, Епікур, Лукреций ) . З іншого боку, спостереження постійних змін в природі приводило до уявлення про вічний рух матерії як найважливішій її властивості ( Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, Геракліт Ефесський, Льовкипп, Демокріт). З появою математичного формулювання механіки на цій основі з'явилися закони збереження маси (М. Ст Ломоносов, А. Лавуазье ) і механічної енергії (Р. Лейбніц ) . Потім Ю. Р. Майєром, Дж. Джоулем і Г. Гельмгольцом був експериментально відкритий закон збереження енергії в немеханічних явищах. Т. о., до середини 19 ст оформилися закони збереження маси і енергії, які трактувалися як збереження матерії і руху.

  Проте на початку 20 ст обидва ці С. з. піддалися тому, що корінному передивляється у зв'язку з появою спеціальної теорії відносності (див. Відносності теорія ) , яка замінила класичну, ньютонівську, механіку при описі рухів з великими (порівнянними із швидкістю світла) швидкостями. Виявилось, що маса, визначувана по інерційних властивостям тіла, залежить від його швидкості і, отже, характеризує не лише кількість матерії, але і її рух. З іншого боку, і поняття енергії піддалося зміні: повна енергія (Е) виявилася пропорційній масі ( m ) , згідно з відомим співвідношенням Ейнштейна Е = mс 2 ( з — швидкість світла). Т. о., закон збереження енергії в спеціальній теорії відносності природним чином об'єднав закони збереження маси і енергії, що існували в класичній механіці; окремо ці закони не виконуються, тобто неможливо охарактеризувати кількість матерії, не зважаючи на її рухи.

  Еволюція закону збереження енергії показує, що С. з., будучи почерпнуті з досвіду, потребують час від часу експериментальної перевірки і уточнення. Не можна бути упевненим, що цей закон або його конкретне формулювання залишаться справедливими завжди, не дивлячись на розширення меж людського досвіду. Закон збереження енергії цікавий ще і тим, що в нім найтіснішим чином переплелися фізика і філософія. Цей закон, усе більш уточнюючись, поступово перетворився з невизначеного і абстрактного філософського вислову в точну кількісну формулу. Інші С. з. виникали відразу в кількісному формулюванні. Такі закони збереження імпульсу, моменту кількості руху, електричного заряду багаточисельні закони збереження в теорії елементарних часток . В сучасній фізиці С. з. — необхідна складова частина робочого апарату.

  Велику роль С. з. грають в квантовій теорії, зокрема в теорії елементарних часток. Наприклад, С. з. визначають відбору правила, згідно з якими деякі реакції з елементарними частками (саме ті, які привели б до порушення С. з.) не можуть здійснюватися в природі. Окрім С. з., що є і у фізиці макроскопічних тіл (збереження енергії, імпульсу, моменту, електричного заряду), в теорії елементарних часток виникло багато специфічних С. з., що дозволяють пояснити експериментально спостережувані правила відбору. Такі закони збереження баріонного заряду і лептонного заряду, що є точними, тобто що виконуються у всіх видах взаємодій, у всіх процесах. Окрім точних, в теорії елементарних часток існують і наближені С. з., що виконуються в одних процесах і порушуються в інших. Такі С. з. мають сенс, якщо можна точно вказати клас процесів і явищ, в яких вони виконуються. Прикладом наближених С. з. є закони збереження дивацтва (або гіперзаряду ) , ізотопічного спину (див. Ізотопічна інваріантність ) , парності . Всі ці закони строго виконуються в процесах, що протікають за рахунок сильних взаємодій (з характерним часом 10 -23 —10 -24 сік ) , але порушуються в процесах слабких взаємодій (характерний час яких приблизно 10 -10 сік ) . Електромагнітні взаємодії порушують закон збереження ізотопічного спину. Т. о., дослідження елементарних часток знов нагадали про необхідність перевіряти що існують С. з. у кожній області явищ.

  С. з. тісно пов'язані з властивостями симетрії фізичних систем. При цьому симетрія розуміється як інваріантність фізичних законів відносно деяких перетворень вхідних в них величин (див. Симетрія у фізиці). Наявність симетрії приводить до того, що для даної системи існує фізична величина (див. Нетер теорема ) , що зберігається . Т. о., якщо відомі властивості симетрії системи, можна знайти для неї закони збереження, і навпаки.

  Як вже було сказано, С. з. механічних величин (енергії, імпульсу, моменту) володіють загальністю. Це пов'язано з тим, що відповідні симетрії можна розглядати як симетрії простору-часу (світу), в якому рухаються матеріальні тіла. Так, збереження енергії пов'язане з однорідністю часу, тобто з інваріантністю фізичних законів відносно зміни початку відліку часу (зміщень в часі). Збереження імпульсу і моменту кількості руху пов'язане відповідно з однорідністю простору (інваріантність відносно просторових зрушень) і ізотропною простору (інваріантність відносно обертань простору). Тому перевірка механічних С. з. є перевірка відповідних фундаментальних властивостей простору-часу. Довгий час вважалося, що, окрім перерахованих елементів симетрії, простір-час володіє дзеркальною симетрією, тобто інваріантно відносно просторовій інверсії . Тоді повинна була б зберігатися просторова парність. Проте в 1957 було експериментально виявлено незбереження парності в слабких взаємодіях, що поставило питання про той, що передивляється поглядів на глибокі властивості геометрії світу.

  У зв'язку з розвитком теорії тяжіння намічається той, що подальший передивляється поглядів на симетрії простору-часу і фундаментальні С. з. (зокрема, закони збереження енергії і імпульсу).

  М. Би. Менський.