Законы сохранения в физике

Законы сохранения устанавливают равенства между определенными комбинациями величин, характеризующих начальное и конечное состояния. При этом для выполнимости закона детали поведения системы в промежуточные моменты времени совершенно несущественны.

Согласно теореме Э.Нётер (1918) законы сохранения связаны с принципами инвариантности. В последних находят свое выражение геометрические симметрии (свойства пространства - времени) или внутренние симметрии (общие свойства взаимодействия). Поэтому законы сохранения имеют как практическое, так и мировоззренческое значение.

Рассмотрим вначале законы сохранения в классической физике.

1. Законы сохранения непосредственно вытекают из динамических уравнений, определяющих эволюцию системы, играют подчиненную роль и служат для упрощения динамических уравнений.

2. Законы сохранения выступают, как правило, в качестве “законов разрешения”, определяя, что в принципе может происходить с системой.

3. Число законов сохранения в классической физике строго ограничено (например, в механике – энергии, импульса, момента импульса). Они связаны со свойствами симметрии только пространства – времени.

4. В классической физике оперируют точными свойствами симметрии пространства – времени и, как следствие, соответствующими им строгими законами сохранения.

В квантовой физике, особенно в физике высоких энергий, ситуация может быть существенно иной.

1. Исходные динамические уравнения зачастую неизвестны. Поэтому законы сохранения, которые формулируются вне связи с какими-либо динамическими уравнениями или моделями, являются по существу единственным источником информации о свойствах и поведении частиц.

2. Законы сохранения в квантовой механике играют как правило роль принципов запрета. Они определяют, что не может происходить с системой.

3. Арсенал законов сохранения в квантовой физике богаче, чем в классической.

4. В середине 50-х годов было установлено, что некоторые величины сохраняются не во всех взаимодействиях, а только во вполне определенных. Поэтому в микромире имеет место большое число приближенных по своей сути законов сохранения.