«Сохранения законы»

физические закономерности, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определённом классе процессов. Полное описание физической системы возможно лишь в рамках динамических законов, которые детально определяют эволюцию системы с течением времени. Однако во многих случаях динамический закон для данной системы неизвестен или слишком сложен. В такой ситуации С. з. позволяют сделать некоторые заключения о характере поведения системы. Важнейшими С. з., справедливыми для любых изолированных систем, являются законы сохранения энергии, количества движения (импульса), момента количества движения и электрического заряда. Кроме всеобщих, существуют С. з., справедливые лишь для ограниченных классов систем и явлений.

Идея сохранения появилась сначала как чисто философская догадка о наличии неизменного, стабильного в вечно меняющемся мире. Ещё античные философы-материалисты пришли к понятию материи — неуничтожимой и несотворимой основы всего существующего (Анаксагор, Эмпедокл, Демокрит, Эпикур, Лукреций). С другой стороны, наблюдение постоянных изменений в природе приводило к представлению о вечном движении материи как важнейшем её свойстве (Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, Гераклит Эфесский, Левкипп, Демокрит). С появлением математической формулировки механики на этой основе появились законы сохранения массы (М. В. Ломоносов, А. Лавуазье) и механической энергии (Г. Лейбниц). Затем Ю. Р. Майером, Дж. Джоулем (См. Джоуль) и Г. Гельмгольцем был экспериментально открыт закон сохранения энергии в немеханических явлениях. Т. о., к середине 19 в. оформились законы сохранения массы и энергии, которые трактовались как сохранение материи и движения.

Однако в начале 20 в. оба эти С. з. подверглись коренному пересмотру в связи с появлением специальной теории относительности (см. Относительности теория), которая заменила классическую, ньютоновскую, механику при описании движений с большими (сравнимыми со скоростью света) скоростями. Оказалось, что Масса, определяемая по инерционным свойствам тела, зависит от его скорости и, следовательно, характеризует не только количество материи, но и её движение. С другой стороны, и понятие энергии подверглось изменению: полная энергия (Е) оказалась пропорциональной массе (m), согласно известному соотношению Эйнштейна Е = mс²(с — скорость света). Т. о., закон сохранения энергии в специальной теории относительности естественным образом объединил законы сохранения массы и энергии, существовавшие в классической механике; по отдельности эти законы не выполняются, т. е. невозможно охарактеризовать количество материи, не принимая во внимание её движения.

Эволюция закона сохранения энергии показывает, что С. з., будучи почерпнуты из опыта, нуждаются время от времени в экспериментальной проверке и уточнении. Нельзя быть уверенным, что данный закон или его конкретная формулировка останутся справедливыми всегда, несмотря на расширение пределов человеческого опыта. Закон сохранения энергии интересен ещё и тем, что в нём теснейшим образом переплелись физика и философия. Этот закон, всё более уточняясь, постепенно превратился из неопределённого и абстрактного философского высказывания в точную количественную формулу. Другие С. з. возникали сразу в количественной формулировке. Таковы законы сохранения импульса, момента количества движения, электрического заряда, многочисленные законы сохранения в теории элементарных частиц (См. Элементарные частицы). В современной физике С. з. — необходимая составная часть рабочего аппарата.

Большую роль С. з. играют в квантовой теории, в частности в теории элементарных частиц. Например, С. з. определяют Отбора правила, согласно которым некоторые реакции с элементарными частицами (именно те, которые привели бы к нарушению С. з.) не могут осуществляться в природе. Кроме С. з., имеющихся и в физике макроскопических тел (сохранение энергии, импульса, момента, электрического заряда), в теории элементарных частиц возникло много специфических С. з., позволяющих объяснить экспериментально наблюдаемые правила отбора. Таковы законы сохранения барионного заряда (См. Барионный заряд) и лептонного заряда (См. Лептонный заряд), являющиеся точными, т. е. выполняющимися во всех видах взаимодействий, во всех процессах. Кроме точных, в теории элементарных частиц существуют и приближённые С. з., выполняющиеся в одних процессах и нарушающиеся в других. Такие С. з. имеют смысл, если можно точно указать класс процессов и явлений, в которых они выполняются. Примером приближённых С. з. являются законы сохранения странности (См. Странность)(или Гиперзаряда), изотопического спина (см. Изотопическая инвариантность), чётности (См. Чётность). Все эти законы строго выполняются в процессах, протекающих за счёт сильных взаимодействий (См. Сильные взаимодействия) (с характерным временем 10^-23—10^-24 сек), но нарушаются в процессах слабых взаимодействий (См. Слабые взаимодействия) (характерное время которых примерно 10^-10 сек).Электромагнитные взаимодействия нарушают закон сохранения изотопического спина. Т. о., исследования элементарных частиц вновь напомнили о необходимости проверять существующие С. з. в каждой области явлений.

С. з. тесно связаны со свойствами симметрии физических систем. При этом симметрия понимается как инвариантность физических законов относительно некоторых преобразований входящих в них величин (см. Симметрия в физике). Наличие симметрии приводит к тому, что для данной системы существует сохраняющаяся физическая величина (см. Нётер теорема). Т. о., если известны свойства симметрии системы, можно найти для неё законы сохранения, и наоборот.

Как уже было сказано, С. з. механических величин (энергии, импульса, момента) обладают всеобщностью. Это связано с тем, что соответствующие симметрии можно рассматривать как симметрии пространства-времени (мира), в котором движутся материальные тела. Так, сохранение энергии связано с однородностью времени, т. е. с инвариантностью физических законов относительно изменения начала отсчёта времени (сдвигов во времени). Сохранение импульса и момента количества движения связано соответственно с однородностью пространства (инвариантность относительно пространственных сдвигов) и изотропностью пространства (инвариантность относительно вращений пространства). Поэтому проверка механических С. з. есть проверка соответствующих фундаментальных свойств пространства-времени. Долгое время считалось, что, кроме перечисленных элементов симметрии, пространство-время обладает зеркальной симметрией, т. е. инвариантно относительно пространственной инверсии (См. Пространственная инверсия). Тогда должна была бы сохраняться пространственная чётность. Однако в 1957 было экспериментально обнаружено несохранение чётности в слабых взаимодействиях, поставившее вопрос о пересмотре взглядов на глубокие свойства геометрии мира.

В связи с развитием теории тяготения (См. Тяготение) намечается дальнейший пересмотр взглядов на симметрии пространства-времени и фундаментальные С. з. (в частности, законы сохранения энергии и импульса).

М. Б. Менский.

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ - законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени при различных процессах. Важнейшие законы сохранения - законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этих строгих законов сохранения существуют приближенные законы сохранения, которые справедливы лишь для определенного круга процессов; напр., сохранение четности нарушается лишь слабыми взаимодействиями.

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ, наиболее общие физические законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин, характеризующих физическую систему, при определенных условиях не изменяются с течением времени при различных процессах в этой системе. Важнейшие сохранения законы - законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Существование сохранения законов, как правило, связано с наличием в этой системе той или иной симметрии; например, однородность времени приводит к закону сохранения энергии, а однородность пространства приводит к закону сохранения импульса.

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

физич. закономерности, согласно к-рым численные значения нек-рых физ. величин не изменяются со временем в любых процессах или в определ. классе процессов. Полное описание физ. системы возможно лишь в рамках динамич. законов, к-рые детально определяют изменение состояния системы с течением времени. Однако во мн. случаях динамич. закон для данной системы неизвестен или слишком сложен. В такой ситуации С. з. позволяют сделать нек-рые заключения о хар-ре поведения системы. Важнейшими С. з., справедливыми для любых изолированных систем, явл. законы сохранения энергии, импульса, момента кол-ва движения, электрич. заряда. Кроме всеобщих, существуют С. з., справедливые лишь для огранич. классов систем и явлений.

Идея сохранения появилась сначала как чисто философская догадка о наличии неизменного (стабильного) в вечно меняющемся мире. Ещё античные философы-материалисты пришли к понятию материи — неуничтожимой и несотворимой основы всего существующего. С другой стороны, наблюдение пост. изменений в природе приводило к представлению о вечном движении материи как важнейшем её св-ве. С появлением матем. формулировки механики на этой основе появились законы сохранения массы (французский химик А. Лавуазье) и механической энергии (нем. учёный Г. Лейбниц). Затем немецкий учёный Ю. Р. Майер, англ. физик Дж. Джоуль и нем. учёный Г. Гельмгольц экспериментально открыли закон сохранения энергии в немеханич. явлениях. Т. о., к сер. 19 в. оформились законы сохранения массы и энергии, к-рые трактовались как сохранение материи и движения.

В нач. 20 в. оба эти С. з. подверглись коренному пересмотру в связи с появлением спец. теории относительности (см. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ); при описании движений с. большими (сравнимыми со скоростью света) скоростями классическая (ньютоновская) механика была заменена релятивистской механикой. Оказалось, что масса, определяемая по инерционным св-вам тела, зависит от его скорости и, следовательно, характеризует не только кол-во материи, но и её движение. Понятие энергии также подверглось изменению; полная энергия (?) оказалась пропорц. массе (m),?=mc2. Т. о., закон сохранения энергии в спец. теории относительности естеств. образом объединил законы сохранения массы и энергии, существовавшие в классич. механике; по отдельности эти законы не выполняются, т. е. невозможно охарактеризовать кол-во материи, не принимая во внимание её движения и вз-ствий.

Эволюция закона сохранения энергии показывает, что С. з., будучи почерпнутыми из опыта, нуждаются время от времени в эксперим. проверке и уточнении. Нельзя быть уверенным, что с расширением пределов человеческого опыта данный закон или его конкретная формулировка останутся справедливыми. Закон сохранения энергии интересен ещё и тем, что в нём теснейшим образом переплелись физика и философия. Этот закон, всё более уточняясь, постепенно превратился из неопределённого и абстрактного философского высказывания в точную количеств. ф-лу. Другие С. з. возникли сразу в количеств. формулировке. В совр. физике С. з.— необходимая составная часть её рабочего аппарата.

Большую роль С. з. играют в квант. теории, в частности в теории элем. ч-ц. С. з. определяют отбора правила, согласно к-рым реакции с элем. ч-цами, к-рые привели бы к нарушению С. з., не могут осуществляться в природе. В дополнение к перечисленным С. з., имеющимся в физике макроскопич. тел, в теории элем. ч-ц, возникло много специфич. С. з., позволяющих интерпретировать наблюдаемые на опыте правила отбора. Таков, напр., закон сохранения барионного заряда, выполняющийся во всех видах вз-ствий. Существуют и приближённые С. з., выполняющиеся в одних процессах и нарушающиеся в других. Такие С. з. имеют смысл, если можно указать класс процессов, в к-рых они выполняются. Напр., законы сохранения странности, изотопич. спина (см. ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ), чётности строго выполняются в процессах, протекающих за счёт сильного взаимодействия, но нарушаются в процессах слабого взаимодействия. Эл.-магн. вз-ствие нарушает закон сохранения изотопич. спина. Т. о., исследования элем. ч-ц вновь напомнили о необходимости проверять существующие С. з. в каждой области явлений. Так, считавшийся абсолютно строгим закон сохранения барионного заряда на основании теор. аргументов подвергается сомнению. Проводятся сложные эксперименты, имеющие целью обнаружить возможные слабые нарушения этого закона (распад протона).

С. з. тесно связаны со св-вами симметрии физ. систем. При этом симметрия понимается как инвариантность физ. законов относительно нек-рой группы преобразований входящих в них величин. Наличие симметрии приводит к тому, что для данной системы существует сохраняющаяся физ. величина (см. НЁТЕР ТЕОРЕМА). Т. о., если известны св-ва симметрии системы, как правило, можно найти для неё С. з., и наоборот.

Как отмечалось, законы сохранения энергии, импульса, момента обладают всеобщностью. Это связано с тем, что соответствующие симметрии можно рассматривать как симметрии пространства-времени (мира), в к-ром движутся матер. тела. Так, сохранение энергии связано с однородностью времени, т. е. с инвариантностью физ. законов относительно изменения начала отсчёта времени. Сохранение импульса и момента кол-ва движения связано соотв. с однородностью пр-ва (инвариантность относительно пространств. сдвигов) и изотропностью пр-ва (инвариантность относительно вращений пр-ва). Поэтому проверка механич. С. з. есть проверка соответствующих фундам. св-в пространства-времени. Долгое время считалось, что, кроме перечисленных элементов симметрии, пространство-время обладает зеркальной симметрией, т. е. инвариантно относительно пространственной инверсии. Тогда должна была бы сохраняться пространств. чётность. Однако в 1957 было экспериментально обнаружено несохранение чётности в слабом вз-ствии, поставившее вопрос о пересмотре взглядов на глубокие св-ва геометрии мира.

В связи с развитием теории тяготения намечается дальнейший пересмотр взглядов на симметрии пространства-времени и фундам. С. з. (в частности, на законы сохранения энергии и импульса).

СОХРАНЕ́НИЯ ЗАКО́НЫ

см. Сохранения принципы.

сохране́ния зако́ны

законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени в любых процессах или в определенном классе процессов. Важнейшие законы сохранения, справедливые для любых изолированных систем, — законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этих строгих законов сохранения, существуют приближённые законы сохранения, которые справедливы лишь для определенного круга процессов; например, сохранение чётности нарушается лишь в процессах, обусловленных слабым взаимодействием.

* * *

СОХРАНЕ́НИЯ ЗАКО́НЫ, законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени при различных процессах. Важнейшие законы сохранения — законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этих строгих законов сохранения существуют приближенные законы сохранения, которые справедливы лишь для определенного круга процессов; напр., сохранение четности(см. ЧЕТНОСТЬ) нарушается лишь слабыми взаимодействиями(см. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ).

физические законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени в любых процессах и явлениях. Ваяшейшими законами сохранения являются законы: сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда. Существуют также законы сохранения большинства квантовых чисел: спина, странности и др.

фундаментальные физ. законы, согласно к-рым при о предел, условиях нек-рые фиэ. величины не изменяются с течением времени. Для замкнутых систем справедливы след. важнейшие С. з.: закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса, энергии сохранения закон. Для электрической изолир. системы справедлив заряда сохранения закон. См. также Нётер теорема.

законы, согласно к-рым численные значения нек-рых физ. величин не изменяются с течением времени в любых процессах или в определ. классе процессов. Важнейшие С. з., справедливые для любых изолиров. систем,- законы сохранения энергии, импульса, момента кол-ва движения, электрик, заряда. Кроме этих строгих С. з., существуют приближённые С. з., к-рые справедливы лишь для определ. круга процессов; напр., сохранение чётности нарушается лишь в процессах, обусловленных слабым взаимодействием.

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ - законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени при различных процессах. Важнейшие законы сохранения - законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этих строгих законов сохранения существуют приближенные законы сохранения, которые справедливы лишь для определенного круга процессов; напр., сохранение четности нарушается лишь слабыми взаимодействиями.

Большой Энциклопедический словарь. 2000.

Источник: