Säilymislaki

Historia

Pitkään ajateltiin, että nämä lait pätevät maailmankaikkeuden massan ja energian määrään. Myöhemmin Albert Einstein sanoi, että ne eivät olleet täysin totta. Hän sanoi, että massa voi muuttua energiaksi (tai päinvastoin). Jos näin tapahtuisi, se olisi säilymislakien vastaista, koska jos massa muuttuisi energiaksi, massan kokonaismäärä pienenisi ja energian kokonaismäärä kasvaisi.

Einstein sanoi, että säilymislakeja voitaisiin edelleen käyttää, jos kaikki massa ja kaikki energia yhdistettäisiin. Hän sanoi, että vaikka massa tai energia muuttuu, summa ei muutu, kun ne lasketaan yhteen. Nyt on siis olemassa vain yksi säilymislaki massalle ja energialle yhdessä.

Ongelmat

Massa mitataan tietenkin kilogrammoina ja energia jouleina. Niitä ei voi suoraan laskea yhteen, mutta Einstein keksi keinon laskea ne yhteen. Hän loi yhtälön E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} . Tämä yhtälö tarkoittaa sitä, että ennen kuin massan määrä lisätään energian määrään, massa on ensin kerrottava valon nopeudella ja sitten uudelleen valon nopeudella.

Käyttötarkoitus

Joitakin asioita, joiden ajatellaan säilyvän, ovat:

• momentum
• massa ja energia yhteenlaskettuna
• Energian säilyminen
• Massan säilyminen
• kulmamomentti
• maksu

Säilymislait auttavat ihmisiä fysiikan ongelmien ratkaisemisessa. Tämä johtuu siitä, että jos he tietävät, että jokin asia säilyy, he saavat enemmän matemaattista tietoa siitä asiasta, jota he käsittelevät.

Emmy Noether osoitti, että säilymislakien voidaan sanoa johtuvan fysiikan lakien symmetrioista. Tämä teoreema, jota kutsutaan Noetherin teoreemaksi, antaa fyysikoille erittäin tehokkaan välineen monimutkaisten ongelmien ratkaisemiseen.

Esimerkiksi:

• Koska absoluuttista sijaintia ei ole olemassa, vaan ainoastaan suhteellinen sijainti, suljetun systeemin kokonaisimpulssi säilyy.
• Koska absoluuttista aikaa ei ole olemassa, vaan ainoastaan suhteellista aikaa, suljetun systeemin kokonaisenergia säilyy.
• Koska avaruudessa ei ole absoluuttista orientaatiota tai ensisijaista suuntaa, vaan ainoastaan suhteellinen orientaatio, suljetun systeemin kokonaiskiertomomentti säilyy.
• On olemassa kehittyneempiä symmetrioita, kuten paikallinen mittainvarianssi, jotka johtavat varauksen säilymiseen.

Säilymislakien tyypit

Säilymislakeja voi olla kahdenlaisia, globaaleja ja paikallisia.

Maailmanlaajuinen suojelu

Globaalin säilymislain mukaan jonkin asian kokonaismäärä maailmankaikkeudessa ei muutu ajassa.

Paikallinen suojelu

Paikallinen luonnonsuojelulaki sanoo hieman enemmän. Siinä sanotaan, että jos jonkin aineen määrä muuttuu jossakin paikassa, se johtuu siitä, että se on siirtynyt kyseiseen paikkaan tai sieltä pois, ja voimme mitata tämän liikkeen.