守恒定律

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守恒定律

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在物理学中,守恒定律指出孤立物理系统的特定可测量属性不会随着系统随时间的演化而改变。 精确的守恒定律包括能量守恒、线动量守恒、角动量守恒和电荷守恒。 还有许多近似的守恒定律,适用于质量、宇称、轻子数、重子数、奇异性、超荷等量。这些量在某些物理过程中是守恒的,但不是在所有物理过程中都是守恒的。

局部守恒定律通常在数学上表示为连续性方程,这是一个偏微分方程,它给出了量的大小和该量的输运之间的关系。 它指出在一个点或一个体积内的守恒量的量只能随着流入或流出该体积的量的量而变化。

根据诺特定理,每个守恒定律都与基础物理学中的对称性相关联。

守恒律作为自然界的基本法则

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守恒定律是我们理解物理世界的基础,因为它们描述了自然界中哪些过程可以发生或不能发生。 例如,能量守恒定律指出,孤立系统中的能量总量不会改变,尽管它可能会改变形式。 一般而言,受该定律管辖的财产总量在物理过程中保持不变。 关于经典物理学,守恒定律包括能量守恒、质量(或物质)守恒、线动量守恒、角动量守恒和电荷守恒。 关于粒子物理学,粒子只能成对产生或毁灭,其中一个是普通粒子,另一个是反粒子。 关于对称性和不变性原理,已经描述了三个特殊的守恒定律,它们与空间、时间和电荷的反转或反转有关。

守恒定律被认为是自然界的基本法则,在物理学以及化学、生物学、地质学和工程学等其他领域有着广泛的应用。

大多数守恒定律在适用于所有可能过程的意义上是精确的或xxx的。 一些守恒定律是部分的,因为它们适用于某些过程但不适用于其他过程。

关于守恒定律的一个特别重要的结果是诺特定理,该定理指出它们中的每一个与自然界的可微对称性之间存在一对一的对应关系。 例如,能量守恒源于物理系统的时间不变性,而角动量守恒源于物理系统无论在空间中如何定向都表现相同的事实。

确切的法律

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由于对称性而被称为精确定律的物理守恒方程的部分列表,或者更准确地说,从未被证明被违反:

近似定律

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也有近似的守恒定律。 这些在特定情况下大致是正确的,例如低速、短时间尺度或某些交互。

  • 宏观机械能守恒
  • 质量守恒(对于非相对论速度近似成立)
  • 重子数守恒(见手性反常和sphaleron)
  • 轻子数守恒(在标准模型中)
  • 风味守恒(弱相互作用违反)
  • 奇异守恒(弱相互作用违反)
  • 空间宇称守恒(弱相互作用违反)
  • 电荷宇称守恒(弱相互作用违反)
  • 时间宇称守恒(弱相互作用违反)
  • CP 宇称守恒(弱相互作用违反); 在标准模型中,这相当于时间宇称守恒。

守恒定律

也有看似近似的守恒定律,但这只是因为忽略了微观细节。 例如,机械能守恒通常被认为是不精确的,因为摩擦力等力似乎会将机械能转化为其他形式。 然而,仔细观察摩擦会发现只涉及保守力(电磁力),摩擦产生的热能实际上是机械性质的(以动能和势能的形式)。 以这种方式,人们认识到,定义为动能和势能总和的机械能实际上在所有情况下都是完全守恒的。 只有宏观能量不是。

全球和地方保护法

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如果等量出现在一个点 A 并同时从另一个单独的点 B 消失,则宇宙中某些守恒量的总量可以保持不变。

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词条目录
  1. 守恒定律
  2. 守恒律作为自然界的基本法则
  3. 确切的法律
  4. 近似定律
  5. 全球和地方保护法

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