Legge di conservazione

Storia

Per molto tempo si è pensato che queste leggi fossero vere per la quantità di massa e di energia nell'universo. Più tardi, Albert Einstein disse che non erano completamente vere. Disse che la massa poteva trasformarsi in energia (o il contrario). Se questo accadesse, sarebbe contro le leggi di conservazione perché se la massa si trasforma in energia, la quantità totale di massa diminuisce e la quantità totale di energia aumenta.

Einstein disse che le leggi di conservazione potevano ancora essere utilizzate se tutta la massa e tutta l'energia erano combinate. Disse che anche se la massa cambia o l'energia cambia, la somma quando vengono sommate non cambia. Così ora c'è solo una legge di conservazione per la massa e l'energia insieme.

Problemi

Naturalmente, la massa si misura in chilogrammi e l'energia si misura in joule. Non possono essere sommati direttamente, ma Einstein ha trovato un modo per sommarli. Ha creato l'equazione E = m c 2 {displaystyle E=mc^{2}} . Questa equazione significa che prima di aggiungere la quantità di massa alla quantità di energia, la massa deve essere moltiplicata per la velocità della luce e poi ancora per la velocità della luce.

Scopo

Alcune delle cose che si pensa si conservino sono:

• slancio
• massa ed energia sommate insieme
• Conservazione dell'energia
• Conservazione della massa
• momento angolare
• carica

Le leggi di conservazione sono utili per le persone quando fanno problemi in fisica. Questo perché se sanno che una cosa è conservata, questo dà loro più informazioni matematiche sulla cosa su cui stanno facendo il problema.

Emmy Noether ha dimostrato che le leggi di conservazione possono essere dette derivare da simmetrie nelle leggi della fisica. Questo teorema, chiamato teorema di Noether, dà ai fisici uno strumento estremamente potente per cercare di risolvere problemi complicati.

Per esempio:

• Poiché non esiste una posizione assoluta, ma solo una posizione relativa, possiamo ottenere che la quantità di moto totale di un sistema chiuso si conserva.
• Poiché non esiste un tempo assoluto, ma solo un tempo relativo, possiamo ottenere che l'energia totale di un sistema chiuso si conserva.
• Poiché non esiste un orientamento assoluto o una direzione preferita nello spazio, ma solo un orientamento relativo, possiamo ottenere che il momento angolare totale di un sistema chiuso si conserva.
• Ci sono simmetrie più sofisticate, come l'invarianza di gauge locale che portano alla conservazione della carica.

Tipi di leggi di conservazione

Le leggi di conservazione possono essere di due tipi: globali o locali.

Conservazione globale

Una legge di conservazione globale dice solo che la quantità totale di qualcosa nell'universo non cambia nel tempo.

Conservazione locale

Una legge di conservazione locale dice un po' più di questo. Dice che se la quantità di qualcosa è cambiata in un posto, è perché si è spostata dentro o fuori quel posto, e possiamo misurare questo movimento.