保存則

歴史

長い間、人々は宇宙の質量とエネルギーの量について、これらの法則が正しいと信じていました。その後、アインシュタインが、この法則は完全には正しくない、と言いました。アインシュタインは、質量がエネルギーに変わる可能性があると言いました（その逆もあり得ます）。質量がエネルギーに変われば、質量の総量は減り、エネルギーの総量は増えるからです。

アインシュタインは、すべての質量とすべてのエネルギーを合わせても保存則は使えると言った。質量が変わっても、エネルギーが変わっても、それらを足したときの総和は変わらないというのです。だから、今は質量とエネルギーを合わせた保存則が1つだけあるんです。

問題点

もちろん、質量はキログラム単位、エネルギーはジュール単位で測ります。この2つを直接足すことはできないが、アインシュタインは足し算の方法を発見した。彼はE = m c 2 { {displaystyle E=mc^{2}} という方程式を作りました。.この方程式は、エネルギー量に質量量を加える前に、質量に光速を掛け、さらに光速を掛けなければならないことを意味している。

目的

保存されていると思われるものには、次のようなものがあります。

• モメンタム
• 質量とエネルギーの足し算
• エネルギーの保存
• 質量保存
• 角運動量
• 罪状

保存則は、物理の問題を解くときに役に立ちます。なぜなら、あるものが保存されていることがわかれば、問題を解くときにそのものについての数学的情報がより多く得られるからです。

エミー・ノエーテルは、保存則が物理法則の対称性から生じると言えることを示した。ノイエルの定理と呼ばれるこの定理は、物理学者に複雑な問題を解決しようとする非常に強力な手段を与えている。

例えば、こんな感じです。

• 絶対位置はなく、相対位置のみなので、閉じた系の全運動量が保存されることを得ることができる。
• 絶対時間はなく、相対時間しかないので、閉じた系の全エネルギーが保存されることを得ることができる。
• 空間には絶対的な向きや好ましい方向はなく、相対的な向きがあるだけなので、閉じた系の全角運動量は保存されると得ることができる。
• 電荷の保存をもたらす局所的なゲージ不変性など、より洗練された対称性がある。

保存則の種類

保存則には、大域的なものと局所的なものの2種類があります。

地球環境保全

地球保存則は、宇宙の中の何かの総量が時間の経過とともに変化しないことを述べているだけです。

地域保全

地域保全法では、それよりももう少し踏み込んだことを言います。それは、ある場所で何かの量が変化した場合、それはその場所に移動したり、その場所から移動したりしたからであり、その移動を測定することができると言っています。