Законы сохранения

В дальнейшем, вплоть до создания физики микромира, закон сохранения массы считался истинным и очевидным. Лавуазье в "Начальном учебнике химии" (1789), приводит точную количественную формулировку закона сохранения массы вещества, однако не объявляет его каким-то новым и важным законом, а просто упоминает мимоходом как о хорошо известном и давно установленном факте. Для химических реакций Лавуазье сформулировал закон так: «Масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции». 
Как выяснилось, в общефизическом смысле закон сохранения массы, строго говоря, неверен. Ведь, например, электрон и позитрон, каждый из которых обладает массой, могут аннигилировать в фотоны, не имеющие массы покоя. Другой пример: масса дейтрона, состоящего из одного протона и одного нейтрона, не равна сумме масс своих составляющих, поскольку следует учесть энергию взаимодействия частиц. Третий пример: при термоядерных реакциях, происходящих внутри Солнца, масса водорода не равна массе получившегося из него гелия.

Таким образом, закон  сохранения массы в физике работает с известными оговорками, а на самом  деле является ограниченным и частным случаем закона сохранения энергии, с учётом известного соотношения для энергии массы покоя частиц: E=mc².

1.6. Закон сохранения электрического заряда.

О том, что электрические  заряды в природе существуют, человечество знало со времен древнегреческих  натурфилософов, которые открыли, что кусочки янтаря, если их потереть кошачьей шерстью, начинают отталкиваться друг от друга. Сегодня мы знаем, что электрический заряд, подобно массе, является одним из фундаментальных свойств материи. Все без исключения элементарные частицы, из которых состоит материальная Вселенная, имеют тот или иной электрический заряд — положительный (подобно протонам в составе атомного ядра), нейтральный (подобно нейтронам того же ядра) или отрицательный (подобно электронам, образующим внешнюю оболочку атомного ядра и обеспечивающим его электрическую нейтральность в целом).

Одним из полезнейших  приемов в физике является выявление  совокупных (суммарных) свойств системы, которые не изменяются ни при каких  изменениях ее состояния. Такие свойства, выражаясь научным языком, являются консервативными, поскольку для них выполняются законы сохранения. Любой закон сохранения сводится к констатации того факта, что в замкнутой (в смысле полного отсутствия «утечки» или «поступления» соответствующей физической величины) консервативной системе соответствующая величина, характеризующая систему в целом, со временем не изменяется.

Электрический заряд  как раз и относится к категории  консервативных характеристик замкнутых  систем. Алгебраическая сумма положительных и отрицательных электрических зарядов — чистый суммарный заряд системы — не изменяется ни при каких обстоятельствах, какие бы процессы в системе ни происходили. В частности, при химических реакциях, отрицательно заряженные валентные электроны могут каким угодно образом перераспределяться между внешними оболочками образующих химические связи атомов различных веществ — ни совокупный отрицательный заряд электронов, ни совокупный положительный заряд протонов в ядре в замкнутой химической системе не изменится. И это лишь самый простой пример, поскольку при химических реакциях не происходит трансмутаций самих протонов и электронов, в результате чего число положительных и отрицательных зарядов в системе можно просто подсчитать.

При более высоких  энергиях, однако, электрически заряженные элементарные частицы начинают вступать во взаимодействия друг с другом, и проследить за соблюдением закона сохранения электрического заряда становится значительно сложнее, однако он выполняется и в этом случае. Например, при реакции спонтанного распада изолированного нейтрона происходит процесс, который можно описать следующей формулой:

n → p + e + v,  где p — положительно заряженный протон, n — нейтрально заряженный нейтрон, e — отрицательно заряженный электрон, а v — нейтральная частица, называемая нейтрино. В исходном материале, и в продукте реакции суммарный электрический заряд равен нулю (0 = (+1) + (–1) + 0), однако в этом случае налицо изменение общего числа положительно и отрицательно заряженных частиц в системе. Это — одна из реакций радиоактивного распада, в которых закон сохранения алгебраической суммы электрических зарядов выполняется, несмотря на образование новых заряженных частиц. Такие процессы характерны для взаимодействий между элементарными частицами, при которых из частиц с одними электрическими зарядами рождаются частицы с другими электрическими зарядами. Суммарный электрический заряд замкнутой системы, в любом случае, остается неизменным.

Заключение.

Законы сохранения являются отправной точкой основания физических теорий. Они являются основой важнейших расчетов физике и ее технических приложениях, часто позволяют предсказывать явления при исследовании разнообразных физико-химических систем и процессов. С законами сохранения связано введение в современную физику идей, имеющих принципиальное значение. В законах сохранения находят свое отображение важнейший диалектико-материалистический принцип сохранности материи и движения, взаимосвязь между различными формами движущейся материи и специфика превращения одной формы движения в другую. Законы сохранения тесно связаны со свойствами симметрии физических систем. При этом симметрия понимается как инвариантность физических законов относительно некоторых преобразований входящих в них величин . Наличие симметрии приводит к тому, что для данной системы существует сохраняющаяся физическая величина. Если известны свойства симметрии системы, можно найти для неё законы сохранения, и наоборот.

 Научное значение  законов сохранения показывается на фоне исторического развития общей идеи сохранения. Открытие и обобщение законов сохранения происходило вместе с развитием всей физики.

Библиография.

1. Бабушкин, А.Н. Современные концепции естествознания[текст]: лекции по курсу. / А.Н. Бабушкин. - Санкт-Петербург: ЛАНЬ, 2002. – 221 с

2. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания [текст]: учеб. пособие/ Ф.М. Дягилев. - М.: ИМП, 1998.- 192 с.

3. Новоженов В.А. Концепции современного естествознания[текст]: учеб. пособие/В.А. Новоженов.- Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 2001.- 474 с.

4. http://bse.sci-lib.com/

5. http://dic.academic.ru