Пространство и время. Постулаты времени. Принципы относительности( классический и релятивистский) и эквивалентности. Свойства пространст

    5.Законы  сохранения.

    Законы  сохранения оказались столь универсальными, что после надлежащего обобщения  стали применяться не только в  классической механике, но и в теории относительности и даже в квантовой  физике.

    Причины этой универсальности были неясны до тех пор, пока не установили их связь со свойствами симметрии пространства и времени.

    Впервые на существование такой связи  в 1904 г. указал Г. Гамель, однако его  работа в течение многих лет оставалась практически неизвестной. В более  общем виде природа законов сохранения была вскрыта в 1918 г. немецким математиком Эмми Нётер(1882-1935). Согласно теореме Нётер, каждому непрерывному преобразованию симметрии физических законов соответствует сохранение определённой динамической величины. Наиболее важными примерами подобных преобразований являются параллельный перенос в пространстве (трансляция), сдвиг во времени и поворот в пространстве. Первое из этих преобразований является преобразованием симметрии вследствие однородности пространства, второе — вследствие однородности времени, а третье — вследствие изотропии.

    1. Симметрии законов физики по  отношению к параллельному переносу  в пространстве соответствует  сохранение импульса изолированной  системы.

    В рамках представлений ньютоновской механики это объясняется тем, что при параллельном переносе изолированной системы как целого из одного места в другое никаких изменений в характере взаимодействий частиц системы произойти не должно (все места в однородном пространстве физически эквивалентны). Следовательно, при параллельном переносе потенциальная энергия системы останется неизменной. А если так, то работа действующих в системе сил, совершаемая при рассматриваемом перемещении, будет равна нулю. Но при произвольном перемещении такое возможно, лишь когда эти силы в сумме дают нуль. Последнее является условием сохранения импульса.

    2. Симметрии законов физики по  отношению к сдвигу во времени  соответствует сохранение полной  механической энергии изолированной  потенциальной системы.

    Действительно, в результате сдвига во времени свойства изолированной системы должны оставаться неизменными (все моменты времени физически эквивалентны). Поэтому потенциальная энергия взаимодействия частиц системы не должна зависеть от времени. Её изменение Л£п может быть обусловлено лишь перемещениями частиц внутри системы. Однако в таком случае оно будет совпадать с совершаемой работой, взятой с обратным знаком (по теореме о потенциальной энергии). Сама же эта работа равна изменению кинетической энергии системы ЛЕк (по теореме о кинетической энергии). Таким образом, ЛЕк=-Л£п, откуда А(Ек+Ец)=0 и, следовательно, EK-Eu=comt.

    3. Симметрии законов физики по  отношению к пространственным  вращениям соответствует сохранение  момента импульса изолированной  системы.

    В самом деле, повернув изолированную  систему на некоторый угол, мы не обнаружим в её свойствах никаких изменений (все направления в изотропном пространстве физически эквивалентны). Значит, изменение её потенциальной энергии и, следовательно, работа сил, действующих в системе, окажутся равными нулю. Но работа сил А, совершаемая при повороте, определяется произведением угла поворота на суммарный момент сил М~*. Поскольку А=0, то, следовательно, и М~*=0. Последнее является условием сохранения момента импульса.

    Итак, мы рассмотрели три фундаментальных  закона — закон сохранения импульса, закон сохранения энергии и закон сохранения момента импульса. Однако ими не исчерпываются законы сохранения, существующие в природе. Особенно ими богата физика элементарных частиц, имеющая в своём распоряжении законы сохранения чётности, странности и даже очарования. В данной области физики подобные законы часто являются основными источниками информации о свойствах изучаемых объектов. Поэтому поиски симметрии, из которой они вытекают, являются важнейшей задачей современной физики. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Заключение.

    Проблема  времени и пространства всегда интересовала человека не только в рациональном, но и на эмоциональном уровне. Люди не только сожалеют о прошлом, но и  боятся будущего, не в последнюю  очередь потому, что неотвратимый поток времени влечет к их смерти. Человечество в лице своих выдающихся деятелей на протяжении всей своей сознательной истории задумалось над проблемами пространства и времени, немногим из них удалось создать свои теории, описывающие данные фундаментальные атрибуты бытия. Пространство и время лежат в основе нашей картины мира.

    Прошлый век - век бурного развития науки  был наиболее плодотворным в плане  познания времени и пространства. Появление в начале века сначала  специальной, а потом и общей  теории относительности заложило основу современного научного представления о мире, многие положения теории были подтверждены опытными данными. Тем не менее, как показывает, в том числе и эта работа, вопрос познания пространства и времени, их природы, взаимосвязи и даже наличия во многом остается открытым. Представляется уместным привести высказывание основоположника современного представления о пространстве и времени А. Эйнштейна, - "пространство и время являются способом, которым мы мыслим, а не условиями, в которых мы живем", в котором во многом отразилась противоречивость и нерешенность проблемы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Литература

1. Аруцев А. А., Ермолаев Б. В., Кутателадзе И. О., Слуцкий М. С. Учебное пособие. Концепции современного естествознания.

2. Кунафин М.С. Учебное пособие .Концепции современного естествознания. 2003 г.