Каково философское значение законов сохранения кратко

Обновлено: 04.07.2024

Зако́ны сохране́ния — фундаментальные физические законы, согласно которым при определённых условиях некоторые измеримые физические величины, характеризующие замкнутую физическую систему, не изменяются с течением времени. Являются наиболее общими законами в любой физической теории. Имеют большое эвристическое значение.

Симметрия в физике
Преобразование	Соответствующая инвариантность	Соответствующий закон сохранения
⭥Трансляции времени	Однородность времени	…энергии
⊠ C, P, CP и T-симметрии	Изотропность времени	…чётности
⭤ Трансляции пространства	Однородность пространства	…импульса
↺ Вращения пространства	Изотропность пространства	…момента импульса
⇆ Группа Лоренца (бусты)	Относительность Лоренц-ковариантность	…движения центра масс
~ Калибровочное преобразование	Калибровочная инвариантность	…заряда

Некоторые из законов сохранения выполняются всегда и при всех условиях или, во всяком случае, никогда не наблюдались процессы, противоречащие этим законам. Другие законы являются лишь приближёнными и выполняющимися при определённых условиях.

Теоретически не подтвержденные:

Законы сохранения связаны с симметриями физических систем (теорема Нётер). Так, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса являются следствиями пространственно-временных симметрий (соответственно: однородности времени, однородности и изотропности пространства). При этом перечисленные свойства пространства и времени в аналитической механике принято понимать как инвариантность лагранжиана относительно изменения начала отсчета времени, переноса начала координат системы и вращения её координатных осей.

Философские предпосылки к открытию закона были заложены ещё античными философами, в частности Парменидом [1] .

. Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает [4] М. В. Ломоносов

С точки зрения диалектического материализма, законы сохранения показывают неуничтожимость и несотворимость движущейся материи со всеми её свойствами в процессах её перехода из одной формы в другую. Движение материи вечно и лишь переходит из одной формы в другую [5] [6]

Законы сохранения – физические закономерности, согласно которым при определенных условиях некоторые физические величины, характеризующие замкнутую систему, не изменяются с течением времени. Идея сохраения появилась сначала как истинно философская догадка, о наличии неизменного, стабильного в вечно меняющемся мире. Еще античные философы-материалисты пришли к понятию материи – неуничтожимой и несотворимой основы всего сущего.

Содержание

Законы сохранения в классической физике 3
1. Масса и закон ее сохранения 3
2. Закон сохранения и превращения энергии как одна из форм выражения неуничтожимости движения 10
3. Законы сохранения импульса и момента количества движения 17
4. Закон взаимосвязи массы и энергии - дальнейшая естественнонаучная конкретизация положения о неуничтожимости материи и движения 19
Список литературы 24

Работа состоит из 1 файл

философия реферат.docx

Такое определение энергии заставляет находить конкретные формы ее проявления в различных элементах системы, т. е. стимулирует конкретные физические исследования: "Всякий процесс, происходящий в природе, можно рассматривать как превращение отдельных видов энергии друг в друга".

Уточняя понятие внутренних действий в системе, М. Планк подчеркивает условный характер различия "внутренних" и "внешних" факторов. Оно зависит от границ системы. Абсолютно точное выражение сохранения энергии справедливо, строго говоря, по отношению ко всей Вселенной. Однако практически часто внешние воздействия на систему настолько малы, что от них можно отвлечься. Значительно позже Эддингтон сформулировал эту мысль в виде принципа сходимости: сохранение энергии приближенно осуществляется во всякой приближенно изолированной системе. При этом по мере бесконечного приближения к идеальной изоляции растет точность утверждения о сохранении энергии в системе: расширяя рассматриваемую систему, мы получаем сходящийся ряд.

М. Планк, анализируя работу Майера, приводит из нее отрывок: "Всякая причина в природе переходит в свойственное ей действие, и наоборот, в действии не содержится ничего, чего бы не было в какой-либо форме в причине. Поэтому все изменения, происходящие в природе, состоят не в создании, а только в превращении сил в определенных, постоянных отношениях мер; таким образом, разнообразные силы в определенных отношениях эквивалентны друг другу, стало быть, они все могут быть измерены общей мерой, и сумма всех сил, существующих в природе, выраженная в этой общей мере, остается постоянной во времени". По этому поводу Планк писал: "Этот вывод несколько соблазнителен, ибо закон причины и действия составляет исходный постулат всего нашего познания природы. Но очарование, которое производит на нас майеровская дедукция, очень значительно потеряло бы в силе, если бы интенсивность закона не была уже известна нам из других оснований и если бы благодаря многолетней практике мы не привыкли к тем мыслям, которые он высказывает. Это превосходное объяснение принципа сохранения a posteriori, но никак не доказательство его. Само же значение термина "aequat" слишком неопределенно: если бы действительная причина была равна действию, то в природе вообще не происходило бы никакого изменения.

Первой действительно физической дедукцией принципа энергии была дедукция Гельмгольца. Она основана на механическом миропонимании".

Физические рассуждения и выводы Планка тесно переплетены с общефилософскими утверждениями. Так, он видит в принципе сохранения энергии не только констатацию неизменности суммарной энергии системы (отрицательное и количественное утверждение), но и указание на необходимость изменений, перехода энергии из одной формы в другую (положительная, качественная сторона), ибо одно уравнение постоянства полной энергии можно разложить на несколько уравнений, описывающих изменение энергии в частях системы, т. е. таким образом можно описывать временный ход изменений в системе.

Кроме того, Планк, в отличие, например, от Гельмгольца, не был сторонником универсального механического описания всех явлений природы и утверждал, что этот механический принцип никоим образом не вытекает из закона сохранения энергии, зато последний должен быть исходным принципом физики.

Наиболее полное раскрытие философского смысла закона сохранения и превращения энергии и некоторых его физических аспектов было осуществлено Ф. Энгельсом. Он считал этот закон великим основным законом движения и указывал, что "единство всего движения в природе теперь уже не просто философское утверждение, а естественнонаучный факт".

Это было наряду с открытием клетки и эволюционной теорией Дарвина одним из трех великих открытий XIX в., которые послужили естественнонаучным основанием диалектического материализма. Ф. Энгельс говорил, что благодаря этим открытиям к 50-м годам XIX в. "эмпирическое естествознание достигло такого подъема и добилось столь блестящих результатов, что не только стало возможным полное преодоление механической односторонности XVIII века, но и само естествознание благодаря выявлению существующих в самой природе связей между различными областями исследования (механикой, физикой, химией, биологией и т. д.) превратилось из эмпирической науки в теоретическую, становясь при обобщении полученных результатов системой материалистического познания природы".

Движение как таковое, указывал Ф. Энгельс, как существенное проявление, как форма существования материи неуничтожимо, как и сама материя. Материя не может существовать иначе, как в движении, т. е. в непрерывном процессе изменения своего состояния. Поскольку движение - форма существования материи, а последняя может принимать различные виды, существуют также и многообразные виды движения, способные переходить друг в друга. При этом общая сумма движения в пределах данной изолированной области не может изменяться, а превращение одного вида движения в другой совершается в строгом количественном отношении. Это означает, что существует определенная мера движения - количественная его характеристика, общая для всех форм его проявления. Такой фундаментальной характеристикой движения Ф. Энгельс справедливо считает энергию.

Дальнейшее развитие науки показало, что мера движения имеет более сложную природу и включает в себя как энергию, так и импульс, которые часто проявляются как независимые характеристики отдельных форм движения и процессов перехода от одних форм к другим (например, электромагнитное поле обладает импульсом). Однако исторически ограниченные физические представления Ф. Энгельса не столь существенны, как основная его мысль о фундаментальной роли понятия энергии для всей физики.

Это тем более замечательно, что в то время многие физики еще не имели достаточной четкости в понимании роли энергии (чаще употреблялось вносившее путаницу понятие "сила"), а сам закон сохранения и превращения энергии рассматривали лишь с его количественной стороны, подчеркивая только факт сохранения. Ф. Энгельс справедливо считал наиболее существенной стороной великого закона его положительное выражение "в виде закона превращения энергии, где впервые вступает в свои права качественное содержание процесса и стирается последнее воспоминание о внемировом творце".

В основе философского осмысления Ф. Энгельсом значения закона сохранения энергии лежала диалектико-материалистическая концепция неуничтожимости движения как атрибута материи. По своей сущности и форме его интерпретация является более глубокой, нежели тогдашняя естественнонаучная формулировка этого закона.

Законы сохранения импульса и момента количества движения

В классической механике, кроме скалярного интеграла движения - энергии, возможны два векторных: импульс и момент количества движения. Импульс, или количество движения Р, есть произведение массы т на скорость тела и; импульс системы материальных точек равен сумме их импульсов; момент количества движения определяется как

где r - радиус-вектор точки; Р - ее импульс.

Закон сохранения импульса (или какой-либо его проекции) справедлив для изолированной системы (или при наличии направления, в котором слагающая поля равна нулю). Так, при движении заряженной частицы в однородном электрическом поле будут сохраняться две проекции ее импульса в плоскости, перпендикулярной полю.

Закон сохранения момента количества движения справедлив для изолированной системы или для системы в поле центральной силы (т. е. если момент сил, действующих на систему, равен нулю).

История открытия этих законов механики и развития соответствующих им понятий, как и история закона сохранения и превращения энергии, неразрывно связана с развитием материально-технической вооруженности человеческого общества и общего уровня естественнонаучных знаний. Однако оба они имеют более ограниченную сферу макроскопического проявления, чем закон сохранения энергии, и поэтому представление об их всеобщности стало возможным лишь с развитием электродинамики, кинетической теории и статистической физики, теории относительности и, наконец, квантовой механики.

Теория относительности показала, что как энергия, так и импульс суть проявления единой четырехмерной меры движения, которой является четырехмерный вектор энергии-импульса. Она же окончательно установила необходимость понятия импульса в применении к электромагнитному полю, хотя и раньше это вытекало как из теории Максвелла, так и из опытов Лебедева со световым давлением.

Наиболее ранним проявлением закона сохранения момента количества движения в статическом смысле можно считать "золотое правило механики" древних. Кеплеровский закон площадей есть уже закон сохранения момента количества движения как динамической величины. В аналитической механике Лагранжа нашли свое законченное механическое выражение оба векторных закона сохранения.

Распространение понятия момента количества движения на немеханические формы движения стало возможным лишь с возникновением понятия спина элементарной частицы и применением его в квантовой механике.

Применение понятия момента количества движения в статистической физике к атому дало возможность объяснить поведение теплоемкости двух- и многоатомных газов.

Чем же объясняется столь существенное значение, которое имеют именно перечисленные интегралы движения механики? Действительно, у механической системы с "-степенями свободы всегда имеется 2n-1 интегралов движения. Однако не все из них равнозначны. Среди них имеются величины, которые обладают тем свойством, что их сумма по всем свободно движущимся телам, как до их взаимодействия, так и после, одна и та же и не зависит от конкретной природы имевшего место взаимодействия.

Таких независимых интегралов всего семь: это и есть энергия, три компоненты импульса и три компоненты момента.

В статистической физике основным понятием является функция распределения, показывающая, как распределены частицы по возможным состояниям. Теорема Лиувилля требует, чтобы она выражалась через интегралы движения. Причем в силу мультипликативности функций распределения (ρ_AB=ρ_A*ρ_B, A и B - отдельные системы, АВ - система из А и В) ее логарифм должен быть аддитивным интегралом движения. Таким образом, оказывается возможным полное статистическое описание с помощью одних лишь аддитивных механических инвариантов, "заменяющих собой то невообразимое множество данных (начальных условий), которое требовалось бы при механическом подходе".

Дальнейшее развитие теории механических интегралов движения в терминах скобок Пуассона в известном смысле подготовило переход к квантовой механике.

Закон взаимосвязи массы и энергии - дальнейшая естественнонаучная конкретизация положения о неуничтожимости материи и движения

В начале XX в. фундаментальными основами физики и всего естествознания являлись два самостоятельных закона сохранения: массы и энергии. Домарксовые материалисты отождествляли массу с материей, а энергию с движением. Это не соответствует действительности, но сохранение массы в какой-то мере отражало неуничтожимость и несотворимость материи, а сохранение энергии - вечность движения. Раздельное существование этих законов сохранения недостаточно адекватно отражало единство и неразрывность материи и движения. Диалектический материализм, рассматривая материю и движение в неразрывном единстве, тем самым отвергал метафизический отрыв их друг от друга, имевший место в естествознании, предсказывал существование неизвестной закономерности, более правильно отражающей объективные процессы в природе. Открытый А. Эйнштейном закон взаимосвязи массы и энергии

явился одним из конкретных выражений этого единства, стал новым естественнонаучным подтверждением диалектического материализма. Хорошо известно, что эта связь массы и энергии является основой современной ядерной энергетики, открывает новую страницу в истории развития человеческих знаний о природе и ее законах. Установление взаимосвязи между массой и энергией привело к расширению содержания понятий как массы, так и энергии, к превращению их в более общие понятия, включающие в себя старые в виде предельного случая. Опытные факты, систематизированные и объясненные специальной теорией относительности, показывали, что масса m_v зависит от скорости движения тела по закону:

где m₀ - масса покоя, измеряемая в системе координат, связанной с движущимся как единое целое объектом. Массе покоя соответствует энергия покоящегося тела:

полная же энергия имеет характерную зависимость от скорости:

Если это выражение разложить в ряд, считая v/c + + e - в γ-кванты, фотоны) и рождения пар.

В случае малых скоростей, как мы это уже видели, получаем выражение для массы

где Т - кинетическая энергия, то

До Эйнштейна второе слагаемое не учитывалось вовсе, так как не знали таких явлений, в которых эта добавка проявляла бы себя заметным образом (из-за огромной величины квадрата скорости света в вакууме, на которую делится кинетическая энергия). Понятие массы было, по существу, статическим. Теперь оказалось, что это динамическая величина, зависящая от скорости движения, и лишь при скоростях, малых по сравнению со скоростью света, масса практически сводится к величине статической - к массе покоя m₀.

Таким образом, дальнейшее развитие наших знаний о природе привело как к развитию основных понятий физики (масса и энергия), так и к синтезу двух отдельных законов сохранения (массы и энергии) в новый, единый закон сохранения, который может быть выражен в терминах: либо закон сохранения полной массы изолированной системы (массы в новом смысле), либо закон сохранения полной энергии ускоренной системы (энергии в новом смысле). Тем самым был нанесен еще один удар метафизическому взгляду на закономерности природы, требовавшему резкого разграничения и наличия непроходимой пропасти между материей и движением, а следовательно, и их характеристиками - массой и энергией.

Философская Энциклопедия. В 5-х т. — М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Ф. В. Константинова . 1960—1970 .

Смотреть что такое СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ в других словарях:

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

физические закономерности, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в о. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ, физ. закономерности, согласно которым численные значения нек-рых физ. величин не изменяются со временем в любых процессах или в оп. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

физич. закономерности, согласно к-рым численные значения нек-рых физ. величин не изменяются со временем в любых процессах или в определ. классе. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

Сохране́ния зако́ны в аэро- и гидродинамике фундаментальные законы механики, сформулированные для движущейся сплошной среды и выражающие собой законы. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

Сохранения законы в аэро- и гидродинамике — фундаментальные законы механики, сформулированные для движущейся сплошной среды и выражающие собой закон. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ, наиболее общие физические законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин, характеризующих физическую систему, при определенных условиях не изменяются с течением времени при различных процессах в этой системе. Важнейшие сохранения законы - законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Существование сохранения законов, как правило, связано с наличием в этой системе той или иной симметрии; например, однородность времени приводит к закону сохранения энергии, а однородность пространства приводит к закону сохранения импульса.
. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

законы, согласно к-рым численные значения нек-рых физ. величин не изменяются с течением времени в любых процессах или в определ. классе процессов. Важн. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ, законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени при различных процессах. Важнейшие законы сохранения - законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этих строгих законов сохранения существуют приближенные законы сохранения, которые справедливы лишь для определенного круга процессов; напр., сохранение четности нарушается лишь слабыми взаимодействиями.

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ - законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени при различных процессах. Важнейшие законы сохранения - законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этих строгих законов сохранения существуют приближенные законы сохранения, которые справедливы лишь для определенного круга процессов; напр., сохранение четности нарушается лишь слабыми взаимодействиями.
. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ , законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени при различных процессах. Важнейшие законы сохранения - законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этих строгих законов сохранения существуют приближенные законы сохранения, которые справедливы лишь для определенного круга процессов; напр., сохранение четности нарушается лишь слабыми взаимодействиями. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

- законы, согласно которым численные значения некоторыхфизических величин не изменяются с течением времени при различныхпроцессах. Важнейшие законы сохранения - законы сохранения энергии,импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этихстрогих законов сохранения существуют приближенные законы сохранения,которые справедливы лишь для определенного круга процессов; напр.,сохранение четности нарушается лишь слабыми взаимодействиями. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

физические законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени в любых процессах и явлениях. Ваяшейшими законами сохранения являются законы: сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда. Существуют также законы сохранения большинства квантовых чисел: спина, странности и др. Начала современного естествознания. Тезаурус. — Ростов-на-Дону.В.Н. Савченко, В.П. Смагин.2006. смотреть

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ

фундаментальные физ. законы, согласно к-рым при о предел, условиях нек-рые фиэ. величины не изменяются с течением времени. Для замкнутых систем справед. смотреть

Какую бы систему взаимодействующих тел мы ни рассматривали, будь то Солнечная система или сталкивающиеся бильярдные шары, у тел системы с течением времени непрерывно изменяются координаты и скорости.

В этом, разумеется, нет ничего неожиданного. Замечательным является то, что в системе тел, на которую не действуют внешние силы (такую систему называют замкнутой), имеется ряд величин, зависящих от координат и скоростей (но не ускорений) всех тел системы, которые при движении тел не изменяются со временем. К таким сохраняющимся величинам относится импульс (или количество движения), энергия и момент импульса (момент количества движения). Все они, как говорят, подчиняются соответствующим законам сохранения.

Мы рассмотрим подробно два закона сохранения: закон сохранения импульса и закон сохранения энергии. С законом сохранения момента импульса познакомимся на простых частных примерах.

Роль законов сохранения

Значение законов сохранения в механике и в физике вообще огромно. Эти законы позволяют сравнительно простым путем, без рассмотрения действующих на тела сил и без прослежива- ния движения тел системы решать ряд практически важных задач, что мы увидим в дальнейшем.

Кроме того, и это самое главное, открытые в механике законы сохранения импульса, энергии и момента импульса играют во всей физике огромную роль, далеко выходящую за рамки самой механики. Даже в тех условиях, когда законы механики Ньютона применять нельзя (например, для движения электронов в атоме), законы сохранения механических величин не теряют своего значения. Они применимы как к телам обычных размеров, так и к космическим телам и элементарным частицам.

Именно всеобщность законов сохранения, их применимость ко всем явлениям природы, а не только к механическим, делают эти законы очень важными.

Законы сохранения незаменимы, когда исследователи начинают проникать во вновь открытую сферу неизвестного.

Так было при зарождении физики элементарных частиц. Сущность явлений лежала пока во тьме, были известны только отдельные факты. В этих условиях законы сохранения служили единственной надежной путеводной нитью для исследователей. Не зная еще сущности явлений в новой области, ученые с полным правом могли утверждать, что и здесь законы сохранения известных нам величин имеют место. Эта вера в надежность основных законов сохранения никогда еще не подводила исследователей и часто дарила им замечательные открытия. Так, открытие новой элементарной частицы — нейтрино обязано закону сохранения энергии.

Связь законов сохранения

со свойствами пространства и времени

Особенно отчетливо значение законов сохранения механических величин выяснилось после того, как в XX в. была установлена связь этих законов со свойствами пространства и времени.

Закон сохранения импульса связан с однородностью про-странства, с тем, что все точки пространства совершенно равно-правны. Перенос (сдвиг) в пространстве какой-либо механической системы никак не влияет на процессы внутри нее. Доказательство того, что из однородности пространства следует закон сохранения импульса, слишком сложно, и мы на нем не можем остановиться.

Закон сохранения энергии связан с однородностью времени, с тем, что все моменты времени равноправны и мы можем лю- бой момент взять за начало отсчета времени. Доказательство связи закона сохранения энергии с однородностью времени также сложно. Ограничимся одним примером. Если бы сила притяжения тел к Земле изменялась со временем (т. е. не все моменты времени были бы равноценны) периодически, то энергия не сохранялась. Мы могли бы поднимать тела вверх в момент ослабления притяжения к Земле, совершая некоторую работу, и опускать их вниз в моменты увеличения силы притяжения. Выигрыш в работе был бы налицо.

Закон сохранения момента импульса связан с изотропностью пространства, с тем, что его свойства одинаковы по всем направлениям.

Читайте также: