Konservationslagar

Konservationslagar är grundläggande principer inom fysiken som säger att vissa kvantiteter bevaras när ett system utvecklas i tid, under förutsättning att systemet är isolerat från omgivningen och inga externa arbeten eller energi tillförs. Dessa lagar fungerar som kraftfulla verktyg för att förstå och förutsäga utfall i mekaniska, elektromagnetiska, termodynamiska och kärn- samt partikelprocesser.

De mest centrala konservationslagarna omfattar bevarandet av energi, rörelsemängd och vinkelmoment. Energi bevaras när olika energiformer omvandlas sinsemellan utan att totalen förändras. Rörelsemängd bevaras i frånvaro av yttre impulser, vilket ger förutsägelser om hur kroppar påverkar varandra i nära och fjärran. Vinkelmoment bevaras när systemet inte utsätts för yttre vridmoment. Elektrisk laddning bevaras i elektomagnetiska processer, och inom partikel- och kärnfysik följer ofta även bevarandet av vissa kvantnummer, som baryonantal och leptonantal, under många reaktioner.

I relativitetsteorin uppträder massan som en del av den mer allomfattande energin, så det totala energin inklusive vila och rörelseenergi bevaras enligt E = mc^2; närmast bevaras alltså energi i ett isolerat system även när energi omvandlas mellan formerna massa och energi.

Noethers teorem förklarar sambandet mellan symmetrier och bevarande lagar: tidsöversättningens symmetri kopplas till energibevarande, translational symmetri i rum till rörelsemängdsbevarande, och roterande symmetri till bevarande av vinkelmoment.

Bevarandelagar är ofta giltiga som goda approximationer, men kan upphöra i öppna system, i närvaro av starka fält eller vid kvantmekaniska anomalier där symmetrier inte håller exakt.