9.2 Законы сохранения в замкнутых системах и законы симметрии

Замкнутыми называются системы в которых не действуют посторонние силы, нет притока или потерь материи и энергии. Размер таких систем может быть любым от элементарной частицы до скопления галактик, свойства также могут быть различным, например живой организм или песчинка. Поэтому замкнутыми можно считать очень многие системы и любую систему можно сделать замкнутой добавив в нее те части с которыми она обменивается материей, энергией или силами. Для таких систем, при любых физических, химических, биологических и других процессах, протекающих со скоростями во много раз меньше скорости света, сохраняются:

1. Материя, масса М =м1 +м2 + м3 = constant

2. Энергия U = E кинет+ Eпотенц.+Eтепловая = constant

3. Импульс P=m*V =m1*V1 + m2*V2= constant

4. Заряд q =q1 + q2= constant

5. Другие характеристики, например момент вращения, спины частиц, четность и др

6. При субсветовых скоростях и в квантовой механике, где возможно взаимопревращения материи и энергии, сохраняется материя и энергия в их взаимосвязи.

E = m *C -энергия аннигиляции массы m ( формула Эйнштейна)

m = mo / - зависимость массы от субсветовой скорости.

Законы сохранения выглядят в более общей форме. Вообще говоря, в природе существует множество законов сохранения, в том числе и неизвестных нам, и они часто однозначно определяют течение физических процессов.

Законы симметрии.

Многим объектам микро, макро и мега мира свойственна геометрическая симметрия. Для объектов мега мира, прежде всего, свойственна радиальная симметрия. Объекты являются шарообразными или эллиптическими. Такими их делают силы тяготения. Взрывы и катастрофы разрушают эту симметрию, а силы тяготения, действуя миллионы и миллиарды лет, снова ее восстанавливают. Радиальной симметрией обладают и отдельные атомы и молекулы. Живые одноклеточные и даже многоклеточные организмы, вирусы, также часто имеют радиальную симметрию. Рассечение радиально симметричных тел плоскостью проходящей через их диаметр дает две одинаковые по геометрической форме и распределению материи части. При сферической симметрии можно получить сечениями по диаметрам множество одинаковых частей, как куски шарообразного пирога. Многоклеточные существа обладают правой или левой симметрией, но не имеют симметрии низ-верх, так как функции нижних и верхних конечностей у них различны. Правая и левая симметрия как правило предполагает наличие двух иногда четного количества одинаковых органов. Например, две ноги, руки, уха, глаз и других органов. Существует симметрия отдельных органов, внутренних и внешних, например, лицо человека или морда животного. Механизм, порождающий симметрию в биологии еще не известен. Природа дублирует важные органы и создает более красивые существа.

Симметрией обладают не только отдельные тела, но и распределения тел, частиц, физических полей и излучений. Разнообразной симметрией обладают элементарные частицы, из которых состоят ядра атомов. Симметрия имеет и более глобальный смысл в нашей Вселенной. В частности законы сохранения связаны с симметрией пространства, времени, материи, их структуры и форм существования.