보존법칙

요약 물리현상에서 상태가 변화함에도 불구하고 물리량은 변하지 않고 보존된다는 법칙이다. 에너지, 운동량, 각운동량, 전하, 바리온수 등이 보존법칙을 만족한다.

보존법칙이란 수학적으로 표현하면 일정한 변환에 대한 불변량으로 기술할 수 있는 법칙이며, 에너지보존법칙은 역학의 정준변환(正準變換)의 불변량으로서 나타나는 것이라 할 수 있다.

고전역학에 따르면 처음 속도 u를 가진 질점(質點)이 속도 v로 변하였을 때 운동에너지의 변화=mu²/2－mv²/2(m은 질점의 질량)은 외부에서 그 질점에 작용하는 힘이 하는 일과 같다. 이러한 생각을 확장하면 고립한 계(系)가 가지는 에너지의 총합은 불변이라는 에너지 불멸의 법칙 또는 에너지보존법칙에 도달한다.

고전역학의 입장에서 보면 이 보존법칙과 함께 역사가 가장 오래되고 기본적인 법칙으로서 물질불멸의 법칙이 있다. 이것은 상대성이론이 등장하면서‘질량은 에너지와 등가(等價)이다’라는 법칙으로 인하여 에너지보존법칙으로 흡수 ·통합되었다.

그 후 역학적 에너지뿐만 아니라 열에너지나 전기에너지까지 포함하여 모든 에너지의 합은 불변이라는 견해가 양자역학에도 계승되어, 에너지 ·운동량 ·각운동량 ·전하 ·바리온수 등 여러 보존법칙이 밝혀졌다.