Si la conservación de la energía estaba equivocada, ¿cómo lo sabríamos?

Question

Supongamos que usted acaba de comenzar el aprendizaje de la física y ha sido introducido para la conservación de la energía y de la energía cinética. Aparte de los conceptos con los que no saben nada. A continuación, se observa una colisión inelástica. Medir las velocidades de los objetos antes y después de la colisión y está desconcertado porque la energía cinética es la única forma de energía que se sabe y se puede ver claramente que no se conserva. Llegar a la conclusión de que:

a) Conservación de la energía está mal.

b) La fórmula $E_k = mv^2/2$ es malo.

c) Hay alguna otra forma de energía con la que no contaba.

¿CÓMO se sabe que uno de esos escenarios es cierto? Se puede medir la cantidad total de energía contenida en esos dos objetos antes y después de la colisión, y dite a ti mismo que todo está bien, la energía no ha ido a ninguna parte, se acaba de cambiar su forma? Si usted observa un objeto que se parece a obtener energía de la nada, ¿cómo va a saber si la conservación de la energía falla o hay algo por descubrir la forma de energía que usted no sabe cómo medir?

Answer 1

No sabemos! Si nos atenemos a una situación en la que la conservación de la energía no parecen funcionar, que sería un gran rompecabezas. Como usted dice, tendríamos que descubrir algunas alternativas contribución a la energía que nos había estado descuidando, o tendríamos que renunciar a la conservación de la energía. A priori no es evidente que uno de los dos resoluciones sería correcto.

En la práctica, tenemos una muy sólida formación teórica antes de creer en la conservación de la energía, y por lo tanto no podemos tratar muy duro para encontrar posibles contribuciones a la energía que se había descuidado. Sin embargo, uno puede imaginar una situación en la que nos encontramos con que cada forma tratamos de salvar a la conservación de la energía fallado. En ese caso, habría que considerar seriamente la posibilidad de renunciar a la conservación de la energía. Este sería un lío con nuestra comprensión de la física en un modo muy serio, como otros comentaristas han discutido, y su difícil imaginar un marco coherente de la física que no tiene la conservación de la energía, pero todavía está en consonancia con todas las pruebas del modelo estándar de lo que ya tenemos. Sin embargo, si esa es la manera en que la naturaleza es, entonces que así sea.

Dos interesantes ejemplos históricos de este formulario:

1. El neutrino. A la hora de estudiar la desintegración beta parece que la energía no se conserva. El neutrino fue propuesto como una luz muy débil, la interacción de las partículas que la única función en el momento en que fue propuesta para salvar a la conservación de la energía.

2. E/M. Si usted intenta estudiar las fuerzas entre el movimiento de partículas cargadas (es decir, no electrostática o magnetostatics), terminará descubriendo que el impulso de la conservación no es obedecido, si sólo mira el impulso de las partículas. La resolución en este caso es que la electromagentic campo en sí lleva el impulso, y cuando este se incluye el momentum se conserva.

Answer 2

Noether del teorema establece que para cada continuo de simetría de un sistema físico es asociada a una, que se conserva la cantidad. La conserva de la cantidad asociada con el tiempo de traducción de la invariancia (es decir, no importa si usted realiza un experimento, ahora o mañana, siempre se configura de la misma manera) es lo que llamamos energía.

Por lo tanto, algo tautologically, no puede suceder que la energía no se conserva (en la mecánica clásica, de todos modos). Su escenario a) se evita por definición. Vamos a la Feynman hablar:

Hay un hecho, o si lo desea, una ley, que rige todos los fenómenos naturales que se conocen hasta la fecha. No se conoce ninguna excepción a esta ley es exacta por lo que sabemos. La ley se llama la conservación de la energía. Afirma que no es una cantidad determinada, a la que llamamos energía, que no cambia en el colector de los cambios que la naturaleza sufre. Que es una idea abstracta, porque es un principio matemático; se dice que hay una cantidad numérica que no cambia cuando algo sucede. No es una descripción de un mecanismo, o nada en concreto, es un hecho extraño que podemos calcular un número y cuando lo termine de ver la naturaleza, ir a través de sus trucos y calcular el número de nuevo, es el mismo.

Si las cosas que actualmente consideramos como la energía no se conserva en el tiempo, entonces debemos concluir que no es "una forma de energía" aún desconocido para nosotros (escenario c)). La energía cinética no es malo porque simplemente puede derivar la Noether de la carga/de la energía de viajar libremente de partículas y ver que es de hecho la energía cinética sabemos. Se podría objetar y decir que la "energía cinética" necesita ser redefinido para incluir el nuevo plazo en lugar de llamar a algo nuevo -, pero, de nuevo, la partición de la energía en "diferentes tipos" es artificial, de todos modos, ya que, a partir de la Noetherian perspectiva, no sólo de energía, es decir, que se conserva.