Сохранение энергии

Определение ФАКТ

В изолированной системе — не обменивающейся с окружением ни веществом, ни энергией — полная энергия остаётся постоянной.

Она не создаётся и не уничтожается. Она превращается, перемещается, распределяется иначе.

Меняется форма, а не количество ФАКТ

В каждой строке итог один и тот же. Идеальный маятник бесконечно обменивает потенциальную и кинетическую энергию; настоящий в конце концов останавливается — не потому, что энергия исчезает, а потому, что она рассеивается теплом в воздух и в опоры.

Слово «изолированная» делает всю работу ФАКТ

В открытой системе энергия меняется — и баланс остаётся точным, если учесть обмены:

$\Delta E = W + Q$ΔE=W+Q

Изменение энергии системы равно полученной работе плюс полученному теплу. Это первое начало термодинамики: сохранение, сформулированное для неизолированной системы.

Расширив границу так, чтобы она охватила окружение, мы возвращаемся к изолированному случаю. Сохранение никогда не отказывает; оно лишь требует объявить, что именно считается.

Масса и энергия ФАКТ

Соотношение $E = mc^2$E=mc2 не противоречит сохранению: оно расширяет его область. Масса — одна из форм энергии, и сохраняется полная энергия, включая массу.

В ядерной реакции часть массы исходных веществ вновь появляется как энергия излучения и движения. Ничто не теряется: баланс сходится, едва масса учтена как энергия.

Откуда берётся этот закон ФАКТ

Сохранение энергии — не наблюдённый факт, задним числом возведённый в правило. Теорема Нётер показывает, что всякой непрерывной симметрии физических законов отвечает сохраняющаяся величина.

Здесь речь идёт об инвариантности относительно сдвига во времени: опыт, поставленный сегодня или завтра, при прочих равных даёт тот же результат. Именно из этой инвариантности следует сохранение энергии.

Итог

Энергия изолированной системы меняет форму, не меняя количества, потому что законы физики не зависят от даты.