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Lexikon Physik

Erhaltungssätze und Erhaltungsgrößen

Ein Erhaltungssatz ist ein grundlegendes physikalisches Gesetz, nach dem ein bestimmte physikalische Größe, die sog. Erhaltungsgröße, immer oder zumindest bei bestimmten Wechselwirkungen unverändert bleibt.

Die wichtigsten Erhaltungsgrößen sind die Energie, der Impuls, der Drehimpuls und die elektrische Ladung. Oft sagt man statt „Erhaltungssatz der Energie“ oder „Energieerhaltungssatz" auch einfach nur „Energiesatz“ und entsprechend „Impulssatz“ und „Drehimpulssatz“.

Mit Erhaltungssätzen kann man oft sehr elegante Formulierungen zur Beschreibung von physikalischen Systemen finden. Wenn etwa beim Sprung ins Schwimmbecken der Springer mit der Lageenergie 80 kg · 9,81 m/s2 · 10 m  abspringt, weiß man sofort, dass er in der Höhe 0 m genau diese Energie als kinetische Energie besitzt, da seine Gesamtenergie gleich geblieben sein muss.

Anwendungen der Impulserhaltung sind z. B. die Stoßgesetze oder der Schwerpunktsatz.

Alle genannten Erhaltungssätze gelten nicht nur in der klassischen, sondern auch in der modernen Physik. So gilt für den quantenphysikalischen Spin ein zum Drehimpulssatz analoger Erhaltungssatz.

Anfang des 20. Jahrhunderts konnte die Mathematikerin Emmy Noether zeigen, dass Erhaltungssätze auf fundamentale Weise mit Symmetrien verbunden sind. Damit ist z. B. gemeint, dass die Energieerhaltung mathematisch äquivalent ist zu der Aussage, dass die Naturgesetze zu allen Zeiten die gleiche Form haben. Die Impulserhaltung ist entsprechend äquivalent zu der Aussage, dass die Naturgesetze im ganzen Universum die gleiche Form haben.

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