对称性与能量守恒
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近代物理学中的重要观念。如果运动规律具有一种对称性，必相应地存在一条守恒定律。
物理学关于对称性探索的一个重要进展是建立诺特定理，定理指出，如果运动定律在某一变换下具有不变性，必相应地存在一条守恒定律。简言之，物理定律的一种对称性，对应地存在一条守恒定律。例如，运动定律的空间平移对称性导致动量守恒定律，时间平移对称性导致能量守恒定律，空间旋转对称性（空间各向同性）导致角动量守恒定律。上述经典物理范围内的对称性和守恒定律相联系的诺特定理后来经过推广，在量子力学范围内也成立。在量子力学和粒子物理学中，又引入了一些新的内部自由度，认识了一些新的抽象空间的对称性以及与之相应的守恒定律。
对称性和守恒定律取决于相互作用的性质，相互作用类型不同有不同的结果。例如强相互作用和电磁相互作用下，粒子的运动具有空间反演对称性。空间反演是指空间坐标相对于坐标原点的变换，即将坐标 x、y、z 换成－x、－y、－z的变换。空间反演对称性导致宇称守恒。然而在弱相互作用下，粒子的运动不存在空间反演对称性和宇称守恒。这个曾经使物理学家们确信无疑普遍成立的宇称守恒定律于1956年经李政道和杨振宁仔细分析当时的实验资料，指出弱作用下宇称守恒定律不成立，不久被吴健雄等人以确凿的实验所证实。
表中给出对称性和守恒定律之间的联系以及不同相互作用下的表现。
意义
对物质运动基本规律的探索中，对称性和守恒定律的研究占有重要的地位。从历史发展过程来看，无论是经典物理学还是近代物理学，一些重要的守恒定律常常早于普遍的运动规律而被认识。质量守恒、能量守恒、动量守恒、电荷守恒就是人们最早认识的一批守恒定律。这些守恒定律的确立为后来认识普遍运动规律提供了线索和启示。对称性和守恒定律之间的联系，提供了从分析对称性入手来研究守恒定律。
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能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。能量守恒定律如今被人们普遍认同，但是并没有严格证明。
(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等。
(2)不同形式的能量之间可以相互转化：“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且是通过做功来完成的这一转化过程。
(3)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
能量守恒的具体表达形式
保守力学系统：在只有保守力做功的情况下，系统能量表现为机械能（动能和位能），能量守恒具体表达为机械能守恒定律。
热力学系统：能量表达为内能，热量和功，能量守恒的表达形式是热力学第一定律。
相对论性力学：在相对论里，质量和能量可以相互转变。计及质量改变带来能量变化，能量守恒定律依然成立。历史上也称这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律。
总的流进系统的能量必等于总的从系统中流出的能量加上系统内部能量的变化,能量能够转换，从一种形态转变成另一种形态。
系统中储存能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的能量
[编辑本段]能量守恒定律的重要意义
能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
对称：如果一个操作能使系统从一个状态变换到另一个与之等价（不可区分）的状态，即系统的状态在此操作下保持不变，则该体系对这一操作对称。
上面这个定义是严格的，简单举例来帮助一下理解。比如，你的影象是一个系统，对你做一个镜象操作，也就是让你照镜子，你会发现什么呢？镜子中的你的影象和你自己的影象是不可区分的，也就是说，你的影象对于镜象操作是对称的。
另一个等价的定义：如果对观察者做一操作，观察者在进行操作前后观察同一系统，如果两次观察系统状态完全相同，则则该体系对这一操作对称。
操作可以有很多形式。比如平移，转动等等。一个无限大的平面，具有任意距离平移对称性。意思是，你让平面沿任意方向移动任意距离，会发现平面和过去的平面没有任何不同，平面对于任意距离移动这个操作具有对称性。同样的，如果你观察一个平面，然后你沿任意方向走任意距离，看到的平面和刚才没有不同，则平面对任意距离移动这个操作具有对称性。一个正方形，对绕中心旋转90度的操作具有对称性。
对称性往往与物理学的美联系起来，对于物理学来说，对称意味着美丽。而欣赏不同层次的美丽需要不同的审美能力。
上面这种对称是很具体的对称，并不是物理学上最关心的对称。这种美也是有限的，比如圆与方的美，是大众可以感觉到的。
物理学上关心的对称是物理规律的对称性。也就是说，看看在什么样的操作下，物理规律保持不变。我们熟知的物理规律的对称性有
物理规律的空间平易对称性：在北京的物理规律和在上海的物理规律是一样的。
物理规律的时间平易对称性：古代的物理规律和现代的是一样的。
物理规律的旋转对称性：你歪着头做实验和正着头做实验会得到相同的物理规律。
对物理规律的操作不仅仅是简单的这些。还有参考系的变换。
比如，我们一开始相对于地球静止来看这个世界的物理规律是一个样子，过一会，我们开始运动，比如是匀速直线运动，又来看这个世界的物理规律，是否还一样呢？爱因斯坦当年就思考这个问题，他坚信对称是基本的，普遍的，因此，他提出，在惯性参考系变换操作下，物理规律保持不变，这个就是狭义相对性原理，后来爱因斯坦又进一步推广为：在任意参考系变换操作下，物理规律保持不变，这个就是广义相对性原理。
现在问题出来了，爱因斯坦是坚信对称性原理是普遍和基本的，但是当时的麦克斯维方程在参考系变换时是变的。也就是说，电动力学的物理规律在不同参考系的人看来是不一样的。两个相对静止的电子，放在那里，如果你相对于它们静止，你看不到磁场，但是如果你相对于他们运动，就看到了磁场。
在电动力学理论与对称性原理遇到冲突的时候，爱因斯坦毫不犹豫的指出，是电动力学理论有问题，麦克斯维方程不满足相对性原理说明麦克斯维方程不是真实的物理规律，要改进，要寻找满足对称性的物理规律。那样的规律才是真的，才是美的。后来，爱因斯坦终于找到了，于是发表了著名的《论运动物体的电动力学》这一跨时代的论文，就是在这篇论文里，提出了狭义相对论，展示了他对于物理学的精湛的审美能力。改进后的麦克斯维方程对罗伦滋变换是协变的，在不同惯性参考系的观察者将看到同样的物理描述。
