Νόμος διατήρησης

Στη Φυσική, ένας νόμος διατήρησης (Conservation law) αναφέρει ότι μία συγκεκριμένη, μετρήσιμη ποσότητα (δηλ. ένα φυσικό μέγεθος) ενός απομονωμένου φυσικού συστήματος δεν μεταβάλλεται καθώς το σύστημα εξελίσσεται στο χώρο και το χρόνο. Οι γνωστοί, με τα μέχρι τώρα πειραματικά δεδομένα, νόμοι διατήρησης στη Φυσική είναι:

διατήρηση της ενέργειας (που συμπεριλαμβάνει, σε σχετικιστικούς υπολογισμούς, και τη μάζα)
διατήρηση της μάζας
διατήρηση της ορμής
διατήρηση της στροφορμής
διατήρηση του ηλεκτρικού φορτίου
διατήρηση του χρώματος
διατήρηση της μαγνητικής ροής

Υπάρχουν επίσης νόμοι διατήρησης στη Σωματιδιακή Φυσική, όπως αυτοί για το σπιν, τον βαρυονικό αριθμό, την παραδοξότητα (strangeness), την ομοτιμία και τη συμμετρία στο χρόνο.

Το θεώρημα της Νέδερ (Noether) εκφράζει την ισοδυναμία που υπάρχει μεταξύ των νόμων διατήρησης και του αναλλοίωτου των φυσικών νόμων κάτω από ορισμένους μετασχηματισμούς (συνήθως αναφέρονται ως "συμμετρίες").

Για παράδειγμα:

Η ομογένεια του χρόνου (συμμετρία ως προς χρονικές μετατοπίσεις) συνεπάγεται τη διατήρηση της ενέργειας,
Η ομογένεια του χώρου (συμμετρία ως προς χωρικές μετατοπίσεις) συνεπάγεται τη διατήρηση της ορμής και
Η ισοτροπία του χώρου (συμμετρία ως προς στροφή προς οποιαδήποτε κατεύθυνση στο χώρο) συνεπάγεται τη διατήρηση της στροφορμής.

Οι νόμοι διατήρησης επομένως είναι απόρροια αλλά και θεμέλιο της κατανόησης του χωρόχρονου όπως τον ξέρουμε σήμερα και ισχύουν, τουλάχιστον μέχρι εκεί που μπορεί να φτάσει η ακρίβεια των πειραμάτων μας. Η μόνη εξαίρεση έχει παρατηρηθεί στις συμμετρίες των Ασθενών αλληλεπιδράσεων. Σε αυτές έχει παρατηρηθεί παραβίαση της διατήρησης της ομοτιμίας (parity) και της συμμετρίας χρόνου. Η ταυτόχρονη όμως συμμετρία ομοτιμίας-χρόνου-φορτίου (CPT) ισχύει πάντοτε.