牛顿力学中的动量守恒定律、能量守恒定律与质量守恒定律
学过牛顿力学的人都知道,在牛顿力学中,对于一个质点系,在完全不受外力作用的条件
下,存在动量守恒定律、能量守恒定律,这是两个彼此独立的定律。它们可分别由牛顿运动定
律推导出来,这两个定律之所以能够成立是与空间的均匀性、时间的均匀性密切相关的。在狭
义相对论中,对于一个物理体系,在完全不受外界作用的条件下,也存在能量-动量守恒定律。
但要强调指出,在这里狭义相对论的理论与牛顿力学理论存在一些差异:
1),在牛顿力学理论中常可讨论一群质点所组成的质点系,质点与质点之间可以存在内力,这
些内力可以是超距力但满足牛顿第三运动定律。可是在狭义相对论中,不可能存在超距力,必
须引入场的概念。不但力的作用要用场的作用来表示,甚至质点的分布也要要用物质场的分布
来表示。这样,根据场的理论,再加上时-空均匀性的条件,才能推导出一个物理体系的能量-
动量守恒定律。鉴于用场论推导一个物理体系的能量-动量守恒定律的复杂性,且不少网友可能
没有学过场论,因之我们不打算推导这个守恒定律,只把它作为已知规律来应用。
2),在牛顿力学理论中,质点的动量和能量是两个彼此独立的物理量,动量守恒定律、能量守
恒定律是两个彼此独立的定律;可是在狭义相对论中,质点的动量和能量紧密结合成4维动量,
因而动量守恒定律、能量守恒定律合并成能量-动量守恒定律,亦即4维动量守恒定律。
3),在牛顿力学理论中存在质量守恒定律,但在狭义相对论中不存在质量守恒定律。
本篇博文先讨论牛顿力学中的动量、能量守恒定律与质量守恒定律,下篇博文再讨论狭义
相对论中的能量-动量守恒定律。这两篇博文的重点在于对比和讨论牛顿力学与狭义相对论中关
于能量、动量守恒定律的差异。
一、牛顿力学中的动量守恒定律与能量守恒定律及质量守恒定律
1、动量守恒定律
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