在物理學中,能量守恆是一個基本原理,通常表述為能量不能從無中生或消失到無中。然而,在某些特定情況下,這一原理可能會被違反:
量子力學中的能量不守恆:
量子漲落現象中,粒子所具有的能量是不確定的。根據海森堡不確定性原理,粒子處在某一能量狀態上的時間間隔和該能量狀態的確定能級無法同時得知。這表明在微觀領域中,能量守恆定律在某些情況下不適用。
量子隧穿現象中,儘管粒子的能量狀態無法使其穿過一片勢能場,但粒子仍有可能根據薛丁格方程的解穿過該勢能場。這表明在量子隧穿現象中,能量不遵循守恆這一概念。
宇宙學中的能量不守恆:
宇宙的總能量一直在增加,因為宇宙在加速膨脹,大量物質一直在憑空產生,物質和能量可以轉換。
宇宙學紅移現象表明,隨著宇宙膨脹,光的波長增加,導致每個光子的能量下降。這表明在宇宙學尺度上,能量守恆定律可能不適用。
廣義相對論中的能量不守恆:
在廣義相對論的框架下,沒有時間平移對稱性,因此在某些情況下物質場的能量可以不守恆。例如,光子隨宇宙膨脹波長拉寬,能量減少;真空能/暗能量主導的宇宙能量增加。
儘管在某些情況下能量守恆定律可能被違反,但這些情況通常涉及到極端條件或特定的物理過程。在大多數日常情況和巨觀物理現象中,能量守恆仍然是一個非常有效的描述自然界的基本原理。