8.3. Закон сохранения электрического заряда

Рассмотрим закон сохранения электрического заряда. Смысл его в том, что алгебраическая сумма зарядов любой электрически изолированной системы сохраняется во времени:

-» Зр Эу Эр divy ^-^ или _й + _Tt = 0,

где j — плотность тока, р — объемная плотность заряда. Физиче­ский смысл этого уравнения состоит в том, что div j — расходи­мость тока (его движение) связана с изменением во времени, т.е. перемещением электрического заряда. Математический смысл

закона сохранения заряда заключен в уравнении непрерывности. Электрический ток — направленное движение свободных заря­женных частиц в электрическом поле. Физический смысл закона сохранения заряда отражает факт несотвори мости и неуничто- жимости электрического заряда.

Нужно подчеркнуть, что сохранение электрического заряда в изолированных (замкнутых) системах не сводится к сохранению числа заряженных частиц. Так при (3 распаде нейтрона, не имею­щего заряда, п —»р + е~ + v_e возникают протон (с зарядом е⁺), электрон (заряд е~) и антинейтрино, также не имеющее заряда. В этой реакции появились две электрически заряженные части­цы, но их суммарный заряд равен нулю, как и у породившего их нейтрона. Отметим, что важным следствием закона сохранения заряда является устойчивость электрона. Электрон является са­мой легкой электрически заряженной частицей. Поэтому ему просто не на что распадаться, так как в этом случае нарушился бы закон сохранения электрического заряда. По современным представлениям, время жизни электрона не менее 10¹⁹ лет, что говорит в пользу этого закона.

8.4. Зеркальная симметрия

Прежде чем перейти к другим «внутренним» симметриям ос­тановимся еще на двух видах дискретной симметрии, которые .отличаются от непрерывных симметрий сдвига и поворота. Рас­смотрим зеркальную симметрию, которая описывается про­странственной инверсией, т.е. отражением системы координат­ных осей. Инверсия пространства осуществляется «сразу» (в зер­кале), а ее повторное применение возвращает систему в исходное состояние. Это отражение называется операцией изме­нения «четности» (пример с теннисистом в зеркале). Другой дискретной симметрией является симметрия относительного об­ращения времени, приводящая к тому, что в симметричной Все­ленной законы природы не изменяются при замене направления течения времени на обратное (t тождественно равно — t и наобо­рот). Применение данной симметрии показывает, что направле­ние возрастания времени (движение в одну сторону) не играет существенной роли. С равной вероятностью возможен и обрат­ный процесс. Другими словами, установить путем наблюдения, происходит ли развития событий в будущее или в прошлое, для равновесной симметричной системы невозможно. К такому же результату приводит детерминированная механика Галилея — Ньютона в замкнутых системах. Но одновременно мы уже знаем и о существовании «стрелы времени» для открытых неравновес­ных систем. И это еще раз показывает неумолимо, что время все-таки «течет» от прошлого к будущему и наша Вселенная не­равновесна и асимметрична. Заметим, однако, что понятие энт­ропии не однозначно применимо к микромиру и, следовательно, изучая его, нельзя установить направление времени.