¿Cómo sabemos que la energía no se crea ni se destruye?

Answer 1

Muchas cosas en el mundo son relativas. La velocidad de un tren, por ejemplo, depende del tipo de punto de referencia que utilice: alguien que se encuentre fuera del tren (punto de referencia tierra) medirá unos 100 km / h, mientras que la persona en el tren (tren de punto de referencia) dirá que No es el tren el que se mueve, sino la tierra.

Y de la misma manera, la tierra se mueve alrededor del sol, mientras que nosotros afirmamos que está en reposo. Y el sol alrededor de la galaxia, la galaxia en el cúmulo … etc.

Al igual que la velocidad, muchas cosas dependen literalmente de cómo se mire, de cómo elija su sistema de coordenadas, de dónde coloque el origen, etc.

Si desea comunicar alguna información sobre un sistema a otra persona, entonces debería incluir toda esa información, de lo contrario, no podrá comparar los datos con su propio resultado y ver si se verifican. En la tierra, con objetos que se mueven lentamente, etc. Esto apenas lleva a confusión. Pero estas diferencias resultan ser importantes para cosas como el GPS.

Ahora, sería realmente genial si pudiéramos construir ciertos objetos matemáticos que no cambiarían si alguien escogiera otro sistema de coordenadas. Estas construcciones tendrían que ser invariantes bajo esas transformaciones. Si estos objetos matemáticos existen, entonces cualquier observador en cualquier lugar estará de acuerdo con los datos recopilados, sin importar cómo seleccionaron su origen, velocidad relativa, etc.

Si damos un paso más allá, realmente nos gustaría no solo nuestros datos, sino también toda nuestra teoría para no cambiar para diferentes observadores. Entonces esta invariancia es una demanda que colocamos en el sistema.

Cuando un sistema (teoría) sigue siendo el mismo en una transformación determinada (por ejemplo, la forma en que elige su marco de referencia), esto se traduce en una cantidad que se conserva (esto fue demostrado matemáticamente por Emmy Noether).

Resulta que una de esas cantidades conservadas es algo que puedes asociar con la energía. Y por eso decimos que la energía se conserva.

Por lo tanto, exigimos que las cosas que suceden en el universo no dependan de cómo un observador las mire (parece una demanda razonable) y, como resultado, obtenemos una cantidad que se conserva y podemos asociar con la energía.

Si comienza a mirar áreas donde el espacio es curvo, las cosas se vuelven aún más interesantes (la energía no se conserva aquí), pero mientras trabaje con espacio plano (o en su mayoría plano), la conservación de la energía se mantiene.

Answer 2

En realidad, en la teoría de la relatividad, la energía puede ser creada y destruida. Esto se debe a que el concepto clásico de energía no es un invariante relativista: su magnitud depende del observador.

Sin embargo, una cantidad más complicada, el llamado tensor de tensión-energía-momento, obedece a una ley de conservación. En la aproximación no relativista, esta ley de conservación se simplifica a la ley de conservación de energía.

Entonces, ¿por qué el tensor de tensión-energía-impulso obedece a una ley de conservación? Una respuesta especialmente elegante a esta pregunta se puede encontrar en un hermoso teorema de 1915 por Emmy Noether. El teorema de Noether establece una conexión profunda entre las simetrías de un sistema físico y sus leyes de conservación. Específicamente, la conservación del tensor estrés-energía-impulso es una consecuencia de la invariancia de las leyes fundamentales de la física en una traducción de espacio-tiempo. En otras palabras, se debe simplemente al hecho de que la física funciona de la misma manera en Nueva York y Londres, en la Tierra y en la Luna, y funcionó de la misma manera en el pasado y funcionará de la misma manera en el futuro.

Si encontramos evidencia de que las leyes fundamentales de la física cambian de vez en cuando, la parte de “energía” del tensor de tensión-energía-momento no se conservaría. No se ha visto tal evidencia hasta la fecha.

Answer 3

Para repetir las dos respuestas anteriores, solo puede conocerse a través de la experimentación.

Las leyes de conservación de la energía y también de la masa, explican por qué mediante la mera observación, la energía o la masa parecen consumirse (destruirse) a través de algún proceso, pero cuando todo se explica, la energía o la masa simplemente se transforman. Cuando se usa intencionalmente, la energía se utiliza para hacer el trabajo, sin embargo, el trabajo realizado no transforma la energía al 100% (teórico o esperado) de eficiencia.

En termodinámica es importante entender los términos sistema y entorno .

Un motor puede funcionar al funcionar con energía como la corriente eléctrica, como en DC o CA, directa o alterna, pero el 100% de eficiencia es imposible, y aparentemente esto refutaría la conservación. Sin embargo, los cables que conducen la corriente se calentarán y el calor se perderá de esta manera. Los engranajes en el motor tienen una fricción en ellos que resulta en calor, también una forma de pérdida de energía.

Si tiene una fuente de alimentación, digamos en su computadora, de la variedad genérica, y tiene una potencia nominal de 500 vatios, esa es la cantidad máxima teórica (específicamente, la tasa) de potencia alcanzable, y probablemente nunca se alcanzará. Alrededor de 0.69 a 0.7% de la energía será utilizable o estará disponible para el trabajo, aproximadamente 345 vatios.

Otro ejemplo es un estéreo o un receptor de coche. Puede decirse en las especificaciones de 45 vatios por canal, pero esa es la potencia máxima , no la tasa de vida real de la potencia. La potencia nominal RMS (raíz cuadrada media) se acerca más a la potencia real o continua suministrada a cada canal y a cada altavoz.

Si obtiene una fuente de alimentación con una clasificación de 80+, debe esperar que el diseño de esa fuente de alimentación funcione con una eficiencia que tiene una limitación incorporada, pero las fuentes de alimentación de 80+ Gold o 80+ Platinum devuelven el 90% o hasta 95% de eficiencia de retorno de potencia.

La razón por la que la energía no se conserva al 100% mediante un proceso de un sistema , a pesar de la ley de conservación de la energía, se debe a que el proceso en sí inevitablemente consume o pierde, parte de la energía como calor, que se pierde en el entorno . Ese calor, como una forma de energía, se puede calcular y, cuando se agrega a la energía real consumida por la computadora, se puede agregar al 0,69% para dar cuenta del 100% de la entrada de energía.

Se demostró nuevamente que tanto la conservación de la energía como la conservación de la masa eran consistentes cuando Einstein determinó que la masa se puede transformar en energía a través de algunos procesos, como la fusión nuclear, a través de la ecuación generalizada E = MC ^ 2. De hecho, la masa puede transformarse en energía, sin embargo, esa masa no se pierde durante, digamos, una explosión nuclear, simplemente se transforma en energía, lo que explica la pérdida de masa que se introduce en el proceso.

La comprensión de este principio o Ley de Conservación de la energía se puede aprender estudiando u observando los principios de la Termodinámica, y los experimentos involucrados son altamente rudimentarios y requieren cierto conocimiento de ecuaciones diferenciales, pero esa es la mejor y más directa forma de entender su pregunta. estudiando la termodinámica y trabajando a través de las ecuaciones. Sin embargo, se puede explicar con declaraciones como la mía, arriba, que parte de la energía consumida por un proceso en un sistema se gasta o se pierde a través del calor que se disipa en su entorno . Más adelante, vale la pena mencionar que hay procesos adiabáticos que no siguen la dinámica del entorno del sistema en el sentido más básico.

Answer 4

No es simplemente una cuestión de “cada experimento lo confirma”. Hay una cosa llamada “Teorema de Noether” que dice

El teorema de Noether ( primer ) establece que cada simetría diferenciable de la acción de un sistema físico tiene una ley de conservación correspondiente. La acción de un sistema físico es la integral a lo largo del tiempo de una función lagrangiana (que puede ser o no una integral sobre el espacio de una función de densidad lagrangiana), a partir de la cual el comportamiento del sistema se puede determinar por el principio de acción mínima.

https://en.wikipedia.org/wiki/No …

Así que eso está arreglado, ¿verdad?

Está bien, una vez más, en inglés. Si el universo es simétrico, eso implica que debe conservarse alguna propiedad física. El universo es simétrico con respecto al tiempo, en otras palabras, las leyes físicas no cambian con el tiempo. Eso implica la conservación de la energía. El universo es espacialmente simétrico, en otras palabras, las leyes físicas no dependen de la ubicación. Eso implica la conservación del momento lineal. Y el universo es simétrico con respecto a la dirección. Eso implica la conservación del momento angular.

Entonces, si reclamas que la energía o el impulso no se conservan, estás reclamando la estructura a gran escala del universo. Me gustaría ver pruebas. Especialmente, todas las personas que afirman que la NASA están a punto de desarrollar un impulso sin reacción. Dime cómo cuadra con el teorema de Noether.

Einstein consideraba a Noether una de las mujeres matemáticas más destacadas de todos los tiempos.

Nota: Ethan Baker obtiene un crédito conjunto desde que le gané con un bigote.

Answer 5

Tiene que haber un equilibrio en este universo. Y para mantener el equilibrio, la energía debe cambiar de forma independientemente de la creación o destrucción de esta.
Si puedes imaginar la partícula más pequeña que tiene masa en tu mente y dejar que esa partícula sea destruida. La partícula que tiene una masa definida tiene que emitir algo de energía, y esta energía ahora se ha transformado en algún otro estado. Que usted puede notar o no. Dependiendo de la naturaleza de la partícula de la que hablamos.
Para mantener un equilibrio en esta naturaleza, la energía siempre debe convertirse en una forma u otra.

Si la Energía se hubiera creado en cada intervalo de tiempo, ya lo sabríamos. Porque la energía siempre muestra alguna u otra consecuencia como el calor, la luz, el color, los humos, etc.

Answer 6

Porque siempre hemos visto que la energía se transforma en otro tipo de energía o trabajo que se está realizando, pero siempre se puede dar cuenta de toda la energía. Por ejemplo, golpear un clavo enviará el clavo a la parte de madera, también podríamos medir la pequeña elevación de temperatura en el clavo y el martillo para explicar la energía faltante. La energía cinética de un cuerpo rodante se transformará en energía potencial si el cuerpo puede rodar hacia arriba de la colina y volver a la misma altura si eliminamos la fricción y lo hacemos en vacío.
Podemos ver que la energía siempre se conserva, nombrándola ley de conservación de la energía. Puede que no se mantenga totalmente en la misma forma, pero si agrega contribuciones de cada tipo de energía, siempre encontrará la misma cantidad de energía incluso en la teoría energética clásica.

Answer 7

Suponiendo que la energía se conserve ha sobrevivido a todas las pruebas experimentales que podríamos diseñar hasta ahora.

Hasta que alguien lo refute, sigue siendo un principio sólido sobre el cual construir predicciones teóricas.

Answer 8

El teorema de Noether demuestra que las leyes de conservación y la simetría situacional son dos caras de la misma moneda. Ten una, y tienes la garantía de tener la otra. Lo sabemos gracias a las matemáticas.

Nombre (casi) cualquier situación, y puedo señalar sus simetrías. Por lo tanto, esa situación debe obedecer las leyes de conservación, incluida la conservación de la energía.

Answer 9

Tienes que hacer algunas suposiciones fundamentales. Ningún sistema de creencias puede basarse en nada. Así es como funciona en mi sistema de creencias:

Definición de los conceptos de energía por David Wrixon EurIng sobre la gravedad cuántica explicada

Todo lo demás se basa en eso, aunque ese no fue originalmente mi punto de partida intelectual. De alguna manera trabajé en esto y luego desarrollé lo que realmente es una Teoría del Todo desde este punto. Estoy blogueando esa Teoría a medida que la desarrollo, pero debido a que la trabajé de la otra manera primero, sé más o menos a dónde va. Sin embargo, sigue surgiendo sorpresas al darme una idea de los problemas, que originalmente nunca tuve la intención de abordar.

Answer 10

sin tomar el mérito de otra pregunta … eso sigue siendo un misterio, sí sabemos que la energía local se conserva y al menos en una aproximación de la relatividad general, como otra que escribí (y no creo que tenga que escribir otra cosa), sino que diga que la energía se conserva en todo el universo es un poco mal. Probablemente sea cierto, pero no tenemos una respuesta por ahora, siempre puedes verificar que esta energía no esté conservada.

Answer 11

Todos los experimentos indican eso y eso es todo lo que se puede hacer. Si elige no creerlo, está bien, pero va en contra de 150 o más años de mediciones en una variedad de circunstancias, así que no espere que nadie más lo tome en serio.

Answer 12

Uno de los tres resultados del teorema de Noether es que un sistema invariante en el tiempo de traducción debe conservar energía.

Answer 13

Nosotros la energía siempre existe en la misma cantidad. Se puede cambiar (Entropía) y dividir, pero no destruir.