量子化は量子力学の基本的な概念であり、原子および亜原子レベルでの物質とエネルギーの粒子様挙動を説明しています。たとえば、原子内の電子のエネルギーレベルは量子化されています。つまり、特定の値しか持たず、間に値はありません。
物理量が量子化されると、離散的な「単位」または量子に存在すると考えることができます。これらの量子のサイズは、離散化のレベルを決定し、しばしば自然の基本定数または研究対象の特定のシステムの特性に依存します。
一方、保全とは、閉じたシステムでは、特定の物理量が時間の経過とともに一定または変化しないという原則を指します。これは、保存された量の総量が増加または減少しないことを意味しますが、システム内で再配布または変換される可能性があります。
保全法は、幅広い現象に適用される物理学の基本原則です。保存された量の例には次のものがあります。
- エネルギー：閉じたシステムの総エネルギーは、時間の経過とともに一定のままです。たとえば、化学反応では、反応物と生成物の総エネルギーは同じです。
- 勢い：閉じたシステムの総勢いは、時間の経過とともに一定のままです。たとえば、2つのオブジェクト間の衝突では、衝突の前後の総勢いが同じです。
- 角運動量：閉じたシステムの総角運動量は、時間の経過とともに一定のままです。たとえば、回転オブジェクトの回転では、外部トルクによって作用しない限り、総角運動量は同じままです。
- 充電：閉じたシステムの総電荷は、時間の経過とともに一定のままです。たとえば、イオン交換を含む化学反応では、反応物と生成物の総電荷は同じです。
保全法は、物理システムの行動を理解し、そのダイナミクスを予測する上で重要な役割を果たします。それらは、さまざまな現象を分析する際の貴重な制約と単純化を提供し、機構、電磁気、熱力学など、物理学の多くの分野で基本原則として機能します。
