În fizica teoretică, un invariant este o mărime observabilă a unui sistem fizic, care rămâne neschimbată în urma unei transformări. Invarianța, ca termen mai larg, se referă și la faptul că forma legilor fizice nu se modifică în urma unei transformări, fiind astfel mai apropiată, ca sferă de aplicare, de definiția matematică a invariantului. Invarianții unui sistem sunt strâns legați de simetriile impuse de mediul în care acesta se află.
Invarianța este un concept important în fizica teoretică modernă, iar multe teorii sunt formulate în termeni de simetrii și invarianți.
Exemple În mecanica clasică și cuantică, invarianța spațiului la translație are drept rezultat faptul că impulsul este o mărime invariantă și conduce la conservarea impulsului, în timp ce invarianța originii timpului (adică translația în timp) face ca energia să fie o mărime invariantă și duce la conservarea energiei. În general, conform , orice invarianță a unui sistem fizic față de o simetrie continuă conduce la o lege de conservare fundamentală.
În cristale, densitatea electronilor este periodică și invariantă față de translațiile discrete după vectorii celulei elementare. În foarte puține materiale această simetrie poate fi ruptă, din cauza corelațiilor electronice accentuate.
Alte exemple de invarianți fizici sunt viteza luminii, sarcina electrică și ale unei particule observate din două sisteme de referință care se mișcă unul față de celălalt (invarianță sub o transformare Lorentz spațiu-timp ), și invarianța timpului și a accelerației la o transformare Galilei între două astfel de sisteme de referință care se deplasează cu viteze mici.
Unele mărimi pot fi invariante la unele transformări uzuale, dar nu și la altele. De exemplu, viteza unei particule este invariantă la trecerea de la coordonate rectangulare la coordonate curbilinii, însă nu este invariantă la transformarea între sisteme de referință aflate în mișcare unul față de celălalt. Alte mărimi, precum viteza luminii, sunt întotdeauna invariante.
Se spune că legile fizicii sunt invariante la transformări atunci când predicțiile lor rămân neschimbate. În general, acest lucru înseamnă că forma legii (de exemplu, tipul de ecuații diferențiale utilizate pentru a o descrie) rămâne neschimbată în urma transformărilor, astfel încât nu se obțin soluții suplimentare sau diferite.
Covarianța și contravarianța vectorilor generalizează proprietățile matematice ale invarianței în calculul tensorial și sunt utilizate frecvent în electromagnetism, teoria relativității restrânse și teoria relativității generale.
Note
Vezi și Constantă fizică Grup Poincaré Invariant (matematică) Lege de conservare Simetrie (fizică)
Categorie:Legi de conservare Categorie:Mărimi fizice