ثابت (في الفيزياء)

في الفيزياء النظرية ، يُعرف الثابت بأنه خاصية قابلة للرصد في نظام فيزيائي تبقى دون تغيير تحت تأثير تحويل ما . ويُشير مصطلح "الثبات"، بمفهومه الأوسع، إلى عدم تغير شكل القوانين الفيزيائية تحت تأثير تحويل ما، وهو أقرب في نطاقه إلى التعريف الرياضي . وترتبط ثوابت النظام ارتباطًا وثيقًا بالتناظرات التي تفرضها بيئته.

يُعد الثبات مفهومًا مهمًا في الفيزياء النظرية الحديثة، ويتم التعبير عن العديد من النظريات من حيث تناظراتها وثوابتها.

في الميكانيكا الكلاسيكية والكمية، يؤدي ثبات المكان تحت الإزاحة إلى ثبات الزخم، وبالتالي حفظ الزخم ، بينما يؤدي ثبات أصل الزمن، أي الإزاحة الزمنية، إلى ثبات الطاقة، وبالتالي حفظ الطاقة . وبشكل عام، وفقًا لنظرية نوثر ، فإن أي ثبات لنظام فيزيائي تحت تناظر مستمر يؤدي إلى قانون حفظ أساسي .

في البلورات ، تكون كثافة الإلكترونات دورية وثابتة بالنسبة للإزاحات المنفصلة بواسطة متجهات وحدة الخلية. وفي عدد قليل جدًا من المواد، يمكن كسر هذا التناظر بسبب زيادة ترابط الإلكترونات .

ومن الأمثلة الأخرى على الثوابت الفيزيائية سرعة الضوء ، وشحنة وكتلة الجسيم الذي يتم رصده من إطارين مرجعيين يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض (الثبات تحت تحويل لورنتز للزمكان ^{[ 1 ]} )، وثبات الوقت والتسارع تحت تحويل غاليليو بين إطارين يتحركان بسرعات منخفضة .

قد تبقى الكميات ثابتةً تحت بعض التحويلات الشائعة، ولكنها لا تبقى ثابتةً تحت تحويلات أخرى. على سبيل المثال، تبقى سرعة الجسيم ثابتةً عند تحويل تمثيلات الإحداثيات من الإحداثيات المستطيلة إلى الإحداثيات المنحنية، ولكنها لا تبقى ثابتةً عند التحويل بين أطر مرجعية متحركة بالنسبة لبعضها البعض. أما الكميات الأخرى، مثل سرعة الضوء، فتبقى ثابتةً دائمًا.

تُعتبر القوانين الفيزيائية ثابتةً تحت التحويلات عندما تبقى تنبؤاتها دون تغيير. وهذا يعني عمومًا أن شكل القانون (مثل نوع المعادلات التفاضلية المستخدمة لوصفه) لا يتغير في التحويلات، بحيث لا تُحصل على حلول إضافية أو مختلفة.

على سبيل المثال، فإن قاعدة نيوتن التي تصف قوة الجاذبية بين جسمين من المادة هي نفسها سواء كانا في هذه المجرة أو في مجرة ​​أخرى ( ثبات الإزاحة في المكان). وهي نفسها اليوم كما كانت قبل مليون سنة (ثبات الإزاحة عبر الزمن). ولا يختلف القانون باختلاف موقع أحد الجسمين شرق أو شمال الآخر ( ثبات الدوران ). كما لا يتغير القانون سواء قمنا بقياس القوة بين الجسمين في محطة قطار، أو أجرينا التجربة نفسها على متن قطار يتحرك بسرعة منتظمة ( مبدأ النسبية ).

إن التغاير والتغاير العكسي يعممان الخصائص الرياضية للثبات في رياضيات الموترات ، ويستخدمان بشكل متكرر في الكهرومغناطيسية والنسبية الخاصة والنسبية العامة .

في مجال الفيزياء ، يُستخدم مصطلح " متغاير" (كما في "التغاير" و"التغاير العكسي" للمتجهات ) بشكل غير رسمي كمرادف لمصطلح "ثابت". على سبيل المثال، لا تحتفظ معادلة شرودنغر بصيغتها المكتوبة تحت تحويلات الإحداثيات في النسبية الخاصة . لذا، قد يقول الفيزيائي إن معادلة شرودنغر ليست متغايرة . في المقابل، تحتفظ معادلة كلاين-غوردون ومعادلة ديراك بصيغتهما المكتوبة تحت هذه التحويلات. لذا، قد يقول الفيزيائي إن هاتين المعادلتين متغايرتان .

على الرغم من استخدام مصطلح "متغاير"، فمن الأدق القول إن معادلات كلاين-غوردون وديراك ثابتة، وأن معادلة شرودنغر ليست ثابتة. إضافةً إلى ذلك، ولإزالة أي لبس، ينبغي توضيح التحويل الذي يتم من خلاله تقييم الثبات.