Выстрел из винтовки приводит к отдаче. Пуля движется вперед, винтовка — назад, а общий импульс остается неизменным. Это закон сохранения импульса. В замкнутой системе, без внешних сил, общий импульс всех объектов остается постоянным. Импульс равен произведению массы на скорость, и это вектор, поэтому направление имеет значение. Столкновение двух бильярдных шаров сохраняет импульс. Ракета, выбрасывающая выхлопные газы, сохраняет импульс. Выхлопные газы движутся в одну сторону, ракета — в другую.

Закон сохранения импульса вытекает из третьего закона Ньютона. При взаимодействии двух объектов они оказывают друг на друга равные и противоположные силы в течение одинакового промежутка времени. Это означает, что они получают равные и противоположные импульсы, а значит, и изменения их импульса равны и противоположны. Полный импульс не изменяется. Этот закон справедлив в классической механике и в теории относительности, где импульс переопределен с учетом релятивистского фактора. Он также справедлив в квантовой механике, где импульс является оператором, а сохранение связано с симметрией пространства. Теорема Нётер связывает законы сохранения с симметриями, а сохранение импульса вытекает из того факта, что пространство везде выглядит одинаково.

Факты о сохранении импульса

• Определение. Полный импульс в замкнутой системе постоянен.
• Вектор. Направление имеет значение.
• Третий закон Ньютона. Равные и противоположно направленные силы сохраняют импульс.
• Теорема Нётер. Сохранение следует из симметрии пространства.

Импульс — это не то же самое, что энергия. Оба параметра сохраняются, но это разные величины с разными единицами измерения.