动量守恒定律和能量守恒定律是自然界中的两条基本物理定律，相信大家对此并不陌生，物理课上同学们都用它们来解过不少习题。然而，大家是否思考过，为什么它们会守恒呢？守恒背后体现了自然界的什么基本原理？
下面就来看一下吧。
首先看一下动量。动量的定义是质量与速度的乘积，这是人们定义的一个反映物体的运动总量的概念。它看起来比较直观、很容易理解，因为很明显不能只拿速度当作衡量物质的运动量的标尺，而必须同时考虑到质量。因为，一个缓慢移动的星球比一粒快速移动的灰尘显然具有更大的动量。
那么，再来看动量的另一边。动量的变化等于力与时间的乘积，那么，如果以一个静止的物体作为参考系，就可以发现所谓的动量其实是物体所受到的力在时间上的积累，静止的物体因为受到持续的力而获得初始动量，运动的物体也因为受力而相应改变动量。那么，由于力的作用是相互的，作用力与反作用力大小相等、方向相反，而作用时间又肯定是相同的，那么，施力方所损失的动量也必然与受力方所获得的动量相同，因此这个系统的总动量也必然守恒。
因此，动量守恒定律反映的是两点规律：一是牛顿定律中的作用力与反作用力的关系；二是时间的一致性。
再来看一下能量。能量的定义有很多，不同的能量形式有不同的定义，但都表现为物体做功的能力。在此处，我们只以动能的形式为例进行分析。在动能中，能量是质量与速度平方的乘积再除以2，抛开系数不管，可以发现，其实能量就是在动量基础上又加上了一个速度的乘积。这时，其左边就变为了力与距离的乘积。那么，同样可以发现，能量其实是力在空间上的积累。同样，由于力和空间的一致性，在力的作用期间，一方损失的能量也必然等于另一方所获得的能量，从而使得系统总的能量守恒。
因此，能量守恒反映的也是两点规律：一是牛顿定律中作用力与反作用力的关系；二是空间的一致性。
对于其他不同的能量形式，也仅仅是运动形式和表象的不同，比如电能是大量电子的定向流，热能是物体内部微粒的无规则运动等等，因此也必然符合能量守恒定律。在这里，还可以对势能做进一步分析。势能表现为低能区向高能区的运动，我们会发现，这其实是力在空间上积累的更加直观的一种形式，只是这种力的积累带来的能量被储藏起来了。
讨论至此，我们会发现，两个守恒定律的本质实际上是力的作用过程中，施力方和受力方经历了一致的时间和空间的直接反映。动量守恒的理解较为简单，因为其形式单一；能量守恒的理解困难一些，因为能量随物体运行形式的不同而表现得非常不同，但本质上都是力在空间上的积累。看透了运动的本质，也就能很好地理解为什么能量会守恒了。
网友评论