在物理学中，有一条铁律似乎永不动摇，那就是守恒定律，比如能量守恒，就是能量只能从一种形式转化为另一种，但总量不变。

当你踢足球时，肌肉的化学能转化为球的动能，同时产生热能和声能，如果计算前后总能量，它始终相等。或者你开车时，汽油中的化学能可以转化为汽车的动能，而动能又可以转化为热能。但无论如何转换，如果将所有形式加总，能量总量始终不变。

此外还有动量守恒，动量包括线性动量和角动量，它是质量乘以速度的乘积。在孤立系统中，总动量保持不变。比如你在打台球时，白球撞击彩球，其动量转移给彩球，但前后总动量相等。

当然还有其他守恒定律，如电荷守恒，也就是系统的总电荷量不会改变，电荷可以转移，但不能被创造或消灭。以及将质量与能量结合的质能守恒，和角动量守恒，但无论是哪种守恒，长期以来人们只是观察到这些定律的存在，却不知其所以然。直到后来科学家引入“对称性”的概念，一切才变得清晰。

在物理学中，对称性不是指蝴蝶翅膀或镜像对称，而是指物理定律在某些变换下保持不变，比如你今天做实验，明天重复相同实验，结果必然一致。这就是时间平移对称性，物理定律不因时间推移而变。

同样，你在地球的两个地方做相同实验，结果相同，这就是空间平移对称性，也就是说定律不依赖于位置。宇宙没有“特殊地点”或“特殊时刻”，规则处处时时一致。

就像镜像或旋转后的图形在外观上保持不变一样。物理学家和数学家将这种性质称为 ：系统在该变换下具有不变性。 1918年埃米・诺特提出：只要存在这样的对称性，就必然存在一种对应的守恒物理量。如时间平移对称性导致能量守恒。空间平移对称性导致动量守恒，这一理论如今被称为 “诺特定理”。

那么为什么能量会守恒呢？我们知道在宇宙中能量驱动运动、产生热量、点亮光芒，甚至维系物质结构。它能从动能转为热能，或从电能转为声能。不过能量从不凭空出现或消失。

这就是因为宇宙的时间对称性。如果能量突然出现或消失，就意味着某个特殊时刻”，定律在那时改变了，这违反了时间对称，因为宇宙规则本应在任何时间点相同，没有特殊时刻。如果说能量不守恒，那么宇宙就会像有“魔法时刻”一样混乱。每一次实验都有所不同，而现实中实验随时重复结果都会相同，因此能量总量永恒不变。

接下来我们在说说空间对称与动量守恒，空间平移对称性意味着物理定律在任何地方都相同，无论是地球还是银河系或者遥远的仙女座星系。

假设平静的水面上有两艘船，船上各有一个人。当其中一个人把篮球扔给另一个人，那么篮球的动量会传递给两艘船，使它们向相反方向移动。如果动量不守恒，也就是能毫无缘由地变化，比如其中一艘船在没有任何推力的情况下突然开始移动 ， 这就意味着规则取决于位置。

但空间平移对称性明确指出，物理规律与位置无关，无论你在当前位置，还是在 3 米外的位置，规律都完全相同。换句话说，若动量不守恒，就会打破空间平移对称性，暗示宇宙中存在 “动量能凭空出现或消失的特殊位置”。但空间平移对称性不允许这种情况发生，因此动量必须保持恒定。

总结来说守恒定律揭示了宇宙的深刻秩序，假如这些守恒定律不成立，那么我们的宇宙将会崩塌，比如在微观领域，粒子会因突然获得或失去能量，使物质的基本组成单元无法稳定存在，而宏观中，物体的运动也将变得毫无规律。甚至恒星的演化过程都变得不可预测。这也将打破整个宇宙的结构和秩序！