Es ist eine experimentell gut gesicherte Tatsache, dass sich die Gesamtenergie eines abgeschlossenen Systems nicht ändert, wenn die im System wirkenden Kräfte nur vom Zustand des Systems, nicht aber explizit von der Zeit abhängen.
Abgeschlossen ist ein System dann, wenn kein Austausch mit der Außenwelt stattfindet. In der Praxis ist das natürlich fast nie der Fall, es gibt aber Fälle, in denen der Austausch gering ist und vernachläsigt werden kann. Eine Kugelbahn, die nur mit den Augen beobachtet wird ist also insofern ein abgeschlossenes System, als die Wirkung des Lichts auf eine Metallkugel gering ist. Andererseits wird die Kugel von der Luft gebremst, so dass Energieerhaltung nur im Vakuum oder unter Berücksichtigung der Bewegungsenergie der Luft gegeben ist.
Energieerhaltung liegt immer dann vor, wenn ein Vorgang bezüglich einer Verschiebung in der Zeit symmetrisch ist. Also wenn es unerheblich ist, wann der Vorgang startet. In dem Zimmer, in dem Sie sitzen ist die Energie wahrscheinlich erhalten. Wenn Sie ihr Schlüsselbund fallen lassen, dann geschieht das immer auf die gleiche Weise, unabhängig davon ob Sie ihn jetzt fallen lassen oder in einer viertel Stunde. In einem Fahrstuhl, der beschleunigt und wieder abgebremst wird, sieht die Sache anders aus. Dort fällt ein Schlüssel schneller, wenn der Fahrstuhl gerade nach oben beschleunigt wird, und er fällt langsamer, wenn der Fahrstuhl wieder abgebremst wird. In einem Fahrstuhl ist die Energie also nicht erhalten. Hier hängt die Fallbeschleunigung von der Zeit ab.
Auch wenn Gesamtenergie während eines physikalischen Prozesses immer erhalten ist, ist sie dennoch eine relative Größe. Der Energieinhalt eines physikalischen Systems hängt vom Bezugssystem ab. So hat ein ruhendes Objekt keine kinetische Energie, man kann es aber nach Galileos Relativitätsprinzip auch aus einem bewegten Bezugssystem heraus beschreiben, in dem es zu seiner inneren Energie auch kinetische Energie hat. Eine Größe, die nicht vom Bezugssystem abhängt ist dagegen die so genannte Schwerpunktenergie.
Eine häufige Frage ist, ob die Gesamtenergie im Universum erhalten ist. Die Antwort auf diese Frage ist nicht leicht. Zwar ist das Universum schon nach Definition ein abgeschlossenes System, denn es gibt ja nichts außerhalb. Wenn sich aber das Universum ausdehnt, oder einige Naturkonstanten nicht konstant sind, dann ist die zweite Bedingung für die Energieerhaltung nicht erfüllt. Dann macht es einen Unterschied, wann ein Vorgang astronomischen Ausmaßes beginnt und die Gesamtenergie ist nicht erhalten.
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Letzte Änderung: 19.03.2007