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让一个发电厂运转会消耗我们有限的资源（至少以核能、天然气、煤或石油为基础的资源是有限的）。对，我们没必要浪费东西。可是，我们耗费掉的能量到底去哪儿了？消失了吗？你可能会说：“是啊，因为我们不可能把那些能量再找回来！”可物理学家也许会对你说：“能量就储存在大自然中（在大自然中是守恒的）！始终如此，随处可见！”他说得没错。我们的自然规律的基础就是某些物理量的守恒，能量就是其中之一。
知道哪些物理量可以在大自然中保存，固然好。但是，知道这背后的原因也很有趣，不是吗？一个法子是观察许多过程，选择一种物理量，然后比较它“使用前”和“使用后”的情况。其实这就是实验物理学家常用的一个方法。但理论物理学家还掌握着一个重要的工具，可以实际预测被保存起来的物理量。女性数学家艾米·诺特提出了一个定理（“诺特定理”），并于1915年证明了这个定理。该定理称，“对于每一个连续的对称变换，都有一个守恒量与之对应”。其中的“对称”指的是可以在不改变一个系统的属性的情况下变换的物理量。好了，这说得太专业了。我们还是先举个例子吧。如果你扔一个苹果，你可以计算出它在空中的路线和落地前所用的时间。现在如果你把方程式里的时间换成稍后的时间会怎样？在晚上，这个苹果在空中的路线会和以前的完全相同。
你可以再想一个物理量变换的例子：往旁边走几步，然后扔出苹果。还是一样，对吗？如果你愿意的话，你也可以转到某个角度再扔，它会再次以同样的方式落地（当然了，苹果会朝另一个方向飞出去）。无疑，你可以在不改变大自然物理规则的前提下实现事先提出的变换，对吗？现在思考一下诺特的定理：每一种对称（变换后依然具有不变性）都伴随着一种守恒量！第一种是时间不变性，它会带来能量守恒；第二种是平移不变性，它会带来动量守恒；最后是旋转不变性，它会带来角动量守恒。
让我们回来接着说能量。你把能量“消耗”之后，它去哪儿了？这取决于“消耗”的过程。看看我们本节前的漫画吧。埃尔温爬山，他的能量会消耗（也许他会燃烧一些脂肪），但是他越往上爬得到的势能就越多。之后他可以利用这些势能跳下悬崖，随着他下落的速度越来越快，他的势能也转化成了动能。等他落地之后，他的动能很可能大部分都转化成了热能。他和麦克斯韦双臂间的摩擦力会生热。如果他落到其他东西上，他的势能也可以用于改变他或他落到的那东西的结构上。不过，我们还是别想那个景象了。
如果你开着车，你就具有动能，然后你刹车，你便把动能转化为了刹车的热度（热能）。就算神秘的事情发生了，比如即热垫（你按压里面的一个触发器就能突然开始发热的凝胶垫）不知怎么突然变热了，能量也是得以保存了。这类垫子的专业名称是“相变储能材料”。通过外部的触发器（金属片），你可以启动一个转化过程，这种材料的相将从液体转化为固体，能量也得以释放。这种能量存于物质的化学结构中，新结构要保持其形态需要的能量较少，所以它会释放出能量，让垫子热起来。
能量守恒的有趣现象还有粒子衰变、核聚变和核裂变。在这些过程中，能量会按照E=mc²这一公式，部分转化为质量，或从质量中转化出来。
动量的定义是速度和质量的乘积，这种物理量被称为“矢量”。与标量有所不同，它不仅有数值，还有方向。守恒的是一个系统的全部动量。在关于标准模型的那章（“基本粒子的标准模型”），我们看到埃尔温和麦克斯韦踩在滑板上。起初，总动量为零。麦克斯韦扔香蕉的时候，香蕉具有动量。但是为了抵消向右的动量，得另有什么事物得到向左的动量，那便是麦克斯韦自己。如果他的体重是香蕉重量的50倍，那么他向左的后坐速度仅有香蕉速度的1/50。
动量守恒随处可见——不过这一点常常会被遗忘。想想当你站在悬崖边准备扔香蕉的时候！还有，想想你开枪的时候。快速射出子弹会产生相当大的后坐力。就连你起跳的时候，你都会朝相反的方向对地面跺上一脚！但是鉴于地球的质量约是你的质量的10 23 倍，地球的后坐速度完全可以忽略不计。
直线运动对应的是动量，旋转所对应的则是角动量。如果你旋转一个陀螺，它具有的不会是线动量，而是角动量。如果一个球滚下山，它会同时具有线动量和角动量。定义角动量有好几种法子。在一个物体围绕着一个轴旋转的情况下，角动量的大小取决于质量、速度和该物体与旋转轴的距离。如果这三个值的结果要保持恒定，你一定会观察到有趣的效果。如果你看过花样滑冰运动员单脚旋转，你可以看出来，如果他们把双臂贴近身体，他们就会转得快些。如果旋转的物体与旋转轴的距离变短，旋转速度就会提高。还有一个令人印象深刻的例子，那便是一个叫火焰龙卷风的实验（你应该去网上找找相关视频），你可一定要见识一下。在天体物理学中，角动量也起着重要作用，举例来说，中子星以极快速度旋转便是角动量导致的。
其他物理量也是守恒的。电荷守恒告诉我们，每个电荷都有来处，例如，自由电子一定来自发生了电离的原子（中性原子变成负电子或正离子）。若是你想用能量来产生物质，就像在粒子加速器里那样，你会看到，每产生一个物质粒子，都会随之产生相应的反粒子。由于粒子与其反粒子的电荷是相反的，这对粒子整体来说是中性的。
除了电荷之外，还有其他荷在相互作用中守恒，比如强荷和弱荷。你可以在关于强相互作用和弱相互作用的章节中了解到更多情况。物理学家之所以通过非常精确的测量来仔细测试守恒定律，是为了寻找偏差。哪里有守恒定律被打破的情况，哪里就有自然法则需要调整。一个常举的例子是“CP对称”。对这个法则的违反可以解释物质和反物质之间的不对称性。没有这种不对称性，我们就不会存在。