Головна |
« Попередня | Наступна » | |
8. «Зникнення» і «творіння» матерії |
||
Крім навчань про «відносності простору і часу», ніщо в теорії відносності не викликавши так багато розмов в «власне філософії», як її затвердження, що «матерія» може зникати або може створюватися. Ми не повинні забувати, що головною мішенню в боротьбі, яку «матеріалістична» наука вела проти традиційної релігії, було вчення, що «спочатку бог створив матерію з нічого». Не входячи в обговорення цього філософського конфлікту, спробуємо зрозуміти, в якому сенсі ми можемо сказати, що, згідно фізичної теорії відносності, матерія може зникати або може виникати з «нічого», У розділі 4 було відзначено , що в ньютонівської механіці «кількість матерії» вимірюється масою тіла. Ми дізналися, що для кожного матеріального тіла за допомогою спеціальної процедури вимірювання може бути визначена деяка постійна величина - його маса. Ми дізналися також, що це визначення не буде двозначним тільки в тому випадку, якщо ньютонівські закони * рухи виконуються, інакше не існує постійної величини, яка відображала б всі властивості, які, згідно з традиційними визначеннями, повинна була б мати «маса» тіла. Неважко бачити, що теорія відносності несумісна з допущенням, що ньютонівські закони руху універсально справедливі - особливо, що вони справедливі для всіх швидкостей. Ми постараємося, не заглиблюючись у деталі, показати, що в протилежність ньютоновским законам руху матеріальне тіло не може отримати прискорення, в результаті якого швидкість тіла збільшувалася б до швидкості, яка дорівнювала б швидкості світла або перевершувала б її. Це слід просто з того, що ми показали в § 4. Ми дізналися, що з теорії відносності, з одночасною справедливості принципів I і II, випливає, що ці принципи сумісні тільки в тому випадку, якщо ритм рухомих годин відстає від ритму покояться годин відносно \ fVУ- 2/с2> якщо q є швидкість рухомих годин, а с - швидкість світла; але якщо д перевершує швидкість світла с, то qjc> I і V1-Я2! ° 2 стало б уявним. Було б неможливо виявити будь-яка зміна в ритмі годин, яке зробило б принципи I і II справедливими одночасно. Тому, якщо ми допустимо справедливість цих принципів, то ми виключимо можливість того, що матеріальне тіло може отримати таке прискорення, що його швидкість буде дорівнює швидкості світла щодо F. Це знаходилося б, однак, у кричущому протиріччі з ньютоновскими законами. Якщо постійна сила / діє на тіло з масою т, що має швидкість v, то «кількість руху» (mv) збільшується за одиницю часу на кількість Д (тх>), що дорівнює силі A (mv) ft = f. Якщо т. є величина постійна, то це означає, що Таї - ft. Якщо t досить велике, то ми можемо досягти будь-якого збільшення швидкості Av = ftjm. Тому ми можемо прискорювати матеріальне тіло до будь-якій швидкості і, отже, безумовно, до більш високої швидкості, ніж швидкість світла. Це означає, що з застосовності принципів сталості та відносності ми можемо укласти, що ньютонівські закони руху не можуть мати універсальної застосовності. Вони не можуть бути справедливими для тіла, що має швидкість, порівнянну зі швидкістю світла, або, кажучи іншими словами, вони можуть бути справедливими лише для малих швидкостей, де «малий» означає «малий порівняно зі швидкістю світла». Визначення маси (кількість матерії) в ньютонівської механіці грунтується на застосовності ньютоновских законів. Тільки за цієї умови ставлення прискорень двох тіл при одних і тих же обставин є постійним. Якщо ми виберемо одне з цих тіл, як володіє одиничної масою, то це ставлення буде операційним визначенням маси, якщо ж це ставлення залежить від дійсної швидкості тіла, то не існує ніякої постійної / п, яка мала б властивість бути рівний відношенню прискорень. Це означає, що ньютоновское визначення маси не має в природі нічого йому відповідного. Воно втрачає свою корисність як термін в описі фізичних явищ. Часто говорилося, що теорія відносності «довела», що маса тіла є функцією його швидкості. Цей спосіб вираження не зовсім правильний і часто служив підставою для критики, спрямованої проти теорії відносності. Правильний спосіб опису цієї ситуації приблизно наступний: операціонально визначення маси, упо-требляют в ньютонівської механіці, втрачає свою корисність і має бути відкинуто. Для того щоб зберегти послідовність у розвитку фізичної науки, ми знову введемо поняття «маса» за допомогою операционального визначення, яке не може бути тотожним з поняттям маси ньютонівської механіки. Оскільки передбачається, що ньютонівська механіка справедлива для «малих» швидкостей тіла, остільки ми могли б зберегти традиційне визначення маси, але обмежити його швидкостями, які є «малими» (порівняно зі швидкістю світла). Тоді маса знову опиняється постійної і пов'язаної з силою допомогою формули т - fja або та ~ Д Ми можемо сказати, що з масою в цьому її новому розумінні пов'язано опір тіла зміни швидкості в припущенні, що дійсна швидкість зникаюче мала; іншими словами, це є опір прискоренню для покоїться тіла і називається «масою спокою» (т0). Однак ця маса спокою вже не визначається рівнянням та = /, коли швидкість зростає і стає порівнянної зі швидкістю світла. Ми знаємо, що для великих швидкостей ставлення f / m має зменшуватися, що несумісно з постійністю т0. Якщо ми хочемо, щоб «маса» зберігала властивість бути ставленням прискорень, як це було в ньютонівської механіці (гл. 4, § 7), то ми повинні відкинути властивість сталості і допустити, що маса збільшується зі збільшенням швидкості: "Однак якщо ми заглибимося трохи глибше в суть висновків, отриманих в теорії відносності, то виявимо, що ставлення fja виявляється не одним і тим же, коли сила має напрям дійсної швидкості і тоді, коли сила перпендикулярна дійсної швидкості. Яке ж ставлення має називатися «масою»? Коли Ньютон ввів поняття «кількість руху», або «імпульс», що визначається через mv (добуток маси на швидкість), то він міг вивести зі своїх законів, що сума всіх імпульсів (2/па) у системі залишається по-постійною, якщо на систему не діють ніякі зовнішні сили. Завдяки величезній ролі цього закону (збереження імпульсу) було вирішено дати на-, звання «маса» відношенню {/ а в тому випадку, коли f \ направлено по нормалі по відношенню до дійсними-\ ної швидкості, тому що при такому визначенні \ маси т сума всіх mv (Zmv) зберігатиметься при 'всіх взаємодіях усередині системи, але при відсутність про-. Такі ж висновки зроблені з електромагнітної] теорії матерії Томсоном, Лорентц і Абрагамомі близько 1900 року, ще до того як Ейнштейн видві-j нув свою теорію. Але в той час положення Ньют-1 новской механіки вважалися настільки очевидними, j що твердження про мінливих масі здавалися) незрозумілими або насильством над мовою, який * глибоко проник в наш спосіб виразів про фі-'и зіческом світі. Массі, яка залежала від скоро-1 сти v, було дано назву удаваній маси в про-] тівоположность дійсної масі, яка ото-] ждествлялась з масою спокою. Насправді ж під-і прос про те, яка з них є «законною спадкоємицею» ньютоновского кількості матерії, не може] бути вирішене. Маса спокою успадкувала властивість по-1 стоянства, тоді як релятивістська маса, визна-j ляемая через f / a> успадкувала властивість бути відно-; шением сили до прискорення. Отже, питання про те, яка з них повинна бути оголошена «законною спадкоємицею» ньютонівської маси, може; бути вирішене тільки виходячи з міркувань зручності, простоти і т. п. Підстав для того, щоб релятивістську масу (т = т0 + К/с2 за традицією називати масою, стало и ще більше з тих пір, як величезний інтерес у вчених-- них викликало перетворення маси спокою в енергію, що таїться в ядерних процесах. Якщо ми приймемо so увагу явища, на зразок поділу атома урану, то можемо поставити запитання, сума яких мас зберігається При розщепленні ядра урану: сума мас спокою або сума релятивістських мас. Тепер ми дуже добре знаємо не тільки в якості виведення з теорії відносності, але також і з безпосередніх вимірювань, що сума мас спокою осколків ядра урану менше маси початкового ядра урану. Ми можемо строго довести, що не 2т0, зберігалася в процесі розщеплення, а 2т = т0 4 - l/c2ZKo. Це означає фактично, що якщо 2/Со збільшується, то повинна зменшуватися. Ось що насправді відбувається : завдяки розщепленню створюється зросла кінетична енергія осколків і, отже, має місце невелика втрата маси спокою. Сума мас спокою 2т0 не зберігається протягом реакції. Тому маса спокою не має головного властивості, яке приписувалося традиційної механікою масі; якби маса спокою була тотожна масі , то основний закон збереження маси не мав би сили. Ми знову стоїмо перед вибором: або відкинути цей закон, або відкинути ототожнення маси з масою спокою. В останньому випадку залишається більше незмінених теорем ньютонівської фізики, ніж у першому. Всі ці міркування показують нам, що єдиним можливим виправданням для введення тверджень, на кшталт «маса непостійна», або «маса може зникати», є введення нами маси, як об'єкта, що зберігає можливо більше властивостей старої ньютонівської маси.
|
||
« Попередня | Наступна » | |
|
||
Інформація, релевантна" 8. «Зникнення» і «творіння» матерії " |
||
|