У науковій літературі протягом доволі тривалого часу точиться жвава дискусія навколо поняття маса. Одні визначають масу як кількість речовини, інші як міру інерції, треті як міру енергії. Автор у пропонованій статті намагається віднайти витоки та причини плутанини з цим фундаментальним науковим поняттям.
1. Маса за Ньютоном
1.1 Визначення маси як кількості речовини
Як відомо, поняття маси ввів Ньютон у своїй головній праці "Математичні начала натуральної філософії". Причому робить він це на самому початку своєї праці. Звертаємося до першоджерела і виписуємо з нього визначення, які в Ньютона пронумеровані.
Визначення I
"Кількість матерії (маса) є міра такої, встановлювана пропорційно густині та об'єму її.
Повітря подвійної густини в подвійному об'ємі вчетверо більше, в потрійному - вшестеро. Те саме стосується снігу або порошків, коли вони ущільнюються від стиснення або танення. Це ж стосується і всякого роду тіл, які в силу яких би то не було причин, ущільнюються. Однак при цьому я не беру до уваги того середовища, якщо таке існує, яке вільно проникає в проміжки між частинками. Цю ж кількість я маю на увазі надалі під назвою тіло або маса. Визначається маса за вагою тіла, бо вона пропорційна вазі, що мною знайдено дослідами над маятниками, зробленими найточнішим чином, як про те сказано нижче" [1, стор. 23].
За сучасними уявленнями досить заплутане визначення. Тому зробимо ще одну виписку з російського видання "Начал" - підрядкова примітка №5 перекладача з латинської академіка Крилова О.М.
"Жодне визначення Ньютона не викликало стільки критики і тлумачень, як це перше, висловлене такими словами: "quantitas materiæ est mensura ejusdem orta ex illius densitate et magnitudine conjunctim". У поясненні до цього визначення вказується, що слова "quantitas materiae" - "кількість матерії" є рівносильними словам "corpus" - "тіло" або "massa". Таким чином у цьому визначенні слова "кількість матерії" становлять ніби одне слово, один новий термін, який за подальшого розвитку науки не втримався, і в сучасній термінології замінений рівносильним йому терміном "маса"...
Необхідно також мати на увазі, що в той час під час установлення міри для будь-якої величини встановлювалася лише її пропорційність іншим величинам, від яких залежить ця пропорційність, від яких ця міра залежить. Тоді не говорили, як тепер (коли робиться припущення про прийняту одиницю міри), "площа прямокутника дорівнює добутку його підстави на висоту", а говорили (припускаючи одиницю міри довільної) "площа прямокутника пропорційна його підставці і висоті".
До Ньютона поняття про масу не вводили, і розглядали лише вагу - poudus тіла, і за старовинною термінологією зрозуміло, що густину не визначали як масу одиниці речовини, а казали, що густина тіла пропорційна його вазі й обернено пропорційна його об'єму. Маючи це на увазі, можна ньютонівське визначення, дотримуючись теперішньої термінології, висловити так: "маса є мірою кількості речовини, пропорційною її густині та об'єму". Найсуттєвішим у ньютонівському поясненні терміна і поняття, що вводиться ним, маса є встановлення досвідченим шляхом пропорційності між його масою тіла і його вагою" [1, стор. 23-24].
Озброївшись виписками з першоджерела, ми тепер без жодних тлумачів знаємо, що Ньютон під масою тіла розуміє кількість речовини, тобто, за сучасними поняттями, кількість атомів і молекул речовини, що містяться в цьому тілі. А з роботи академіка Вавилова С.І. "Атомізм Ньютона" нам відомо, що Ньютон не тільки стояв на позиціях атомістичного вчення, а й прозорливо вважав, що атом, найдрібніша частинка речовини, також має складну структуру. Але як виміряти цю кількість речовини?
Щоб не звалитися в тривіальні міркування, Визначення I Ньютона представимо у вигляді формули, відомої кожному зі шкільної лави.
m = ρV, (1)
де m - кількість речовини (за сучасною термінологією відповідно до пояснень перекладача академіка Крилова), яку Ньютон для стислості називає новим терміном маса; ρ - густина речовини; V - її об'єм.
А що таке густина? Густина - скалярна фізична величина, яка визначається як відношення маси тіла до займаного цим тілом об'єму.
Визначення I Ньютона виявляється тавтологією з царини "масло масляне". Величина ρ до того ж є змінною і залежить від тиску і температури, за яких вимірюється густина речовини. Ньютон усе це прекрасно розуміє, і йде від тавтології свого визначення, пропонуючи вимірювати в тілі кількість речовини (масу) через його вагу в стані спокою:
.webp "Формула массы")
Давши визначення кількості речовини (маси) і метод її розрахунку, Ньютон у Визначенні II дає визначення кількості руху. Але нас тут більше цікавить Визначення III.
1.2 Визначення Ньютона інерції як сили опору.
Визначення III
Народжена сила матерії є притаманна їй здатність опору, через яку всяке окремо взяте тіло, оскільки воно надане самому собі, утримує свій стан спокою або рівномірного прямолінійного руху.
Ця сила завжди пропорційна масі, і якщо відрізняється від інерції маси, то хіба тільки поглядом на неї.
Від інерції матерії відбувається, що всяке тіло лише насилу виводиться зі свого спокою або руху. Тому "вроджена сила" могла б бути вельми зрозуміло названа "силою інерції". Ця сила проявляється тілом єдино лише тоді, коли інша сила, до нього прикладена, виробляє зміну його стану. Прояв цієї сили може бути розглянутий двояко: і як опір, і як натиск. Як опір - оскільки тіло опирається силі, що діє на нього, прагнучи зберегти свій стан; як натиск - оскільки те саме тіло, насилу поступаючись силі перешкоди, що чинить опір, прагне змінити стан цієї перешкоди. Опір приписують зазвичай тілам спокійним, натиск - рухомим. Але рух і спокій, при звичайному їхньому розгляді, розрізняються лише у відношенні одного до іншого, бо не завжди перебуває в спокої те, що простому погляду видається" [1, стор. 25].
У Визначенні III автор "Початків" дає визначення поняття інерція тіла, і двічі вказує (у власне визначенні, виділеному курсивом, і в поясненні до нього), що це сила, а отже, в Міжнародній системі виміру (СІ) повинна мати одиницю виміру ньютон (Н). А звідки береться ця сила? Не треба володіти геніальним розумом Ньютона, щоб швидко збагнути, що зміні стану спокою тіла або його руху перешкоджає сила опору середовища, в якому це тіло перебуває. Це перше, що спадає на думку, тому що людина в повсякденному житті своїми органами чуття відчуває опір, наприклад, такого середовища, як вода або повітря. Щоб вивести човен зі стану спокою на озері, необхідно прикласти до човна якусь силу. Так само в річці, щоб човен не віднесло течією, і утримувати його на одному й тому самому місці, необхідно докласти якусь силу, наприклад, гребти веслами проти течії. Щоб причалити до берега, тобто змінити лише напрямок руху човна, необхідно підгрібати якимось одним веслом, тобто також докладати якусь силу. Це ж стосується і руху тіл у потоках повітря.
Визначивши інерцію як силу, що перешкоджає прискоренню тіла (як позитивного, так і негативного), одразу ж на рівні визначення (а не факту, отриманого з експерименту) Ньютон стверджує, що ця сила завжди пропорційна масі і тільки масі? І не залежить від швидкості? Як так, уся друга книга "Початків" присвячена аналізу руху тіл у середовищі, що чинить опір, і в ній найретельнішим чином аналізують залежність сили опору середовища від швидкості тіла, форми і площі перерізу тіла, щільності самого середовища????
Ньютон у своїй математичній теорії руху тіл (динаміці) на рівні визначення постулює, що сила інерції тіла, що рухається у вакуумі, пропорційна тільки масі і не залежить від швидкості тіла і властивостей вакуумного середовища, як наприклад щільності (розрідженості) повітря або рідини. Ми ж сьогодні знаємо, що сила інерції зростає зі зростанням швидкості тіла настільки, що за швидкостей, близьких до швидкості світла, вона прагне до нескінченності. А чи знав це Ньютон? Вважаю, що твердо не знав, але, з огляду на його прозорливість і здатність майже безпомилково заглядати далеко вперед, припускав. Розберемося з його поглядами на ефір.
1.3 Ньютон про ефір у "Началах"
У Відділі VI "Про рух маятників при опорі" Книги II "Початків" Ньютон описує свої досліди з визначення опору руху маятника в повітрі, воді та ртуті. Визначає, що вода чинить опір руху маятника у 571 раз сильніше, ніж повітря, ртуть у 13-14 разів сильніше, ніж вода. Підсумки своїх дослідів підводить таким висновком:
"З описаного ж з достатньою ясністю випливає, що опір тіл, що швидко рухаються, приблизно пропорційний густині тієї рідини, в якій тіла рухаються. Я не кажу, що точно пропорційні, бо рідини в'язкіші за однакової густини, безсумнівно, чинять більший опір, ніж рідини більш текучі, так, наприклад, холодна олія порівняно з гарячою, гаряча - більший, ніж дощова вода, вода - більший, ніж винний спирт". [Ньютон закінчує Книгу II "Початків" описом досліду з визначення сили опору ефіру, тобто сили інерції тіл, і завершує Книгу II "Початків" описом досліду з визначення сили опору ефіру.
"Є думка, що існує деяке надзвичайно тонке ефірне середовище, яке вільно проникає крізь пори і проміжки між частинками всяких тіл; від такого середовища. При протіканні його через пори тіл, мав би проходити опір, тому я провів випробування, щоб визначити, чи зосереджений повністю опір, який відчувають тіла під час руху, на їхній зовнішній поверхні, або ж і внутрішні частини тіл зазнають помітного опору. Дослід, який я придумав, полягав у такому: до досить міцно укріпленого сталевого гака, за допомогою сталевого кільця, я підвісив на нитці завдовжки 11 футів круглу ялинову діжечку, щоб отримати маятник зазначеної довжини. Гак зверху був на своїй запалій поверхні добре загострений, так щоб кільце, налягаючи верхньою своєю частиною на це гостре ребро, могло рухатися абсолютно вільно, до нижньої ж частини кільця була прив'язана нитка. Я відхиляв маятник, таким чином влаштований, приблизно на 6 футів від схилу в площині, перпендикулярній до загостреного ребра гака, щоб кільце під час хитань маятника не ковзало назад і вперед, бо точка підвісу, в якій кільце торкається гака, має залишатися нерухомою. Я точно помічав початкове відхилення, що повідомляється мною маятнику, потім, пустивши маятник, я помічав ще три інших його відхилення, які маятник мав після першого, другого і третього розмаху. Я повторював це багаторазово, щоб визначити ці відхилення якомога точніше. Потім я наповнював діжечку свинцем і важчими з наявних під рукою металів; перед тим я зважив порожню діжечку разом із тією частиною нитки, якою вона була обмотана, і половиною решти частини, укладеної між гаком і підвішеною діжечкою, бо нитка, коли маятник відхилений від прямого положення, діє на нього половиною своєї ваги. До цієї ваги я додав вагу повітря, що заповнювало діжку. Повна вага порожньої діжечки становила приблизно 1/78 ваги діжечки, заповненої металами.
Оскільки діжка, наповнена металом, розтягуючи нитку, збільшувала її довжину, то я вкорочував нитку настільки, щоб під час хитань маятника довжина її була такою ж, як і раніше. Відвівши потім маятник до першого з помічених, як сказано вище, відхилень, я його пускав і налічував близько 77 хитань, поки маятник мав відхилення, що дорівнює другому, потім ще стільки ж, поки воно дорівнювало третьому, і нарешті, ще стільки ж, коли воно дорівнювало четвертому. Звідси я роблю висновок, що весь опір заповненої діжечки має не більше відношення до опору порожньої, як 78 до 77. Бо, якби обидва опори були рівні, то заповнена діжечка, маса якої в 78 разів більша за масу порожньої діжечки, повинна була б зберігати і в стільки ж разів довше свій коливальний рух і, отже, після здійснення 78 розмахів приходити в помічені, як сказано вище, положення. Вона ж приходила в них через 77 розмахів. Позначимо через А - опір, що діє на зовнішню поверхню діжечки, і через В - опір на внутрішні частинки порожньої діжечки; якщо прийняти, що за однакових швидкостей опір, який діє на внутрішні частинки тіл, пропорційний кількості матерії, тобто числу тих, які зазнають опору, тобто числу тих, які зазнають опору, тобто числу тих, які зазнають опору, тобто числу тих, які зазнають опору, тобто числу тих, які зазнають опору. тобто числу частинок, що зазнають опору, то опір на внутрішні частинки заповненої діжечки буде 78В, отже, повний опір A+В порожньої діжечки буде ставитися до повного опору А+78В заповненої, як 77 до 78...
Отже, опір на внутрішні частинки порожньої діжечки в 5 з лишком тисяч разів менший, ніж опір на її зовнішню поверхню. Щоправда, під час цього міркування ми виходили з припущення, що більший опір заповненої діжечки походить не від якихось інших причин, як від дії деякої найтоншої рідини на ув'язнені в ній метали [1, стор. 419 - 421].
З цього досліду з ялиновою діжечкою Ньютон знаходить величину сили опору ефіру (сили інерції), яка майже в 6000 разів слабша, ніж сила опору повітря. Що таке ефір поки незрозуміло, яка його щільність у різних областях Сонячної системи, що впливає на величину його опору, невідомо. Опір середовища, ефіру, можливо, також залежить від швидкості тіла, але розкид швидкостей руху планет по орбітах дуже невеликий: від 50 км/сек у Меркурія до 10 км/сек у Сатурна (за часів Ньютона відомі були тільки 6 планет). Тому Ньютон і ухвалює рішення у своїй математичній моделі руху тіл зробити припущення, що сила інерції пропорційна тільки масі тіла, а вплив густини ефіру, швидкості тіла, його форми та об'єму на цю силу поки що можна не брати до уваги. Оскільки тема ефіру на сьогоднішній день для фундаментальної фізики є вельми болючою, дозволю собі зробити ще дві виписки з "Початків", у яких Ньютон висловлюється з цієї проблеми. Закінчує він свою головну працю таким знаменитим абзацом.
"Тепер слід було б дещо додати про якийсь найтонший ефір, що проникає в усі суцільні тіла і в них міститься, силою і діями якого частки тіл на вельми малих відстанях взаємно притягуються, а при зіткненні зчіплюються, наелектризовані тіла діють на великі відстані, як відштовхуючи, так і притягаючи близькі малі тіла, світло випромінюється, відбивається, заломлюється, ухиляється і нагріває тіла, збуджується будь-яке відчуття, що змушує члени тварин рухатися за бажанням, передаючись саме коливаннями цього ефіру від зовнішніх органів чуття мозку і від мозку м'язам. Але це не може бути викладено стисло, до того ж немає і достатнього запасу дослідів, якими закони дії цього ефіру були б точно визначені і показані". [1, стор. 662].
А в алфавітному предметному покажчику він записує:
"Ефір, що проникає в усі тіла і в тілах міститься, з яким безліч явищ природи слід пов'язувати, потребує більш ретельного дослідження 662". [1, стор. 676].
1.4 Прискорення вільного падіння
Будь-якому школяреві відомо, що прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла. Повернемося до дослідів Ньютона з ялиновою діжечкою. Ці досліди, якщо вони коректні, свідчать про протилежне: прискорення вільного падіння для порожньої діжечки більше, ніж для навантаженої, адже навантажена діжечка здійснила 77 хитань замість 78 легкої діжечки.
Чи можемо ми довіряти цим дослідам Ньютона? Ні, не можемо. Навантажена діжечка була в 78 разів важча за легку, а отже, сила тиску кільця маятника на ребро гака була в стільки ж разів більшою, і діжечка зі свинцем втратила одне гойдання за рахунок сильнішого тертя сталевого кільця об ребро гака. Таким чином, ми не можемо довіряти й оцінці Ньютона сили опору ефіру, вона при швидкостях його маятника значно слабша.
Утім, і сам Ньютон не дуже-то довіряв своїм дослідам із діжечкою, судячи з його незграбних застережень: "Я виклав цей дослід на пам'ять, бо папір, на якому я його записав, пропав... Провести ж знову всі випробування я не мав часу". [1, стор. 421]. В іншій його великій праці "Оптика", що вийшла друком за 20 років після видання "Початків", Ньютон у Питанні 22 третьої книги "Оптики" дає вже іншу ймовірну оцінку сили опору ефіру рухам планет і комет: більш ніж у 1 000 000 разів меншу, ніж опір повітря. [2, стор. 267].
Так чому ж свинцева дробинка масою 1 г, кинута з висоти, скажімо, 80 м (час польоту близько 4 сек) усередині вертикальної вакуумної труби, пройде цю відстань за той самий час, що і свинцева куля масою, наприклад, 100 кг? Адже на кулю діє сила тяжіння в 100 000 разів більша, ніж на дробинку.
Досить часто в літературі та в інтернеті можна зустріти такий математичний "доказ" незалежності величини прискорення вільного падіння від маси тіла, що падає.
Виразимо вагу дробинки масою 1 г і свинцевої кулі масою 100 кг через Закон всесвітнього тяжіння.
"Доведено", що прискорення вільного падіння не залежить від маси падаючого тіла.
Насправді ці математичні перетворення є софістикою математичного формалізму, яка нічого не доводить. Чому? Як ми пам'ятаємо, Ньютон запровадив поняття маси як кількість речовини і запропонував величину маси вимірювати її вагою у стані спокою. У перетвореннях, наведених вище, присутня тавтологія: маса m, що стоїть у правій частині рівняння (5), визначається через вагу, а вага в лівій частині цього самого рівняння визначається через масу - "олія масляна", і величина m у рівнянні скорочується за визначенням.
Так чому ж прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла, що падає? На тіло, що падає у вакуумі, діє дві протилежно спрямовані сили:
- сила тяжіння, яка за Визначенням I у "Началах" пропорційна масі;
- сила опору ефіру, яка в явищах проявляє себе як сила інерції, спрямована в протилежний бік сили тяжіння.
Спостережуваний феномен незалежності величини прискорення вільного падіння від маси тіла, що падає, може бути тільки за умови, що сила опору ефіру пропорційна масі тіла і не залежить від форми та об'єму тіл і хімічного складу речовини цього тіла. Таким чином, Ньютон у поясненні до Визначення III додає важливу властивість сили інерції - її пропорційність масі і тільки масі тіла, кількості речовини, виміряної через його вагу. З дослідів з ялиновою діжкою видно, що Ньютон ясно розумів, що сила інерції - це сила опору ефіру, якогось найтоншого середовища (природа якого ще не вивчена й дотепер), що не тільки є зовнішнім по відношенню до тіла, що рухається, але цей ефір перебуває й у самому тілі ("Ефір, який проникає крізь усі тіла та у тілах міститься...") і, судячи з усього, якось взаємодіє з ефіром, який перебуває поза тілом. Але що таке ефір незрозуміло, Ньютон в "Оптиці" з роздратуванням і з досадою на самого себе писав: "Я не знаю, що таке цей ефір". [2, стор. 267].
Річ у тім, що під ефіром на той час розуміли найтонше середовище у вигляді рідини, що володіє відомими механічними властивостями: щільністю, пружністю тощо. Але цими механічними властивостями гіпотетичного ефіру не пояснювалися спостережувані явища природи, оскільки сьогодні ми вже можемо з великою часткою впевненості припускати, що ефір (або нитки Поля) мають електромагнітну природу. Тому Ньютон у Визначенні III уникає згадки незрозумілого ефіру, а інерцію оголошує вродженою силою матерії - так влаштована природа. Одну "непонятку" - ефір замінює на іншу "непонятку" - таємничу, божественну вроджену властивість матеріальних тіл інертність.
Аргумент "Так влаштована природа" вже з часів Канта не проходить. Наприклад, нам відомо, що протилежно заряджені електричні заряди притягуються, а однойменні відштовхуються. Ці наші знання за Кантом є всього лише поверхневими, бо для повного пізнання цього явища наука має пояснити його внутрішній механізм, чому і як це відбувається. Або інший приклад. Над усіма явищами в природі царює закон збереження енергії. Енергія перетворюється з однієї форми в іншу, але не убуває і не приростає. Чому? Наприклад, хімія закон збереження кількості речовини під час хімічних реакцій пояснює атомно-молекулярною теорією, згідно з якою атом є найменшою неподільною частинкою для хімічних процесів. Атоми в цих процесах не зникають і не додаються, що є реальністю, а закон збереження кількості речовини є лише абстракцією наукової теорії, яка описує цю реальність. Отже, за аналогією фізика має знайти найдрібнішу неподільну частинку енергії, яка і є реальною основою закону збереження енергії, не абстрактно-математичний квант Планка, а фізично реальну найдрібнішу неподільну частинку енергії, що є первинним будівельним матеріалом ниток Поля (ефіру), елементарних частинок, атомів і молекул.
2. Суперечки не про те
Які ж сучасні уявлення про масу? Заглядаємо у Вікіпедію, стаття маса.
"Маса - скалярна фізична величина, що визначає інерційні та гравітаційні властивості тіл у ситуаціях, коли їхня швидкість набагато менша за швидкість світла.
Таким чином, сучасна фізика підмінила поняття маси як кількості речовини за Ньютоном на міру інерції тіла. Тепер увійдіть у положення школяра або студента. На заняттях з хімії учень твердо знає, що маса - це кількість речовини, вимірювана через її вагу. Лавуазьє, засновник сучасної хімії як суворої науки, ретельно зважував ваги речовин до хімічної реакції і після неї, відкрив закон збереження речовини, увів поняття хімічний елемент і хімічна сполука.
На заняттях з фізики спочатку учневі пояснюють, що в хімії маса - це одне, а у нас у фізиці маса - це інше, міра інертності, а потім під час вивчення Закону всесвітнього тяжіння міра інертності раптом знову перетворюється на кількість речовини. І як тут не заплутатися? Але справжній хаос і плутанина з масою знаходиться в головах релятивістів. Як приклад наведу одну дискусію між релятивістами.
Академік Окунь Л.Б., вирішивши покінчити з цим хаосом і плутаниною в головах релятивістів, 1989 року в авторитетному журналі "Успехи физических наук" публікує ґрунтовну статтю "Понятие массы (Масса, Энергия, Относительность)". На початку своєї статті він наводить чотири формули.
2. Суперечки не про те
Які ж сучасні уявлення про масу? Заглядаємо у Вікіпедію, стаття маса.
"Маса - скалярна фізична величина, що визначає інерційні та гравітаційні властивості тіл у ситуаціях, коли їхня швидкість набагато менша за швидкість світла.
Таким чином, сучасна фізика підмінила поняття маси як кількості речовини за Ньютоном на міру інерції тіла. Тепер увійдіть у положення школяра або студента. На заняттях з хімії учень твердо знає, що маса - це кількість речовини, вимірювана через її вагу. Лавуазьє, засновник сучасної хімії як суворої науки, ретельно зважував ваги речовин до хімічної реакції і після неї, відкрив закон збереження речовини, увів поняття хімічний елемент і хімічна сполука. На заняттях з фізики спочатку учневі пояснюють, що в хімії маса - це одне, а у нас у фізиці маса - це інше, міра інертності, а потім під час вивчення Закону всесвітнього тяжіння міра інертності раптом знову перетворюється на кількість речовини. І як тут не заплутатися? Але справжній хаос і плутанина з масою знаходиться в головах релятивістів. Як приклад наведу одну дискусію між релятивістами.
Академік Окунь Л.Б., вирішивши покінчити з цим хаосом і плутаниною в головах релятивістів, 1989 року в авторитетному журналі "Успехи физических наук" публікує ґрунтовну статтю "Понятие массы (Масса, Энергия, Относительность)". На початку своєї статті він наводить чотири формули.
Маса релятивістськи рухомого тіла не є мірою його інертності. Ба більше, єдиної міри інертності для релятивістськи рухомих тіл узагалі не існує, оскільки опір тіла силі, що прискорює його, залежить від кута між силою і швидкістю.
Маса релятивістськи рухомого тіла не визначає його взаємодії з гравітаційним полем. Ця взаємодія визначається виразом, що залежить від енергії та імпульсу тіла.
Незважаючи на чотири "не" маса тіла і в теорії відносності є його найважливішою характеристикою. Рівна нулю маса означає, що "тіло" має завжди рухатися зі швидкістю світла. Нерівна нулю маса характеризує механіку тіла в системі відліку, де воно рухається повільно або спочиває...
Згідно з теорією відносності маса частинки є мірою енергії, яка "спить" у частинці, що спочиває, мірою енергії спокою: E0 = mc2. Ця властивість маси була невідома в нерелятивістській механіці.
Маса елементарної частинки є однією з її найважливіших характеристик. Її намагаються виміряти з найкращою точністю. Для стабільних або довгоживучих частинок масу визначають шляхом незалежного вимірювання енергії та імпульсу частинки і застосування формули m2 = E2/c4 - p2/c2. Маси короткоживучих частинок визначають шляхом вимірювання енергій та імпульсів частинок, що народжуються під час їхнього розпаду або "присутні" при їхньому народженні...
4. ПРИРОДА МАСИ - ПИТАННЯ № 1 СУЧАСНОЇ ФІЗИКИ
За останні десятиліття відбувся великий прогрес у розумінні властивостей елементарних частинок...
Що стосується мас частинок, то тут досягнення набагато скромніші. На рубежі XIX і XX століть існувала віра, що маса може мати суто електромагнітне походження, принаймні, для електрона. Сьогодні ми знаємо, що електромагнітна частка маси електрона становить малу частку його повної маси. Ми знаємо, що основний внесок у маси протонів і нейтронів дають сильні взаємодії, зумовлені глюонами, а не маси кварків, що входять до складу протонів і нейтронів.
Але ми абсолютно нічого не знаємо про те, чим зумовлені маси шести лептонів (електрона, нейтрино і ще чотирьох аналогічних їм частинок) і шести кварків (з яких три перших істотно легше за протон, четвертий - небагато, а п'ятий вп'ятеро важчий за протон, а шостий настільки масивний, що його поки що не вдалося створити і виявити)...
5. НА СТИКУ СТОЛІТЬ: ЧОТИРИ "МАСИ"
Усе викладене в першій частині цієї статті відоме будь-якому фізику-теоретику, який коли-небудь мав справу зі спеціальною теорією відносності. З іншого боку, будь-який фізик і не тільки фізик, чув про "знамените" співвідношення Ейнштейна E = mc2. Тому природно поставити запитання, яким чином здійснюється в літературі та умах читачів мирне співіснування взаємовиключних формул:
Перш ніж шукати відповідь на це запитання, ще раз нагадаю, що згідно з першою формулою масі тіла, що знаходиться в стані спокою, відповідає енергія спокою E0, а згідно з другою будь-яке тіло з енергією E має масу E/c2. Згідно з першою маса тіла не змінюється під час його руху. Згідно з другою маса тіла зростає зі зростанням швидкості тіла. Згідно з першою фотон безмасовий, згідно з другою у фотона є маса, що дорівнює E/c2.
Щоб відповісти на поставлене запитання про співіснування формул, нам доведеться звернутися до історії створення, інтерпретації та визнання спеціальної теорії відносності.
Під час обговорення питання про зв'язок маси й енергії за відправну точку зазвичай беруть статтю Дж. Дж. Томсона, опубліковану в 1881 р. У цій статті було зроблено першу спробу оцінити внесок в інертну масу електрично зарядженого тіла, що вноситься енергією електромагнітного поля цього тіла.
Зазвичай народження теорії відносності пов'язують зі статтею Ейнштейна 1905 р., у якій було чітко сформульовано відносність одночасності. Але, зрозуміло, робота над створенням та інтерпретацією теорії розпочалася задовго до 1905 р. і тривала довгий час після цього...
Тут букву m ми вживаємо у звичайному значенні, оскільки вживали її в першій частині цієї статті. Але всі фізики в перші п'ять років цього століття, тобто до створення теорії відносності, а багато хто і після створення теорії відносності називали масою і позначали буквою m релятивістську масу, як це зробив Пуанкаре в роботі 1900 р. І тоді з неминучістю повинен був виникнути і виник ще один, четвертий термін: "маса спокою", яку стали позначати m0. Терміном "маса спокою" стали називати звичайну масу, яку при послідовному викладі теорії відносності позначають m.
Так з'явилася "банда чотирьох", якій вдалося успішно впровадитися в теорію відносності, що народжувалася. Так було створено необхідні передумови для плутанини, що триває донині.
З 1900 р. почалися спеціальні досліди з β-променями і катодними променями, тобто з енергійними електронами, пучки яких відхилялися магнітними та електричними полями...
Ці досліди називалися дослідами з вимірювання залежності маси від швидкості, і протягом майже всього першого десятиліття нашого століття їхні результати не узгоджувалися з отриманими Лоренцем виразами для m┴ і m║, а, власне кажучи, спростовували теорію відносності та перебували у хорошій згоді з неправильною теорією М. Абрагама. Надалі згода з формулами Лоренца взяла гору, але... вона не виглядала абсолютно переконливою.
6. МАСА І ЕНЕРГІЯ У СТАТТЯХ ЕЙНШТЕЙНА 1905 р.
У першій роботі Ейнштейна з теорії відносності він, як і всі на той час, користується поняттями поздовжньої і поперечної маси...
У тому ж 1905 р. Ейнштейн друкує коротку замітку, в якій доходить висновку, "що маса тіла є міра енергії, яка міститься в ньому". Якщо скористатися сучасними позначеннями, то цей висновок виражається формулою E0 = mc2.
Таким чином, у цій роботі запроваджено поняття енергії спокою тіла і встановлено еквівалентність маси тіла та енергії спокою.
7. "УЗАГАЛЬНЕНА ФОРМУЛА ПУАНКАРЕ"
Наприкінці 10-х років істотну роль у створенні сучасного єдиного чотиривимірного просторово-часового формалізму теорії відносності відіграли роботи Планка і Мінковського. Приблизно в той самий час у статтях Льюїса і Толмена на трон теорії відносності було остаточно зведено "дорелятивістську масу", що дорівнює E/c2. Вона отримала титул "релятивістської маси" і, що найсумніше, узурпувала ім'я просто "маси". А справжня маса потрапила в становище Попелюшки і отримала кличку "маса спокою"...
Я не випадково згадав Попелюшку. Маса, що зростає зі швидкістю, - це було по-справжньому незрозуміло і символізувало глибину і пишність науки і заворожувало уяву. Що порівняно з нею звичайна маса, така проста, така зрозуміла!
8. ТИСЯЧА І ДВІ КНИГИ
Назва цього розділу умовна в тому сенсі, що повна кількість книг, які обговорюють теорію відносності, мені невідома. Напевно воно перевищує кілька сотень, а можливо, і тисячу. Але дві книги, що з'явилися на початку 20-х років, необхідно виділити особливо. Обидві вони дуже знамениті і шануються не одним поколінням фізиків. Перша - енциклопедична монографія 20-річного студента Вольфганга Паулі "Теорія відносності", що вийшла в 1921 р. Друга - "Сутність теорії відносності", опублікована 1922 р. самим творцем спеціальної та загальної теорії - Альбертом Ейнштейном. Питання про зв'язок енергії та маси в цих двох книгах викладено кардинально по-різному.
Паулі рішуче відкидає, як застарілі, поздовжню і поперечну маси (а з ними і формулу F = ma), але вважає "доцільним" користуватися формулою p = mv, а, отже, і поняттям маси, залежної від швидкості, якому він присвячує низку параграфів. Багато місця він приділяє "закону еквівалентності маси та енергії" або, як він його називає, "закону інертності енергії будь-якого виду", згідно з яким "всякій енергії відповідає маса m = E/c2".
На відміну від Паулі, Ейнштейн буквою m називає звичайну масу. Виражаючи через m і швидкість тіла чотиривимірний вектор енергії-імпульсу, Ейнштейн потім розглядає тіло, яке перебуває в стані спокою, і доходить висновку, "що енергія E0 тіла в стані спокою дорівнює його масі". Слід зауважити, що вище як одиницю швидкості він приймає c. Далі він пише: "Якби ми вибирали як одиницю часу секунду, ми отримали б
E0 = mc2.
Маса й енергія, таким чином, подібні за суттю - це тільки різні вирази одного й того самого. Маса тіла не постійна; вона змінюється з його енергією". Однозначного сенсу двом останнім фразам надають вступні слова "таким чином" і та обставина, що вони слідують безпосередньо за рівнянням E0 = mc2. Отже, маси, що залежить від швидкості, у книзі "Сутність теорії відносності" немає.
Можливо, що якби Ейнштейн більш детально і послідовно прокоментував своє рівняння E0 = mc2, то рівняння E = mc2 зникло б із літератури вже у 20-х роках. Але він цього не зробив, і більшість наступних авторів пішли слідом за Паулі, і маса, залежна від швидкості, заполонила більшість науково-популярних книжок і брошур, енциклопедій, шкільних і вишівських підручників із загальної фізики, а також монографії, зокрема й книжки видатних фізиків, спеціально присвячені теорії відносності...
9. ЧОМУ ПОГАНО НАЗИВАТИ МАСОЮ E/c2
Теорія відносності проста і прекрасна, а її виклад мовою двох мас заплутаний і потворний. Формули E2 - р2 = m2 і р = Ev (я користуюся зараз одиницями, в яких c =1) є одними з найбільш ясних, красивих і потужних формул фізики.
З іншого боку, формула E = m (я знову вважаю c = 1) потворна, оскільки являє собою вкрай невдале позначення енергії E ще однією літерою і терміном, до того ж літерою і терміном, з якими у фізиці пов'язане інше важливе поняття. Єдиним виправданням цієї формули є виправдання історичне: на початку століття вона допомогла творцям теорії відносності створити цю теорію. В історичному плані цю формулу і все, пов'язане з нею, можна розглядати як залишки будівельного риштування, яке використовували під час спорудження чудової будівлі сучасної науки. А якщо судити з літератури, то сьогодні вона виглядає мало не як головний портал цієї будівлі...
Адже на дефініції E = mc2 ґрунтуються десятки сторінок глибокодумних філософських міркувань про повну еквівалентність маси й енергії, про існування єдиної сутності "мас-енергій" тощо, водночас, відповідно до теорії відносності, справді, будь-якій масі відповідає енергія, але аж ніяк не навпаки: не будь-якій енергії відповідає маса. Тож повної еквівалентності маси й енергії немає...
Література з теорії відносності містить таку плутанину в позначеннях і термінології, що нагадує місто, в якому транспорт підпорядковується одночасно правилам і правостороннього, і лівостороннього руху. Наприклад, у Великій Радянській енциклопедії, у різних фізичних енциклопедіях і довідниках літерою m позначають масу і релятивістську масу; звичайну масу іноді називають масою, але частіше масою спокою, релятивістську масу називають також масою руху, але часто називають просто масою...
10. "ТАТУ, A МАСА СПРАВДІ ЗАЛЕЖИТЬ ВІД ШВИДКОСТІ?"
Так називається стаття К. Адлера, опублікована в "Американському журналі фізики" в 1987 р. Запитання, винесене в заголовок, поставив автору його син. Відповідь була: "Ні!". "Втім, так", "Насправді ні, але не кажи про це своєму вчителю". Наступного дня син припинив займатися фізикою".
***
Ось як! У релятивістів маса тепер уже і не кількість речовини, і не міра інерції, а міра енергії, але "повної еквівалентності маси й енергії немає", хоча якщо за одиницю швидкості взяти швидкість світла (с =1), то "одна з найяскравіших, найкрасивіших і найпотужніших формул фізики" перетворюється на тавтологію E = m (хоч із нуликами, хоч без нуликів).
Нас тут абсолютно не цікавить змістовна частина суперечок всередині релятивістів. Тому я навів лише ті виписки зі статті Окуня, з яких чітко видно ступінь заплутаності мізків тих, хто істинно вірить у СТО, хто є справді великими і глибокими знавцями цієї своєрідної теорії і добре орієнтується в її математичній формалістиці.
Нам би зрозуміти, чому у релятивістів так погано зі здоровим глуздом, на що чесно вказує сам Окунь, який істинно вірить у догмати СТО, що для цього прошарку вчених уже давно перетворився на якийсь різновид релігії. У розділі 2 своєї статті він пише:
"Ми не будемо тут обговорювати інші властивості маси, перераховані на початку цього розділу, оскільки вони видаються самоочевидними з точки зору здорового глузду. Зокрема, ні в кого не викликає сумніву, що маса вази дорівнює сумі мас її осколків".
А вже в розділі 9 він заявляє:
"Тепер саме час згадати про розбиту вазу, згадану в розділі 2. Сума мас осколків вази дорівнює масі вази з тією точністю, з якою енергія зв'язку цих осколків мала порівняно з їхньою енергією спокою". Тобто академік Окунь, анітрохи не бентежачись, щиро заявляє: так, догмати моєї релігії (релятивізму) суперечать здоровому глузду, але я в неї вірю і проповідую, тих, що заблукали, спрямовую на шлях істинний, тому що все інше єресь, псевдонаука з "несерйозними статтями і монографіями".
Ньютон у науку ввів поняття маси тіла як кількість речовини, тобто атомів за сучасними уявленнями. Запропонував її вимірювати через вагу, тобто силу тяжіння до Землі. За допомогою дослідів над маятниками дійшов висновку, що зміні руху протидіє сила опору ефіру. Цей гіпотетичний і незрозумілий для Ньютона ефір чинить опір руху тіла зовсім не так, як речове середовище (повітря, вода чи ртуть). Якщо тіло рухається рівномірно і прямолінійно, то цього ефіру ніби й немає, він не проявляє себе силою свого опору руху, або цей опір настільки малий, що він не виявляється в дослідах.
Але варто тільки тілу спробувати надати прискорення, вивести зі стану спокою або змінити напрямок руху, як цей ефір одразу ж показує свій норов і починає чинити опір, і щоб подолати цей ефірний опір, до тіла необхідно докладати зовнішню силу. Ньютон цей незрозумілий для нього ефір виносить за дужки своєї праці, зрідка роблячи невеликі застереження, і у Визначенні III силу опору ефіру акуратно називає силою інерції, яка з дослідів завжди пропорційна масі як кількості речовини, що міститься в цьому тілі. І ось ця чудова властивість опору ефіру дозволяє Ньютону сформулювати свій другий закон, а формула цього закону
стає фундаментальним рівнянням, з якого і виводиться весь математичний апарат класичної механіки. Коротше, пощастило Ньютону, викрутився і не застряг в ефірному болоті, а звалив цю проблему на майбутні покоління фізиків. Майбутні покоління фізиків на підставі дослідів Фізо з проходженням світла в трубах із водою, дослідів Майкельсона та низки сучасних експериментів доходять до поки що поверхневого висновку ("так влаштована природа"): розігнати тіло речовини, її найдрібнішу частку атом, можна лише до якоїсь певної граничної швидкості Vпред. Оскільки швидкість світла є найвищою з відомих на сьогодні швидкостей взаємодії, то можна для розрахункових цілей покласти, що гранична швидкість дорівнює швидкості світла (Vпред. = с). Але ми можемо закласти в математичну формалістику й інше значення граничної швидкості, наприклад, Vпред. = 0,99 с, або із запасом Vпред. = 1,01с.
Атом - складна структура з ядром, електронною оболонкою, структурами ниток Поля, якими заповнений простір між ядром і оболонкою, а можливо, і між шарами оболонки. Під час руху атома він взаємодіє з нитками Поля, що і проявляється у вигляді інертності тіла. Але за високих швидкостей близьких до швидкостей електромагнітних процесів сила опору ниток Поля зміні швидкості атома речовини і за величиною, і за напрямком зростає. Тому фундаментальне рівняння другого закону Ньютона повинно мати вигляд:
де k - це поправочний коефіцієнт, на зростання сили опору ниток Поля (ефіру), зі зростанням швидкості, що являє собою якусь функцію від співвідношення швидкості атома і граничної швидкості, а також напряму дії сили, уздовж або поперек руху:
У математичній формалістиці СТО роль такого коефіцієнта відіграє вираз, який отримав навіть своє ім'я Лоренц-фактор - γ:
Релятивісти у своїх розрахунках воліють користуватися Лоренц-фактором, і другий закон Ньютона в них має такий вигляд:
- якщо сила опору ефіру спрямована вздовж руху атома, паралельна швидкості, то
З цих виразів, ми бачимо, що ніяких чудес з масою атома не відбувається, якщо правильно розуміти фізичну природу інертності. У правій частині рівнянь стоїть стара, добра маса як кількість речовини, виміряна через її вагу в лабораторії на Землі. Вона зі зміною швидкості і не зростає, і не зменшується, а змінюється сила опору ефіру.
***
Механіка Ньютона досліджує рух тіл, атомів речовини. Атом є останньою ядерною структурою матерії, далі вниз, углиб будови матерії речовина закачується, починаються доатомні структури: елементарні частинки і нитки Поля. До елементарних частинок поняття маси не застосовне. По-перше, тому що це вже не речовина, по-друге, визначити в дослідах міру кількості матерії, що міститься в елементарних частинках (електрона, протона, нейтрона, фотона), через їхню вагу, силу тяжіння до Землі, в дослідах вельми складно, а багато хто з них узагалі не відчувають силу тяжіння до центру Землі.
Ми з читачем тепер розуміємо, що насправді необхідно вимірювати силу опору ниток Поля (ефіру), яка змінюється зі зміною швидкості і напрямку руху елементарної частинки. Але релятивісти слідом за Ейнштейном ефір оголосили неіснуючим, усе перевернули з ніг на голову і силу його опору намагаються виразити через релятивістську масу, яка в них зростає зі зростанням швидкості. Тому вони вводять ще одне поняття - маса спокою. Але мірило маси (вага), яке працює для атома, не працює для елементарних частинок, їхню масу спокою зважити не вдається, бо, на відміну від атомів, більшість із них не притягуються до центру Землі.
Вихід із становища запропонував Ейнштейн. Двома своїми знаменитими постулатами він вводить віртуальну абсолютну систему відліку (ВАСО), що рухається з постійною граничною швидкістю Vпред, яка дорівнює швидкості світла. Оскільки фотон рухається теж зі швидкістю світла, то відносно ВАСО він нібито не відчуває опору середовища (Порожнечі за Ейнштейном), тож маса фотона має дорівнювати нулю. Звичайно, релятивістська нульова маса фотона як міри інерції - це умовність, прийом такий математичний, пов'язаний із вибором шкали вимірювання маси. Якщо закласти у ВАСО граничну швидкість на 1% вищу за швидкість світла, Vпред. = 1,01 с, то фотон набуде маси спокою, а якщо закласти Vпред. = 0,99 с, то маса фотона в математичній формалістиці СТО набуде від'ємного значення.
Для обчислення маси стабільних або довгоживучих елементарних частинок (електрон, протон, нейтрон) сучасні релятивісти використовують формулу (10). Вимірявши в експерименті енергію та імпульс, можна обчислити масу частинки у ВАСО СТО, у якій за визначенням закладено нульову масу фотона, що вміє поширюватися у вакуумі зі швидкістю світла с.
У довідниках можна знайти такі дані про масу частинок, як міри інерції, виміряної за цією шкалою:
маса електрона дорівнює 9,11-10-31кг (або 0,51 МеВ, або 5,49-10-4 а.о.м.);
маса протона дорівнює 1,67-10-27 кг (або 938,27 МеВ, або 1,01-а.о.м.).
З цих довідкових даних видно, що маса протона як міри інерції в 1836 разів більша за масу електрона. Тобто під час розгону протона середовище, в якому він прискорюється, чинить у 1836 разів сильніший опір, ніж опір під час розгону електрона. Читаємо фахівця релятивіста академіка Окуня:
"Маса релятивістськи рухомого тіла не є мірою його інертності. Ба більше, єдиної міри інертності для релятивістськи рухомих тіл узагалі не існує, оскільки опір тіла прискорюючій його силі залежить від кута між силою і швидкістю".
Ось воно як! У математичних викладеннях СТО використовують рівняння Ньютона, де фігурує поняття маса як міра інерції тільки з поправкою на коефіцієнт Лоренц-фактора, у підручниках проводять підміну поняття маси як кількості речовини на масу як міру інерції, а потім з'ясовується, що знову все не так. Складно? Складно і заплутано, але ж це не ми з читачем таке придумали. Далі буде ще заплутаніше.
Тепер виявляється, що маса спокою - це міра енергії. Ейнштейн у своїй роботі від 1921 року "Сутність теорії відносності" після математичних маніпуляцій із чотиривимірним вектором енергії-імпульсу доходить висновку, "що енергія E0 тіла в стані спокою дорівнює його масі", коригує свою знамениту формулу, вона тепер набуває вигляду: E0 = mc2. І додає: "Маса й енергія, таким чином, подібні по суті - це тільки різні вирази одного й того самого". Спочатку логічно і математично розглядається динаміка руху частинок, тобто кінетична енергія, а потім раз, і енергія руху перетворюється на внутрішню енергію частинки, тобто енергію зв'язків елементів, структур, з яких складається ця частинка.
Пізніший релятивіст академік Окунь, який спеціалізується на дослідженнях елементарних частинок, поправляє ще незрілого релятивіста Ейнштейна, який нічого не знав про експериментальні дані, отримані на сучасних прискорювачах: "Адже на дефініції E = mc2 ґрунтуються десятки сторінок глибокодумних філософських міркувань про повну еквівалентність маси й енергії, про існування єдиної сутності "мас-енергій" тощо, водночас, згідно з теорією відносності, справді, будь-якій масі відповідає енергія, але аж ніяк не навпаки: не будь-якій енергії відповідає маса. Тож повної еквівалентності маси й енергії немає".
Чому виникла необхідність поправляти незрілого релятивіста Ейнштейна? Тому що в експериментах виявлено таке явище, яке отримало назву дефект маси. Читаємо пояснення прогресивного релятивіста академіка Окуня.
"У нерелятивістській теорії, чим більше окремих частинок (атомів) містить система (гиря), тим більша її маса. У релятивістській теорії, коли енергії частинок дуже великі порівняно з їхніми масами, маса системи частинок визначається не тільки і не стільки їхнім числом, скільки їхніми енергіями і взаємною орієнтацією імпульсів. Маса складового тіла не дорівнює сумі мас складових його тіл".
З одного боку, тавтологічна формула E0 = mc2 прямо показує, що в СТО маса й енергія - "це тільки різні вирази одного й того самого" (за Ейнштейном), з іншого боку, на думку сучасних релятивістів, маса не адитивна. Тобто не виконується закон збереження енергії? За твердженнями релятивістів закон збереження енергії все-таки виконується, але дуже своєрідно. Почитаємо опонента Окуня Храпка Р.І., безсумнівно, фахівця високої кваліфікації, хоча б тому що в журналі УФН інших не друкують.
Храпко пише, що маса спокою пари тіл з масами спокою m01, m02 дорівнює не сумі m01 + m02, а складному виразу, що залежить від імпульсів р1, р2, і наводить дві формули, які в його нумерації формул мають номери (3) і (4).
"Річ у тім, що закону збереження підпорядковується як релятивістська маса, що є часовою компонентою 4-імпульсу, так і маса спокою, що є його модулем... Однак не так просто прийняти, що зберігається неадитивна величина. Дійсно, маса спокою системи, згідно з (3), (4), не змінюється під час зіткнень частинок і ядерних реакцій. Але досить подумки розділити систему двох рухомих тіл на два тіла, і маса спокою від цього одразу зміниться, тому що маса спокою пари тіл не дорівнює сумі мас спокою тіл пари. На наш погляд, використання неадитивних понять пов'язане із серйозними інтелектуальними навантаженнями: пара фотонів, які не мають маси спокою, має масу спокою.
Вельми важке питання: "Чи має енергія масу спокою?" Правильна відповідь може бути такою: якщо це енергія двох фотонів, що розлітаються в різні боки, вона має масу спокою, а якщо це енергія двох фотонів, що летять в один бік, вона не має масу спокою...
Далі. Фотони, що летять в один бік, не мають маси спокою, але тіло, що їх випромінило, при цьому зменшило свою масу спокою. Напрошується висновок, що частина маси спокою цього тіла перетворилася на безмасову енергію фотонів. Однак, згідно з (3), (4), маса спокою системи тіло - фотони збереглася незмінною при випромінюванні!
Не витримавши таких інтелектуальних перевантажень, прихильники маси спокою всупереч визначенню (3), (4), відмовляються від закону збереження маси спокою системи. Тепер у них "маса спокою системи збільшується при непружних зіткненнях"... При ядерних реакціях, навпаки, виникає "дефект маси спокою". Наприклад, під час синтезу дейтерію, р + n = D + 0,2 Мев, маса спокою дейтерію виявляється меншою за масу спокою протона і нейтрона.
Водночас, згідно з визначеннями (3), (4), жодного "дефекту" маси спокою під час ядерних реакцій взагалі немає. У нашому прикладі відсутню, нібито, масу спокою системи на стадії D + 0,2 Мев надає γ-квант з енергією 0,2 Мев, який сам не має маси спокою, так що порушується адитивність маси спокою системи.
Неважко зрозуміти школяра, який закинув фізику через таку плутанину з масою спокою".
От і зрозумій цих релятивістів, якщо вони самі між собою не можуть розібратися. Румер, який спільно з Ландау написав популярну брошуру "Що таке теорія відносності", згадував жартівливий відгук останнього про СТО: "Два шахрая вмовляють третього, що за гривневий він може зрозуміти, що таке теорія відносності".
За свідченням академіка Окуня "маса тіла... у теорії відносності є його найважливішою характеристикою". Але що таке маса тіла релятивісти й самі не знають. За дотепним зауваженням доцента МАІ Храпка, мало хто з релятивістів здатний витримати такі інтелектуальні перевантаження, і внаслідок перенесених навантажень, вже починають нав'язувати свою плутанину суміжникам, наприклад, хімікам. Окунь у своїй статті, яку ми так рясно цитуємо, наводить приклад релятивістського тлумачення хімічної реакції окислення.
"У реакції горіння метану в газовому пальнику на кухніCH4 + 2O2 → CO2 + 2H2О виділяється енергія, що дорівнює 35,6 МДж на кубічний метр метану. Враховуючи, що густина метану 0,89 кг/м3, неважко знайти, що в цьому випадку Δm/m = 10-10. У хімічних реакціях величина Δm/m на 7 - 8 порядків менша, ніж у ядерних, але суть механізму виділення енергії та сама: енергія спокою переходить у кінетичну енергію, де Δm/m - відносне зменшення маси".
За поглядами релятивістів, маса продуктів реакції горіння метану (однієї молекули вуглекислого газу і двох молекул води) менша за масу молекул, що вступили в реакцію (однієї молекули метану і двох молекул О2), хоча в експерименті це релятивістське твердження перевірити неможливо. Хімік, якого доля вберегла від інтелектуальних перевантажень, пов'язаних із вивченням теорії відносності, починає гарячково перевіряти формулу реакції. На вході було: один атом вуглецю, чотири атоми водню і чотири кисню. На виході реакції залишається та сама кількість атомів із тими самими атомними масами. Реакція екзотермічна, тобто з виділенням теплової енергії.
Відбувається це приблизно таким чином. За кімнатної температури реакція горіння не відбувається. Необхідно до газового пальника піднести запалений сірник. Молекулярний кисень, отримавши порцію теплової енергії, розпадається на хімічно активні атоми кисню, які руйнують хімічний зв'язок молекули метану. Унаслідок руйнування хімічного зв'язку молекули метану виділяється теплова енергії, частина цієї енергії йде на розрив зв'язків молекулярного кисню і реакція горіння триває, частина йде на утворення молекулярних зв'язків вуглекислого газу і води, решта теплової в розмірі 35,6 МДж на кубічний метр метану виділяється в навколишнє середовище. Як же нам усім пощастило, що Лавуазьє і Ломоносов не були знайомі з теорією відносності.
Релятивісти нас вчать, що "під час нагрівання залізної праски на 200 ºC її маса зростає на величину ∆m/m = 10-12", наводячи цей феномен як приклад "взаємоперетворень енергії спокою і кінетичної енергії". Тобто для релятивіста існує тільки два види енергії: енергія спокою і кінетична. А інших форм енергії в природі не існує? Так, наполягають релятивісти, не існує. А чому? А тому що в СТО є тільки два ці види енергії - а отже, і в природі має бути так, як написано в релігії релятивістів, тому що в релігію потрібно вірити, а не розуміти її. А якщо хіміки стверджують інше, то значить уся хімія - це псевдонаука, а Менделєєв, який вважав, що в Таблиці, названій його ім'ям, повинна бути нульова група з Ньютонієм (ефіром) у першому ряду цієї групи - фальсифікатор наукових досліджень.
***
Я приношу свої вибачення читачам за такі довгі виписки зі статті академіка Окуня. Мені довелося піти на цей крок, щоб заощадити час читача на пошуки цього джерела. Коротко і логічно викласти суть цієї роботи у мене не виходить, тому що логіку релятивістів звичайній людині зрозуміти вельми важко.
Висновок
Тепер, мабуть, ми можемо назвати витоки і причини такої плутанини навколо поняття маса. Причина в тому, що академічна наука слідом за Ньютоном відходить від питання про фізичну природу інертності тіл. Ньютон вважав, що фізична природа інертності тіл полягає в опорі ефіру зміні швидкості і напрямку руху. Але оскільки йому було не зрозуміло, що таке ефір, він акуратно обійшов цю проблему і наділив тіла вродженою і божественною властивістю інертністю.
Остаточно заплутали питання релятивісти, які заперечують наявність ефіру. Ба більше, академічна фізика почала застосовувати поняття маса до доатомних структур (елементарних частинок). Якщо масу атома можна виміряти через його вагу, то з елементарними частинками це не виходить. Тому маса перетворилася на міру інерції. Але потім з'ясувалося, що за швидкостей, близьких до швидкості світла, сила опору ефіру (який також поки що незрозумілий для сучасної фізики) зміні руху залежить не тільки від маси, виміряної через вагу, а й від величини швидкості. Ця плутанина з поняттям маса триватиме доти, доки не буде вивчена і зрозуміла фізична природа інертності тіл, атомів і елементарних частинок.
ДЖЕРЕЛА
1. Исаак Ньютон. «Математические начала натуральной философии». Перевод с латинского и комментарии А.Н. Крылова. М.: «Наука», 1989.
2. Исаак Ньютон. «Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света» Перевод С.И. Вавилова. М., 1954.
3. Белов В.И. «О природе гравитации и крутящих моментах небесных тел». URL: https://alter-science.info/fizika/o-prirode-gravitatsii-i-krutyashchikh-momentakh-nebesnykh-tel.html
4.Вавилов С.И. Исаак Ньютон. М.: «Наука», 1989.
5. Окунь Л.Б., «Понятие массы (Масса, Энергия, Относительность)». «Успехи физических наук» т. 158, вып. 3, 1989, стр. 511 – 530.
6. Храпко Р.И. «Что есть масса?». «Успехи физических наук», декабрь 2000 г., Том 170, №12 стр. 7.
