Часть 4

ОПТИКА. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Раздел 14 СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА. ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

14.10. Философский анализ взаимосвязи массы и энергии

Ньютонівське трактовка массы как количества материи было следствием механического понимания материи. Считалось, что материя состоит из абсолютно твердых, неделимых атомов, которые олицетворяют собой понятие телесной субстанции. При этом логично было утверждать, что чем больше атомов в единице объема тела, тем больше в нем «количества материи», то есть массы. Определение массы как меры инертности и степени гравитации оказывалось как бы второстепенным.

В современной физике ситуация в корне изменилась: определение массы как «количества материи» стало неприемлемым. Очевидно, что полная масса тела т не может рассматриваться как «количество материи», ведь она зависит от выбора системы отсчета. Поскольку система отсчета выбирается произвольно, то никакого однозначного вывода о количестве материи не достанем. Например, масса фотона равна нулю, но это совсем не свидетельствует о его нематериальность. С философской точки зрения понятие «количества материи» вообще некорректное. Оно предполагает наличие одноякісної субстанции, которая имеет единую количественную меру своего обнаружения, что противоречит принципу неисчерпаемости материи. Поэтому в современной физике масса трактуется не через количество материи, а как мера инертности и мера гравитации.

В конце XIX в. стало сомнительным понятие «телесная субстанция», на первый план выдвинулось понятие «энергия», которое вышло далеко за пределы механики, получило общего признания. Вместе с тем все больше проявлялась ограниченность понятия массы.

В этих условиях возник енергетизм Оствальд как попытка заменить понятие материи понятием энергии. Вывод Оствальда о том, что энергия - это некоторая нематериальная субстанция, чистое движение без материального носителя неправомерен. Этот вывод основывается на незаконном отождествлении понятий «материя» и «вещество», характерном для классической физики, а также на сочетании одного из свойств физических объектов (энергии) с самым объектом, что имеет это свойство.

Понятие энергии казалось более общим, чем понятие вещества. Однако из этого не следует, что энергия представляет собой новую субстанцию мира. Энергия является одной из важнейших физических мер движения, одним из фундаментальных свойств физических объектов, которую до этого времени удавалось приписывать любым объектам и явлениям природы. Не исключено, что рано или поздно и это понятие окажется ограниченным.

Новая фаза енергетизму была связана с соотношением Эйнштейна (14.26). Физический смысл его заключается в том, что любое увеличение массы тела приводит к увеличению его энергии, а любое увеличение энергии тела приводит, в свою очередь, к увеличению его массы. Даже тело, находящееся в состоянии покоя, имеет огромную внутреннюю энергию (Е₀ = =mс²), небольшая часть которой используется в виде ядерной энергии.

Поскольку масса и энергия взаимосвязаны, иногда утверждают, что материя - это сгущенная энергия, элементарные частицы состоят из энергии, что масса превращается в энергию т.д. Опыт свидетельствует, что масса, как и энергия, сохраняется, она не исчезает и не превращается в энергию.

Как массу, так и энергию было бы неправильно рассматривать как «материал», из которого строятся физические объекты. Энергия, подобно массы, не может характеризовать «количество материи». К тому же физические объекты имеют и другие фундаментальные свойства, поэтому субстанціалізація именно энергии и необоснованный.

Более сложным является вопрос о интерпретацию эквивалентности массы и энергии. Очевидно, что масса и энергия неразрывно взаимосвязаны. Иллюзия о их абсолютную противоположность была обусловлена тем, что в макромире, который окружает нас, энергетические преобразования на много порядков меньше от общей внутренней энергии тела (E₀ = mс²). Это приводит к приближенного сохранения массы и представление о стабильную материальную субстанцию. Наоборот, в микромире энергетические преобразования становятся сопоставимыми с величиной mс², и резкая противоположность массы и энергии исчезает. Уже нельзя говорить, что только энергия отражает «активный» характер процессов, а масса - «пассивный». Закон сохранения массы нарушается, что опровергает представление о материальную субстанцию. Противоположность массы и энергии, присущая макромира, превращается в глубокую единство их.

Закон пропорциональности связывает две фундаментальные свойства любых материальных объектов: массу и энергию, которые ранее рассматривались как независимые. «Таким образом, - писал М. Борн, - мы достигли огромного единения наших знаний о материальном мире: материя в наиболее широком смысле этого слова (в том числе свет и другие формы чистой энергии на языке классической физики) имеет две фундаментальные свойства: инерцию, что измеряется его массой, и свойством выполнять работу, измеряется ее энергией. Эти два свойства точно пропорциональны друг другу»*.

По мнению М. Джеммера, в рамках теории относительности понятия массы и энергии тождественны и являются проявлением одного и того же физического субстрата, в связи с чем следует иметь в виду единую физическую величину - «масенергію». Не соглашаясь с предложенной М. Джеммером субстанціалізацією «масенергії», можно все же признать, что масса и энергия в микромире сливаются в единую физическую величину и что выбор одного из этих понятий для описания конкретных физических процессов является во многом условным.

_____________________________________________________________

*Борн М. Физика в жизни моего поколения. - М.: Изд-во иностр. лит., 1963. - С. 345.