EFIR.COM.UA

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ИДЕАЛЬНОЙ СРЕДЫ

Если для некоторых теоретиков в начале столетия основным понятием было понятие силы, а не понятие массы, то для В. Оствальда таким понятием была энергия, которая рассматривалась в качестве исходного фундаментального понятия физической науки. Масса, таким образом, должна была определяться в терминах энергии. В своей "Натурфилософии"[4] Оствальд ставит вопрос, является ли энергия движения физического объекта, если не считать ее зависимости от скорости, функцией каких-либо других изменяющихся величин. Утвердительный ответ на этот вопрос демонстрируется простым примером: кусок пробки и камень брошены в нас с одной и той же скоростью. По опыту мы знаем, что удар камня будет значительно сильнее, чем удар пробки. Мы также знаем из опыта, что для сообщения некоторой скорости камню требуется больше работы (энергии). "Это особое свойство, от которого, как и от скорости, зависит энергия движущегося тела, называется массой". Таким образом, масса для Оствальда является просто емкостью для кинетической энергии, подобно тому, как удельная теплоемкость представляет собой емкость для тепловой энергии. Выражаясь математически, масса определяется и измеряется при помощи отношения

E/ ½ v²,

где E - кинетическая энергия, а v - скорость движущегося объекта.

В лекции, прочитанной в 1895 г. на научном конгрессе в Любеке, Оствальд подчеркнул связь между своим понятием массы и своей общей "энергетикой", согласно которой весомая и осязаемая материя является лишь вместилищем энергии.

Активная и связанная энергия. Природа не всегда проявляет себя со всей строгостью теоретических построений. В обширной области физических процессов - за исключением ядерных явлений и процессов взаимодействия фундаментальных частиц - масса тела, поскольку она определяется при помощи процедуры взвешивания, и его энергия, поскольку она определяется при помощи совершенной работы или через произведенную или поглощенную теплоту, сохраняются отдельно друг от друга. Природа ведет себя таким образом, как если бы существовали два отдельных закона сохранения.

Были времена, когда состоятельный бизнесмен имел два отдельных банковских счета: долгосрочный счет, содержащий в себе бoльшую часть богатства и не подвергающийся влиянию со стороны ежедневных коммерческих сделок, и кратковременный счет, подвергающийся быстрым ежедневным изменениям. Подобным образом масса-энергия в подавляющем большинстве физических процессов при обычных условиях имеет два слоя, или два способа проявления - пассивный, или связанный способ, при котором она не принимает участия в том, что обычно называется "энергетическими превращениями", и активный способ, при котором она подвергается этим превращениям.

Так как преобладающая часть массы-энергии тела принадлежит пассивной компоненте и только ничтожно малая доля - активной, то недостаточная чувствительность процедур взвешивания позволяет говорить о сохранении массы. Равным образом калориметрические и другие подобные методы дают основание говорить о сохранении энергии в смысле дополнительности. Таким образом, с практической точки зрения сохранение дорелятивистского деления на массу и энергию остается до некоторой степени все еще справедливым.

Необходимо, однако, иметь в виду, что деление массы-энергии на пассивную компоненту (массу) и на активную компоненту (энергию) зависит от рассматриваемых обстоятельств. В обычных химических реакциях энергия внутренних электронных оболочек - в добавление к внутриядерной энергии - является частью пассивной компоненты, в то время как в процессах с высокой температурой (при полной ионизации атомов) она является частью активной компоненты. В ядерных реакциях, в которых происходит перегруппировка нуклонов, внутриядерная энергия становится частью активной компоненты, в то время как собственная масса нуклонов все еще образует запас пассивной компоненты. Наконец, физике элементарных частиц деление на массу и энергию теряет свой смысл, так как частицы могут превращать свою собственную массу в энергию либо полностью, либо частично.

Так как материя превратима в энергию, энергия благодаря этому потеряла свою классическую неопределенность, если иметь в виду аддитивную константу. Она стала физической величиной с абсолютным значением. Открылась возможность понять, что в действительности делали Томсон, Хевисайд, Лоренц, Вин и Абрагам. Стало ясно, что они имели дело с релятивистской динамикой поля. Благодаря смещению электрического заряда электростатическое поле порождает магнитное поле, и оба эти поля производят поток энергии и импульса. Не удивительно поэтому, что сторонники электромагнитного понятия материи выводили существование инерции пропорциональной E/c². Оставалось неясным, почему в действительности они пришли к выводу, что m=4/3*E/c², а не E=E/c², как того требует теория относительности.