Ведутся дискуссии по поводу того, какая же масса является истинной: массы покоя или релятивистская масса.
В России вроде возобладала точка зрения, что масса покоя и есть собственно масса. Один из аргументов против этого - инерция тела растет с увеличением его скорости, а поскольку масса является мерой инерции, то релятивистская масса истинна. Контраргумент, ускорение тела зависит от взаимного направления силы и скорости, а потому ввести меру инерции невозможно. А раз масса не является мерой инерции, то мы можем незывать ею то, что нам больше нравится, а именно - массу покоя.
Давайте попроубуем разобраться в этом.
На мой взгляд все эти противоречия вызваны неправильным применением второго закона Ньютона в отрыве от третьего закона Ньютона.
Возьмем замкнутую систему из двух одинаковых шаров. Один неподвижен, второй движется по прямой, соединяющей центры шаров по направлению к первому шару. Энергетический баланс системы с общепринятой точки зрения запишется следующим образом:
После упругого соударения второй шар остановится, а первый шар придет в движение. Теперь энергетический баланс будет:
Поскольку система замкнута то полная энергия системы не изменится. Результат столкновения - переход кинетической энергии от второго шара к первому.
А теперь рассмотрим тот же процесс в системе отсчета, в которой неподвижен второй шар. Энергетический баланс до соударения:
после соударения:
Результат соударения, кинетическая энергия первого шара перешла ко второму.
А что будет в системе отсчета, связанной с центром масс, в которой шары движутся навстречу друг другу с одинаковыми скоростями. Энергетический баланс до соударения:
после соударения:
Результат соударения, кинетическая энергия каждого из шаров не изменилась. Изменилось только направление движения каждого шара.
У нас есть один процесс и три наблюдателя. И каждый видит свое. В соответствии с принципом относительности, если Антон бросил мяч Сергею, а тот его поймал, то как бы наблюдатели не летали вокруг них, все они увидят, что мяч бросил именно Антон, а поймал именно Сергей. А у нас энергия для одного в одном направлении прыгает, Для другого в противоположном, а для третьего вобще на месте остается. Тут есть два варианта. Либо энергия это некая мистическая сущность, либо мы где-то ошиблись.
Рассмотрим соударение шаров в центре связанном с их центром масс подробнее.
Энергетический баланс в начальный момент времени:
Энергетический баланс в момент соударения, когда они остановились:
Энергетический баланс, когда они отскочили друг от друга:
Во всех трех случаях полная энергия системы одинкова. Получается, что в момент соударения кинетическая энергия перешла в энергию покоя, которая соответственно увеличилась. А когда шары отскочили друг от друга, то энергия снова уменьшилась, перейдя в кинетическую. В соответствии со вторым законом Ньютона изменение движения тела вызывается силой, приложенной к телу. В нашем случае в процессе соударения на первый шар действует сила со стороны второго шара, но в то же время на второй шар действует сила со стороны первого. И в соответствии с третьим законом Ньютона,
эти силы равны по величине, но противоположны по направлению. Другими словами, сколько первый шар отдал второму, столько же он от него и получил обратно. В результате энергия обоих шаров не изменилась. А результатом действия сил явилось просто перераспределения соотношения между кинетической энергией и энергией покоя каждого шара.
А как же другие наблюдатели? Для них третий закон Ньютона тоже справедлив. Т. е. в любой системе отсчета при взаимодействии тело отдаст ровно столько, сколько получит. В результате в любой системе отсчета не будет происходить перехода энергии от одного шара к другому, и его полная энергия до и после останется той же. А вот исходное соотношение кинетической энергии и энергии покоя будет различным в разных системах отсчета.
Отсюда следует, что при увеличении скорости, полная энергия тела остается постоянной, а энергия покоя уменьшается. Соотношение между ними выражается общеизвестной формулой СТО:
До какой максимальной скорости может разогнаться тело? Очевидно до той, при которой вся его энергия покоя превратится в кинетическую. И при этом оно будет обладать ненулевым конечным импульсом. Любое тело можно разогнать до скорости света. Сколько энергии для этого потребуется? Отнюдь не бесконечное количество. А всего лишь равное энергии покоя тела. Для того, чтобы разогнаться до скорости света нужно всего лишь оттолкнуть от себя другое тело равной массы, придав ему скорость света. Что при этом произойдет с вами и с оттолкнутым телом это уже другой вопрос. Когда электрон с позитроном анигилируют, то это можно рассматривать в качестве такого расталкивания, хотя, разумеется, сам механизм анигиляции гораздо сложнее, сначала они превращаются в нечто другое, а уже после этого это нечто разлетается.
Но как же так, скажете вы. А ускорители, они ведь работают, разгоняют заряженные частицы до почти световых скоростей и полная энергия их увеличивается до весьма и весьма значительных величин?
В следующем посте я постараюсь показать, что вышеизложенное не противоречит функционированию ускорителей.