Понятие массы в классической и современной физике - Джеммер М.
Скачать (прямая ссылка):
:178 Такой взгляд на нрйроду энергии не был, однако, общепринятым. Например, Герц в своем «Исследовании о распространении электрической силы» 5 все еще ставит вопрос о физическом смысле утверждений о локализации энергии или о непрерывности ее распространения. «Так как исследования такого рода,— говорит он,— до сих пор не проведены даже по отношению к простым энергетическим превращениям в самой обычной механике (однако такая возможность допускается. — M. Д.), неясность понятий, связанная с таким рассмотрением, еще требует своего разъяснения» 6. Гельм поддержал Герца в его требовании дальнейшего исследования проблемы, если рассматривать перенос энергии как реальный физический процесс. Если, однако, такой перенос представлять себе просто как аналогию или как некоторое словесное описание уравнения
^=-divS, (2)
то при этом не возникает никаких концептуальных трудностей. Гельм отвергает первую альтернативу, так как он полагает, что приписывание энергии субстанциального существования означает «сомнительное отклонение от ясных и отчетливых первоначальных концепций Роберта Майера. Ничто не является абсолютным, только отношения доступны науке» 7.
Программа, которую наметил Герц, была выполнена— по крайней мере для механики упруго деформируемых тел — Густавом Ми в его «Очерке общей теории энергетических превращений» 8. В этой публикации, важность которой для развития современной физики едва ли можно переоценить, Ми показал, что не только жидкость, движущаяся под давлением, перемещается путем передачи энергии и переносит энергию пропорционально своему
6Heinrich Hertz, Untersuchungen uber die Ausbreitung der elektrischen Kraft, «Gesammelte Werke» (Leipzig, 1894), Bd. 2, S. 234.
6 Ibid., S. 293.
7Georg Helm, Die Energetik nach ihrer geschichtlichen Entwicklung (Leipzig, 1898), S. 362: «Es existiert kein Absolutes, nur Beziehungen sind unserer Erkenntnis zuganglich».
8Gustav Mi e, Entwurf einer allgemeinen Theorie der Energieubertragung, «Wiener Sitzungsberichte», 107, 1113—1182 (1898).
179
12* Давлению й скорости, но также любая деформация упруго сжатого тела порождает энергетический поток строго определенной величины. Так, в приводном ремне, соединяющем мотор с машиной, потребляющей энергию, энергетический поток, текущий в направлении, противоположном движению натянутой части ремня, является математически строго определенной величиной. Показывая универсальную применимость уравнения непрерывности (2), Ми заявляет, что энергия может быть легко представлена как жидкость, распространяющаяся в пространстве, с плотностью W и текущая потоком плотности S. «Все энергетические изменения являются, следовательно, реальными энергетическим потоками»9. Однако Ми не делал отсюда окончательных выводов. Материя и энергия были для него различными аспектами физической реальности. Сходство между его результатами относительно потока энергии и гидродинамическим уравнением непрерывности было, с его точки зрения, только случайным 10.
«Скорость материального объекта, находящегося в движении, может быть установлена на основании инерционных эффектов, таких, как удар, центробежные силы и т. п. Эти эффекты делают возможным измерение скорости жидкости, находящейся в движении, не обращаясь, например, к помощи измерений интенсивности потока. Никто, однако, не говорит об инерции энергии, находящейся в движении» п.
Только два годя спустя Пуанкаре опубликовал статью, озаглавленную «Теория Лоренца и принцип противодействия» 12, в которой он характеризовал электромагнитную энергию как «поток, обладающий энергией». Он впервые показал, что электромагнитное излучение обладает общим импульсом, равным вектору Пойнтинга, деленному на квадрат скорости света:
g = SfcK (3)
9 Ibid., S. 1129. Точное определение понятия «wirklicher Energiestrom» см. во вводной части к указанной статье.
10 Ibid: «Ich bemerke dabei ausdrucklich, dass die Ahnlichkeit zwischen diesem Satz und dem von der Continuitat der Masse nur eine ganz ausserliche ist».
M1 Ibid., S. 1121: «Niemand hat aber jemals von einer Tragheit bewegter Energie gesprochen».
12 Henri Poincar ё, La th?orie de Lorentz et Ie principe de faction, «Archives ^erlandaises des sciences exactes et naturelles», 2, 232 (1900).
:180 Положив в таком случае S равным Eс, где E — электромагнитная энергия, поглощенная телом с массой т, он применил закон сохранения импульса для вычисления скорости отдачи поглощающего тела:
т\ = S/с2 = (Е/с2) с. (4)
Таким образом, масса или инерция электромагнитного излучения на основании анализа размерностей в уравнении (4) равна Elc2. Однако Пуанкаре возражает против той идеи, что эта масса обладает характером неразрушимой субстанции. Он говорит:
«Мы можем рассматривать электромагнитную энергию как фиктивную жидкость, плотность которой W и которая перемещается в пространстве в соответствии с законом Пойнтинга. Необходимо только допустить, что эта жидкость неразрушима» 13.
Сравнительно недавно Айве в своей статье, озаглавленной «Определение соотношения между массой и энергией» 14, детально перестроил статью Пуанкаре в свете «принципа относительности Пуанкаре» 16 и показал, что аргументы Пуанкаре, если только следовать их конечным выводам, с необходимостью ведут к следующему соотношению между электромагнитной энергией и инерцией:
