Понятие массы в классической и современной физике - Джеммер М.
Скачать (прямая ссылка):
Новое понимание, достигнутое в теории относительности и подкрепленное ядерной физикой, пролило свет на понятие энергии. Прежде всего, так как материя превра-тима в энергию *, энергия благодаря этому потеряла свою классическую неопределенность, если иметь в виду аддитивную константу. Она стала физической величиной с абсолютным значением. Электромагнитное понятие массы предстало в новом свете. Открылась возможность понять, что в действительности делали Томсон, Хевисайд, Лоренц, Вин и Абрагам. Стало ясно, что они имели дело с релятивистской динамикой поля 39. Благодаря смеще-
36 P. М. S. В 1 а с k е t t and G. P. S. О с с h і а 1 і n i, «Proceodings of the Royal Society», London, 139, 699 (1933).
37 0. Klempere r, Annihilation radiation of the positron, «Proceedings of the Cambridge Philosophical Society», 30, 347—354 (1934); M. Deutsch, Annihilation of swift positrons, «Physical Review», 72, 729—730 (1947).
38 Werner Braunbeck, Die empirische Genauigkeit des Mass-Energie Verhaltnisses, «Zeitschrift fur Physik», 107, 1—11 (1937).
39 Необходимо заметить, что уравнения Максвелла являются лоренц-ковариантными, если относящиеся сюда величины рассматриваются как компоненты мировых векторов или мировых тензоров.
:187 нию 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 Elc2, Оставалось не ясным, почему в действительности они пришли к выводу, что т = (4/3)Е /с2 40, а не т = Ec21 как того требует теория относительности.
Интересно отметить, что прошло более 15 лет, прежде чем был достигнут прогресс в разъяснении причин этого расхождения, и возможно, даже в настоящее время это разногласие не выяснено окончательно. В 1922 году Ферми в статье, озаглавленной «Исправление серьезного расхождения между теорией электромагнитной массы и теорией относительности» 41, а позднее, в 1936 году, Вильсон в статье «Масса конвекционного поля и закон массы-энергии Эйнштейна» 42 пытались решить проблему, принимая во внимание воздействие материального субстрата поля и упругие напряжения в окружающей среде. Подобно тому как энергетический поток в натянутом ремне (как об этом говорилось выше в связи с теорией Ми) устанавливается в направлении, противоположном направлению движения ремня, точно так же и движение заряженной частицы производит энергетический поток, который добавляет к общему импульсу отрицательный член. Инерция системы поэтому уменьшается благодаря (отрицательному) поправочному члену, равному приблизительно е2 IQac2, то есть одной трети энергии поля частицы, так что величина общей инерции в соответствии с теорией относительности становится равной т = Ele2m Этот подход к согласованию электромагнитной теории массы Абрагама — Лоренца с теорией относительности остается, однако, неудовлетворительным, поскольку отделение неэлектромагнитных сил от электромагнитных не является лоренц-инвариантным. Причина этой несовме-
40 См., например, результат Хевисайда, гл. XI, уравнение (6).
41 Enrico Fermi, Correzione di una grave disrepanza tra la teoria delle masse electromagnetiche e la teoria della relativita, «Rendiconti dei Lincei», 31, 184—187, 306—309 (1922).
42 yy Wilson, The mass of a convected field and Einstein's mass-energy law, «Proceedings of the Physical Society», 48, 736— 740 (1936).
:188 стймости теории Абрагама — Лоренца с нашей современной точкой зрения лежит в определении электромагнитной массы Абрагамом в терминах энергии поля, суммированной по пространству только вне (изменяемого) объема (движущейся) частицы, в то время как релятивистски правильное определение должно основываться на общем тензоре энергии-импульса, который включает в себя тензор материи.
Как мы уже видели, превращение электронно-пози-тронной пары, например, в гамма-излучение или явление, симметричное этому превращению, представляет собой неоспоримое экспериментальное подтверждение положения теории относительности о том, что масса и энергия взаимным образом и полностью превратимы друг в друга*.
Такая ситуация вызывает следующие фундаментальные вопросы. Не являются ли две взаимно изменяющиеся сущности одной и той же сущностью? Не является ли тождеством то, что обычно называют эквивалентностью? Поэтому не будут ли масса и энергия просто синонимами для одной и той же физической реальности, которая — по аналогии с термином «волница», придуманным Эддингто-ном для описания электрона с точки зрения корпускуляр-но-волнового параллелизма в волновой механике,— может быть названа «массэргией»?
Для того чтобы дать удовлетворительные и исчерпывающие ответы на эти вопросы, необходимо принять во внимание следующре соображения. В дорелятивистской физике особенно важное значение имели три основных закона сохранения: 1) сохранение импульса (ньютоновский закон сохранения центра тяжести: см. гл. XII), 2) сохранение массы (закон Лавуазье; см. гл. VIII) и 3) сохранение энергии (Роберт Майер, 1842 год, и Герман Гельмгольц, 1847 год). Если учесть, что импульс есть трехмерная векторная величина, то эти законы сохранения образуют пять уравнений или условий, которым должен подчиняться любой физический процесс.
