Всего лишь кинематика - Копылов Г.И.
Скачать (прямая ссылка):
разница между двумя сторонами движения (в слове "энергия" оттеняется
"запас творческих сил" частицы, в слове "масса" - ее инерционные
свойства, ее неуступчивость, а одно без другого не бывает), там было бы
грешно измерять их по-разному. И вот в микромире выбирают единицы
измерения так, чтобы энергия частицы численно равнялась ее массе.
А можно ли это сделать? Конечно. Если Е-М при с- 1, то естественно Е и Л4
измерять в одних и тех же единицах. Точно так же, если P - Ev, а скорость
частицы берется по ее отношению к скорости света, то и импульс Р можно
измерять в тех же единицах. И пока превращения в микромире не затрагивают
большого мира, этот договор - измерять энергию, импульс и массу одной н
той же мерой - не приведет ни к каким неудобствам. И даже совсем
наоборот.
- Что же это за мера? - Ее называют электрон-вольт (эВ). Сначала это была
только единица энергии и обозначала она энергию, какую приобретает
электрон под действием напряжения в один вольт. Один миллиард электрон-
вольт (10* эВ) равен 1 ГэВ. В этих еднницах меряют и массу, и импульс,
но, конечно, не крупных тел, а мельчайших. Эта единица удобна тем, что
массы и энергии частиц выражаются небольшим числом. Скажем, масса протона
0,94 ГэВ, импульс, получаемый протонами на Дубненском большом ускорителе,
ЮГэВнт.д...
И последний вопрос. Правильно ли, что новая механика с новыми
определениями массы, энергии, импульса нужна лишь в микромире, а нашему
обычному миру она ни к чему? Нет, и у нас среди больших машин есть такие,
которые нельзя рассчитывать по законам механики Ньютона. Это ускорители
частиц (рис, 1). Их назначение - разгонять частицы, скажем протоны, до
скоростей,
23
близких к скорости света. При этом протон, в согласии с учением
Эйнштейна, становится намного массивнее. Его масса с каждым оборотом в
кольце ускорителя все больше и больше растет. И с каждым оборотом
становится все труднее удержать его в этом кольце. Снлы магнитного поля
уже не хватает, чтобы такую массивную частицу водить по кругу. Приходится
к электромагниту
Рис. I. Рядовой ускоритель.
подводить ток все большей величины. К примеру, на большом Дубненском
ускорителе, где скорость протона практически не отличается от скорости
света, масса протона М. становится к концу периода ускорения равной Ю
ГэВ. А вначале она равнялась 0,94 ГэВ. Значит, протон становится за 3 с
(столько длится ускорение) более чем в 10 раз массивнее. Мощность,
потребляемая большим электромагнитом ускорителя, к концу ускорения
многократно и многократно увеличивается. Если вы хотите убедиться в
справедливости формулы Эйнштейна, посмотрите на ваттметры
распределительного шита, как возрастает в них реактивная нагрузка.
- Погодите, погодите! - воскликнет бдительный читатель.- Что же это
выходит? На электростанции исчезает электроэнергия, в ускорителе
возникают вдесятеро потяжелевшие протоны. Значит, по-вашему, энергия
превратилась в массу?!
- А почему это вас так волнует?
- Потому, что это ошибочный философский тезис... Да вы и сами сказали,
что энергия и масса - это просто два разных оттенка одного и того же
физического понятия.
- В физике - да. Но в обиходе увеличение энергии не означает увеличение
массы. От нагревания чайник не становится тяжелее. Стало быть, в
житейском смысле разница между энергией и массой огромна. И когда вдруг
вы станете свидетелем того, как питание, поданное
24
па вход ускорителя, оборачивается на выходе необычно грузными протонами,
вы имеете право удивленно сказать: "Электроэнергия перешла в массу
протона!"
- Или в его энергию..,
- Или в его энергию, если мы хотим подчеркнуть не "неуступчивость"
протона, а его "запас сил", "творческую потенцию"... Мы обязаны
привыкнуть к тому, что "неуступчивость" и "запас творческих сил" частицы
- это синонимы. И когда мы к этому привыкнем, то у нас даже появится
неистребимое желание изгнать одно из слов - "энергия" или "масса" - и
обходиться только одним. В серьезных современных книгах по физике так и
пытаются делать. Но в нашей книге, где нехватку формул придется возмещать
словесной выразительностью, будем употреблять оба синонима: и энергия, и
масса,
- А как же философы?
- Философы философам рознь. Зачем выискивать проблемы там, где их нет,
зачем следить за употреблением слов, где истинный смысл не в словах, а в
точных соотношениях...
Людей с практическим складом ума волнует другое: верно ли, что энергия,
выделяемая в распаде элементарных частиц, намного превосходит ядерную
энергию?
- Да. Например, один из циклов ядерных реакций, дающих энергию звездам,
сводится к превращению четырех протонов в ядро гелия. Их масса 0,94-
4=3,76 Гэв, а масса гелия 3,73 ГэВ, следовательно, высвобождается 0,03
ГэВ - меньше 1% всей энергии. А в распаде ли-мезона на фотоны в энергию
переходит вся масса мезона (100%).
- Значит, перед нами источник энергии мощнее термоядерной реакции?
- Отнюдь нет. Помехой служит редкость и неустойчивость таких мезонов;
