5. Понятия динамики в сто




Скачать 197.06 Kb.
Название5. Понятия динамики в сто
Дата публикации31.03.2013
Размер197.06 Kb.
ТипДокументы
shkolnie.ru > Физика > Документы
5. Понятия динамики в СТО.
Прежде, чем говорить о динамике в СТО, рассмотрим те основные понятия, которыми она оперирует. Это такие понятия как масса, импульс, сила, энергия. И начнем с понятия массы.

Впервые определение того, что есть масса, дал Ньютон. Он определил ее как меру количества материи. И это было связано с тем, что Ньютон мыслил пространство совершенно пустым, точно так же, как его мыслили в свое время еще Левкипп и Демокрит, а материю связывал лишь с веществом, которое лишь механически перемещается в пустом пространстве. Чем больше материи в каком-либо теле, тем оно массивнее, то есть имеет большую массу, чем то тело, в котором материи меньше.

Такое представление о массе и материи является чисто натурфилософским, так как оно прямо связано лишь с нашими обыденными представлениями. И хотя философия еще со времен Аристотеля пыталась все же разграничивать понятия материи и вещества, в физике представление о материи, как правило, связывали с веществом вплоть до ХХ столетия. Достаточно в этой связи вспомнить хотя бы признание С.И. Вавилова о том, что он сам часто не разделял в своих работах понятия материи и вещества. И даже сегодня многие физики все еще смешивают эти понятия. Во всяком случае, во многих статьях по физике, книгах и учебниках нет четкого разграничения этих понятий.

Даже после создания Д.К. Максвеллом полевой электромагнитной теории физики продолжали связывать материю обязательно с веществом. Этим объясняется и то, что рассматривая эфир как некоторую материальную мировую среду, они пытались наделить ее свойствами некоторого вещества (Лоренц Г.А. Теории и модели эфира. М.-Л.: ОНТИ НКТП СССР, 1936).

Альберт Эйнштейн также во всех своих работах называет материей вещество. И даже редакторы собрания его научных трудов, выпущенных издательством «Наука», нигде не сделали никакой оговорки на сей счет.

В конце Х1Х века на основе рассмотрения движения электрона в электромагнитном поле физики пришли к выводу, что масса электрически заряженных частиц за счет взаимодействия с электромагнитным полем может изменяться, что и было подтверждено экспериментально и привело их к мысли об электромагнитном происхождении массы вообще. С этим фактом, как известно, связано появление так называемого философского энергетизма. Однако физики вскоре пришли к выводу, что с электромагнитным взаимодействием можно связать лишь часть массы электрически заряженной частицы. Поэтому они решили, что любая частица должна иметь также и некоторую чисто механическую массу.

Как известно, материя обладает и гравитационными свойствами. Причем эти свойства также связаны с массой. Поэтому масса уже во времена Ньютона выступала не только количественной мерой материи, но и мерой ее определенных свойств. Главнейшим из этих свойств, кроме свойства гравитации, в механике Ньютона было свойство инерции. Инертность тела прямо пропорциональна его массе.

Таким образом, масса как некоторая количественная характеристика тел в механике Ньютона, с одной стороны, численно представляла гравитационные свойства тел, а с другой стороны, численно представляла их инерционные свойства. В соответствии с этим масса получила и два названия: гравитационная и инерционная. В механике Ньютона обе массы численно пропорциональны друг другу, а при соответствующем выборе эталонов физических величин – просто равны.

Но в чем же конкретно заключается и проявляется свойство инерции? Оно заключается и проявляется в том, что всякий материальный объект, имеющий массу, стремится сохранить неизменным свое состояние. Но так как любой материальный объект в то же время является и некоторой формой движения материи, то более правильно и точно будет сказать, что он стремится сохранить свою форму движения, свое состояние движения. Как сказано у Н.Ф. Овчинникова: «Инерцию в общем смысле или инертность можно рассматривать как свойство материальных объектов сохранять приобретенную ими специфическую форму движения» (Овчинников Н.Ф. Понятие массы и энергии в современной физике. В кн. : Философские вопросы современной физики. М.: АН СССР, 1956, с. 453). Но здесь обязательно следует уточнить, что материальный объект при этом должен иметь и некоторую массу. Считается, что не имея массы, объект не имеет и инерционных свойств.

Всякий материальный объект, обладающий инерцией, а значит и массой, изменяет в той или иной мере состояние своего движения при взаимодействии с другими материальными объектами, которые, казалось бы, также всегда должны обладать инерцией, а следовательно, и массой. Но рассмотрим с этой точки зрения, например, электромагнитное поле. Современная физика наделяет это поле энергией, распределенной в нем с определенной плотностью. А так как после создания СТО стало ясно, что с энергией всегда связана и некоторая пропорциональная ей масса, то тогда нужно признать, что в электромагнитном поле должно существовать и определенное распределение массы. А следовательно, электромагнитные поля должны обладать и определенной инерцией. В чем же она должна выражаться здесь? И в чем это конкретно проявляется?

Если считать, что инерция электромагнитного поля проявляется в том, что это поле оказывает сопротивление всякому изменению скорости электрического заряда, являющегося источником этого поля, то почему же это поле не оказывает сопротивления движению электрически нейтральных тел? Почему масса электромагнитного поля не взаимодействует с массой электрически нейтральных тел, в то время как масса самого электрона взаимодействует с ними точно так же, как и масса других нейтральных тел? Кроме того, масса электромагнитного поля одного заряженного тела никак не взаимодействует с массой электромагнитного поля другого заряженного тела. Заряженные тела взаимодействуют так, как если бы связанная с ними масса полностью находилась в них самих. То есть масса этих заряженных тел строго локализована в очень малых областях пространства, в то время как электромагнитные поля заряженных тел распространяются по всему пространству. Другими словами, указанные выше взаимодействия происходят так, как если бы электромагнитные поля не обладали никакой массой, а значит и инерцией. Более того, они не должны тогда обладать и энергией. Но что такое энергия?

"Закон сохранения и превращения энергии, открытый в середине Х1Х века, - сказано у Н.Ф. Овчинникова, - говорит о сохранении материального движения и превращении его форм" (Там же, с.455). Понятие энергии неразрывно связано с понятием движения материи, ее самодвижения и сохранения, неуничтожимости этого движения. То, что вся материя находится в движении, что не существует материи без движения, что движение материи неуничтожимо, является исходным, отправным положением философии диалектического материализма. "Материя без движения, - писал Энгельс, - так же немыслима, как и движение без материи. Движение поэтому так же несотворимо и неразрушимо, как и сама материя - мысль, которую прежняя философия (Декарт) выражала так: количество имеющегося в мире движения остается всегда одним и тем же. Следовательно, движение не может быть создано, оно может быть только перенесено" (Энгельс Ф. Анти-Дюринг. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т.20, с. 59).

Таким образом, понятие энергии неразрывно связано не просто с понятием движения материи, а именно с понятием количества движения. Причем уже Декарт, как это и подчеркнул Энгельс, пришел к выводу, что последнее обязательно должно сохраняться. Однако впервые определение количества движения как произведение массы на скорость дал Ньютон. Он также дал определение приложенной к телу силы как действия, производимого над телом, в результате которого, в конечном счете, изменяется количество движения последнего.

Но Ньютон, как известно, допускал и возможность абсолютного покоя тел, а движение мыслил как нечто связанное лишь с их перемещением в пространстве (кстати, точно так же, как и Декарт). Поэтому, с его точки зрения, если тело не перемещается в пространстве, то, следовательно, и не обладает количеством движения.

Уже современник и соотечественник Ньютона Д. Толланд исключал такую возможность. Он со всей убежденностью доказывал то, что тело и не перемещаясь в пространстве не остается в абсолютном покое. Ему присуще непрерывное внутреннее движение ("активность"), а значит и некоторое количество движения. Покой - это всего лишь внешне равновесное состояние движения (Толланд Д. Избр. соч. -М.- Л.: Госиздат, 1927). Это была поразительная для того времени мысль, которую тогда так и не сумели оценить по достоинству и практически оставили без внимания. Только лишь через два столетия физика постепенно и вначале довольно робко стала приходить к тому же самому выводу, который в наиболее отчетливой и яркой форме предстал в виде формулы, согласно которой полная энергия, заключенная в любом теле, Е = mc2. Если тело в целом находится в покое и имеет массу m0 (масса покоя тела), то его внутренняя энергия равна Е0 = m0c2.

Однако формулу, выражающую полную энергию тела, будет более логично для начала записать в виде Р = mc, где Р - полный импульс тела (полное количество движения), а если тело в целом неподвижно в пространстве и имеет массу покоя m0, то его внутренний некоторым образом самоорганизованный импульс (внутреннее количество движения) Р0 = m0c. То есть, любому телу присуще непрерывное внутреннее движение, количество которого зависит от его массы, а скорость движения последней всегда равна скорости света.

Но вспомним также экспериментально открытый в 1898 г. П.Н. Лебедевым факт светового давления, который свидетельствует, что и свету, как некоторой форме движения материи, также присущ определенный импульс (количество движения) Р = mc. И свет также обладает массой. Эту массу имеют и несут в себе световые частички (кванты света) - фотоны. Но фотоны, будучи именно частицами света, всегда имеют импульс, связанный только с их перемещением в пространстве. Иначе говоря, они имеют только внешний импульс.

Мы говорим, что фотоны света имеют и переносят энергию. Но это, прежде всего, означает, что они имеют и переносят импульс. Все, что обладает энергией, прежде всего, обладает импульсом. Перенос и передача энергии - это, прежде всего, перенос и передача импульса. Понятие энергии вторично по отношению к понятию импульса.

Из того, что мы только что рассмотрели, следует, что любая масса m обладает импульсом mc. Перенос и передача импульса (количества движения) не могут происходить иначе как в виде переноса и передачи и некоторого количества массы, так как импульс без массы просто не существует.

В механике Ньютона передача импульса при взаимодействии тел была связана только с изменением скоростей перемещения тел в пространстве. Масса тел при этом считалась неизменной. Это, во-первых, было связано с тем, что движение рассматривалось как нечто чисто внешнее по отношению к самим телам (перемещение тел) и всегда во взаимодействиях рассматривался только их внешний импульс. Во-вторых, при обычных скоростях движения тел, то есть тех скоростях, с которыми имела дело классическая механика, внутренний импульс тел несоизмеримо велик в сравнении с их внешним импульсом. Поэтому изменение масс тел при их взаимодействиях и обмене внешним импульсом практически никак нельзя было обнаружить. Масса каждого из тел, как казалось, всегда остается постоянной. Но теперь мы со всей очевидностью должны осознать, что передачу какого-либо количества движения от тела к телу можно осуществить лишь в виде передачи некоторого количества импульса DР = Dmc, а следовательно, и передачи некоторого количества массы Dm. При этом масса оказывается качественно одной и той же всегда, во всем и для всего, что обладает импульсом, а значит и энергией. Нет никакого разделения массы на механическую и электромагнитную.

Итак, мы можем сделать общий вывод, что все формы движения материи, способные обладать энергией и переносить ее, прежде всего, обладают импульсом и являются некоторыми формами, некоторыми пространственными структурами, которые создаются самой природой на основе сочетания в тех или иных пропорциях их внутреннего (самоорганизованного) и внешнего импульсов. При этом внешний импульс одних материальных объектов, входящих в структуру других, более сложных объектов, составляет частично и их внутренний импульс. Так, например, если рассмотреть в состоянии покоя относительно пространства простейший из атомов - атом водорода, то его внутренний импульс состоит из внутреннего импульса ядра (протона) и полного импульса электрона, находящегося в некотором движении вокруг ядра. Сам электрон при этом обладает как своим собственным внутренним, так и некоторым внешним импульсом. Но для атома в целом, как некоторой единой пространственно-устойчивой (другими словами, самоорганизованной) формы движения материи, весь импульс электрона является его (атома) внутренним импульсом, а его полная масса целиком входит в массу покоя атома. Если атом перемещается в пространстве, то его внешний импульс складывается из внешнего импульса ядра и части внешнего импульса электрона.

Если рассмотреть, например, всю Солнечную систему (как тоже нечто в целом самоорганизованное), то она также имеет свой внутренний и внешний импульсы. Внешний импульс Солнечной системы в первом приближении (по отношению к Галактике) связан с ее внутригалактическим движением, а внутренний импульс складывается из внутреннего импульса самого Солнца, а также из внутренних и частично внешних импульсов всех планет и других космических объектов, входящих в Солнечную систему. При этом каждое из космических тел системы имеет сложнейшую структуру, построенную, в конечном счете, из внутренних и внешних импульсов элементарных частиц. Все это необозримо огромное множество элементарных и более сложных частиц, непрерывно взаимодействуя между собой, обменивается при этом импульсами, а следовательно, и массами.

Все взаимодействия материальных объектов, обладающих массами, носит так называемый силовой характер. Но что есть сила? Как определил еще Ньютон, сила есть действие, в результате которого, в конечном счете, изменяется количество движения (импульс) тела, на которое эта сила действует. Ньютон установил также закон, согласно которому действие всегда равно противодействию. И он был совершенно прав. Но мы теперь должны понимать этот закон несколько глубже. И если в результате действия одно тело передает другому часть своего общего импульса, то противодействие есть результат уменьшения общего импульса в самом теле, оказавшем действие на другое тело. Сумма общих импульсов всех взаимодействующих тел остается при этом постоянной.

Но всегда ли при взаимодействии изменяется только внешний импульс тел? Уже одно то, что внешний импульс, в одном случае, выступает в качестве внутреннего импульса в другом случае, говорит нам о том, что между тем и другим нет никакого принципиального различия. Кроме того, известное явление аннигиляции элементарных частиц свидетельствует о том, что в природе существуют процессы, в результате которых внутренний (временно внешне уравновешенный, иначе самоорганизованный) импульс одних частиц при взаимодействии частично или полностью переходит во внешний импульс других частиц, образующихся при взаимодействии. Более того, оказывается, что не только макроскопические тела, но и все элементарные частицы, непрерывно взаимодействуя со всем окружающим их миром, не только могут, но и непрерывно изменяют свой внутренний импульс, а значит и массу. Именно ту массу, которую мы называем их массой покоя и считаем строго постоянной. Но все это мы покажем несколько дальше. А сейчас укажем тот закон, который связывает внутренний, внешний и полный импульсы одного и того же тела, будь то космическое тело или элементарная частица.

Итак, в общем случае, если тело абсолютно неподвижно в пространстве, то оно имеет, как нечто внешне единое и устойчивое, только внутренний импульс m0c и его масса покоя равна m0. Если это тело при взаимодействии, скажем, с другим телом получает от него некоторый импульс, в результате которого изменяется лишь внешнее абсолютное движение рассматриваемого тела, то его полная масса возрастает до некоторого значения m и полный импульс становится равным mc. В то же время, внешний импульс, связанный с абсолютным движением (перемещением) тела в пространстве, равен mv, где v - скорость абсолютного движения тела в пространстве. Указанные импульсы всегда связаны между собой соотношением Р2полн.= Р2внутр.+ Р2внешн., или (mc)2=(m0c)2+(mv)2. Откуда .

Данное выражение показывает как реально изменяется масса тела при его абсолютном движении в пространстве.

Покажем, что точно такую же зависимость массы от скорости получат и наблюдатели в любой движущейся ИСО. Только уже при этом v будет скоростью тела относительно этой ИСО. Для начала рассмотрим случай, когда наблюдатели в ИСО измеряют массу тела, покоящегося в АИСО.

Допустим, что в движущейся ИСО покоится тело А, имеющее массу покоя m0A. Так как это тело вместе с ИСО движется в АИСО со скоростью v, то его объективно реальная масса будет . Но так как все тела рассматриваемой ИСО движутся с одной и той же скоростью v относительно АИСО и их масса изменилась в равной мере объективно реально, то для наблюдателей в ИСО масса тела А по-прежнему равна m. То есть, они считают ее таковой.

Допустим далее, что в АИСО покоится другое тело В с массой покоя m0B. Это тело для наблюдателей в ИСО представляется движущимся со скоростью v параллельно их оси x¢. Поэтому обозначим скорость его движения в ИСО v¢x¢B.

Сообщим телу А некоторую небольшую скорость относительно ИСО так, чтобы она была параллельна оси y¢. Обозначим эту скорость v¢y¢A. В результате этого тело А приобрело в ИСО импульс Р¢y¢A= m0Av¢y¢A. Данная ситуация показана на рис. 5.1.
y y¢

y¢A

· B

· A v¢x¢B

ИСО


o¢ v x¢

o АИСО x
Рис. 5.1. Сближение тел А и В перед столкновением. Ситуация показана с точки зрения ИСО.
Скорость vyA тела А в АИСО при этом будет , так как Dy¢=Dy, а

. Тогда импульс РyA тела А в АИСО будет . То есть, будет таким же, как и в ИСО.

Здесь мы в связи с тем, что скорость vyA несоизмеримо меньше скорости v, пренебрегаем тем, что абсолютная скорость тела А как-то фактически изменилась.

Допустим далее, что тела А и В при своем дальнейшем движении сталкиваются абсолютно упруго так, что тело А полностью передает свой импульс РyA телу В, не изменяя при этом его импульс, параллельный оси х¢. Тогда тело В приобретет в АИСО скорость vyB, равную (5.1).

В ИСО эта скорость будет оценена следующим образом.

За некоторое время после столкновения с телом А тело В пройдет параллельно оси х¢ расстояние Dх¢, а вдоль оси y¢ -расстояние Dy¢. При этом время, прошедшее в ИСО, будет оценено как Dt=Dх¢/v.

В АИСО тело В будет двигаться только вдоль оси y и за это же время пройдет расстояние Dy=Dy¢, а тело А вместе с ИСО уйдет вдоль оси х на расстояние (рис. 5.2). Следовательно, абсолютное время движения тела В после столкновения с телом А будет.

y¢

Dy¢ v¢y¢B

v¢x¢B · В

а) · А

х¢

О¢ Dx¢

y

Dy vyB

· В А

б) · v

x

О D x

Рис. 5.2. Движение тел А и В после столкновения: а) с точки зрения ИСО; б) с точки зрения АИСО.
Отсюда скорость v¢y¢B найдем как . Или, подставляя значение vyB из (5.1), получим, что . Откуда масса тела В в ИСО будет оценена как . Что мы и хотели показать.

Теперь рассмотрим более общий случай, когда оценивается масса движущегося в АИСО тела из движущейся ИСО. То есть, все условия рассмотрения те же, что и в предыдущем случае, только тело В уже не покоится, а движется в АИСО, причем так, что у него по-прежнему скорость движения в ИСО будет v¢x¢B, но она теперь не равна v, а, допустим, больше последней. Тогда ситуация до столкновения тел А и В в точности совпадает с той, что показана на рис. 5.1. Все рассмотрение аналогично предыдущему, но следует учесть, что полная масса тела В равна , где vxB- cкорость движения тела в АИСО. Тогда, после столкновения с телом А, тело В приобретет в АИСО скорость (5.2).

В ИСО эта скорость будет оценена следующим образом.

За некоторое время после столкновения с телом А тело В пройдет параллельно оси х¢ расстояние Dх¢, а вдоль оси y¢ -расстояние Dy¢. При этом промежуток времени после столкновения в ИСО будет оценен как Dt¢=Dx¢/v¢x¢B (5.3).

В АИСО тело В после столкновения пройдет вдоль оси y расстояние Dy. Следовательно, здесь этот же промежуток времени составит Dt=Dy/vyB. Или, подставляя сюда значение vyB из (5.2), получим, что (5.4).

Так как в АИСО тела А и В движутся относительно друг друга параллельно оси х со скоростью v+vxB, то к рассматриваемому моменту времени они будут отстоять друг от друга вдоль оси х на расстоянии Dх = ( v+vxB)Dt. Подставляя сюда значение Dt из (5.4), получим, что (5.4).

Так как , а (по правилу сложения скоростей в СТО) то, возвращаясь к формуле (5.3) для Dt¢, выразим этот промежуток времени как , а с учетом формулы (5.4) . Но так как , то в конечном счете .

Тогда с учетом того, что , скорость v¢y¢B определится как

. А отсюда масса тела В в ИСО будет оценена как и в предыдущем случае: .

То есть, мы видим, что соотношение, полученное между массой покоя и полной массой при движении, одинаково по форме во всех инерциальных системах отсчета.

В тех случаях, когда взаимодействующие тела объективно реально почти не изменяют свою массу покоя, количество массы, связанное с их внешним движением (внешним импульсом), остается во взаимодействиях практически постоянным. Поэтому при расчетах, связанных с взаимодействиями, удобно оперировать не только с импульсами, которые являются величинами векторными и складываются и вычитаются геометрически. При решении многих практических задач удобнее оперировать с некоторой скалярной величиной, зависящей от массы покоя тел и их внешней скорости движения. Эта величина называется кинетической энергией, так как связана с внешним движением (перемещением) тел. Покажем, что эта величина определяется именно массой, связанной с внешним движением, а поэтому назовем эту массу кинетической (в отличие от массы покоя).

Если полная масса тела при движении равна m, а его масса покоя равна m0, то кинетическая масса определится как .

Пользоваться такой величиной было бы крайне не удобно, так как отношение v2/c2 обычно ничтожно мало. Поэтому на практике пользуются величиной в с2 раз большей, то есть EK = mKc2 = m0v2/2, которую, как мы знаем, называют кинетической энергией. И по аналогии полной массе приписывают полную энергию E = mc2, а массе покоя - энергию покоя E0= m0c2.

Но, как мы знаем, в физике широко применяется еще и понятие потенциальной энергии, которое в современной трактовке теории относительности и вообще во всей современной физике не имеет до конца ясного смысла. На это неоднократно указывали многие известные ученые (см., например, Бриллюэн Л. Новый взгляд на теорию относительности. - М: Мир, 1972).

Рассмотрим и это понятие, для чего обратимся к простейшему из атомов - атому водорода.

Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Они находятся во взаимосвязанном состоянии и, как известно, масса покоя атома меньше суммы масс покоя протона и электрона, взятых отдельно. Меньше на величину массы Dm, пропорциональную, как говорят, энергии связи Есв атома, то есть Dm = Есв2.

Энергия связи считается величиной отрицательной. Поэтому, чем сильнее электрон связан с протоном, то есть, чем больше абсолютное значение энергии связи атома, тем меньше его масса покоя.

Когда свободный электрон при движении захватывается протоном и образуется атом, часть энергии электрона излучается. Излучаемая энергия - это и есть энергия связи.

Как установил еще в 1913г. датский физик Н. Бор, атом излучает тогда, когда электрон в своем движении вокруг ядра переходит скачком из одного уровня движения (орбиты) на другой, более приближенный к ядру. При этом скорость движения электрона возрастает. Возрастает и его кинетическая энергия. Но ведь атом при этом еще и излучает часть энергии, а значит и массы. Откуда же берется дополнительная кинетическая энергия электрона и связанная с ней масса да еще энергия и масса фотона?

Считается, что возрастание кинетической энергии электрона и излучение атома происходят за счет уменьшения потенциальной энергии взаимодействия отрицательно заряженного электрона с положительно заряженным ядром. Причем, когда электрон и ядро не взаимосвязаны, то есть практически не взаимодействуют, их потенциальная энергия равна нулю. Когда они находятся в связанном состоянии, то есть образуют атом, их потенциальная энергия отрицательна.

Возникает вопрос: что же такое потенциальная энергия? Какое движение связано с ней? Где находится она и связанная с ней масса? И как энергия может быть отрицательной? Ведь понятие энергии неразрывно связано с понятием импульса и без последнего объективно реально не существует. Но что тогда значит отрицательный импульс и, очевидно, отрицательное, связанное с ним движение?

На все эти вопросы современная физика практически не дает ответов.

Если считать, что потенциальная энергия - это энергия электромагнитного поля взаимодействующих электрона и ядра, то она должна иметь определенное значение (а не быть равной нулю) и тогда, когда электрон и ядро не взаимодействуют.

По мнению автора, вопрос имеет следующее решение. Причем оно подсказывается явлением аннигиляции электрон - позитронных пар.

Что в сущности при этом происходит?

Когда электрон и позитрон электромагнитно взаимодействуя сближаются, их потенциальная энергия взаимодействия, равная вначале нулю, а затем отрицательная, переходит в их кинетическую энергию. Переход этот длится до тех пор, пока электрон с позитроном не сольются вместе и не превратятся в фотоны. Разлетающиеся фотоны имеют лишь энергию внешнего движения, то есть кинетическую.

Фотоны с кинетической энергией и кинетической массой разлетелись, а куда делась отрицательная потенциальная энергия? И что произошло с внутренней энергией покоя частиц, которую они имели до взаимодействия? Можно сказать, что так как за счет потенциальной энергии взаимодействия разлетающиеся фотоны получили кинетическую энергию, а общая сумма энергии частиц до взаимодействия и после взаимодействия сохранилась, то и весь вопрос на этом исчерпан.

Но нет. Электрон и позитрон до взаимодействия имели каждый энергию покоя, связанную с их массой покоя. После аннигиляции электрона и позитрона разлетающиеся фотоны имеют точно такую же, но уже кинетическую энергию и связанную с ней кинетическую массу. Следовательно, в процессе взаимодействия и аннигиляции электрон - позитронной пары внутренняя энергия (энергия покоя) взаимодействующих электрона и позитрона перешла во внешнюю, то есть кинетическую, энергию образовавшихся фотонов. Причем этот переход внутренней энергии во внешнюю происходит с момента начала взаимодействия электрона с позитроном вплоть до их аннигиляции и превращения в фотоны.

Таким образом, можно сделать следующие чрезвычайно важные выводы:

1. Внутренняя энергия, то есть энергия покоя, взаимодействующих частиц - это и есть их потенциальная энергия, которая в процессе полевого взаимодействия может частично или полностью переходить в кинетическую энергию взаимодействующих или вновь образованных в результате взаимодействия частиц.

2. Так как при потенциальном, то есть полевом, взаимодействии часть внутренней энергии частиц переходит во внешнюю, то есть кинетическую энергию, то масса покоя взаимодействующих частиц изменяется в соответствии с равенством

где: m0 - масса покоя свободной, не взаимодействующей частицы;

m¢0 - масса покоя частицы в процессе взаимодействия;

v - скорость, приобретенная частицей в результате взаимодействия.

Здесь с целью наиболее четкого раскрытия именно рассматриваемого вопроса приведенная формула записана для случая частиц, скорость которых до взаимодействия равна нулю.

3. Само потенциальное поле не обладает ни энергией, ни массой, а лишь управляет поведением, как отдельных частиц, так и поведением их совокупностей (телами). Никакой отрицательной потенциальной энергии не существует. Энергия всегда положительна.

4. Если снова вернуться к закону Ньютона о равенстве действия и противодействия, то при полевом взаимодействии частиц (и тел) этот закон нужно относить к каждой частице (телу) отдельно. Действие при этом есть изменение внешнего импульса, а противодействие - изменение внутреннего импульса частицы (тела). И закон никак не нарушается.

Но вернемся снова к атому водорода.

Когда электрон захватывается протоном и образуется атом, часть энергии покоя электрона переходит в его кинетическую энергию движения вокруг ядра, а часть излучается в виде фотона. Масса покоя электрона при этом уменьшается на величину кинетической массы, приобретенной как самим электроном, так и излученным фотоном. То есть масса покоя элементарной частицы не является постоянной, вопреки тому, как это принято считать сегодня. Электрон излучает именно за счет массы покоя.

Энергия излученных фотонов - это и есть энергия связи образовавшегося атома. Теперь электрон не сможет уйти от ядра и снова стать свободным, пока ему не вернуть излученный импульс и связанную с ним массу. Если атом излучает вновь, то это означает, что еще часть внутренней энергии электрона (энергии покоя) частично перешла в его кинетическую энергию, а частично в энергию вновь излученного фотона. Электрон переходит при этом на более близкий к ядру уровень движения и связь его с ядром возрастает, а масса покоя уменьшается еще больше. Причем, как показывает расчет, электрон при каждом акте излучения приобретает дополнительную кинетическую массу (за счет массы покоя), равную массе излученного фотона (действие равно противодействию).

Чем отличается взаимодействие электрон - протонной пары от электрон - позитронного взаимодействия? Электрон - позитронное взаимодействие обладает полной симметрией в силу того, что заряды и массы покоя взаимодействующих частиц равны. При взаимодействии электрона с протоном в связи с различием их масс покоя симметрия взаимодействия резко нарушается. Так как масса покоя протона почти в две тысячи раз больше массы электрона, последний получает при взаимодействии значительно большую скорость внешнего движения и намного больше, чем протон увеличивает свою кинетическую массу за счет массы покоя, а также излучает при этом фотоны.

Похожие:

5. Понятия динамики в сто iconУрок русского языка по теме: «Глагол как часть речи»
Иди, сын, в поле, отмерь участок площадью сто ступеней вдоль и сто поперек и вскопай
5. Понятия динамики в сто iconЗнаем ли, и понимаем ли мы сто?
Этот вопрос можно, только понимая подлинный смысл сто. Ниже приведено извлечение из книги [2], с дополнением, проливающее свет на...
5. Понятия динамики в сто iconПроцессы модернизации в России
Интенсивность динамики социокультурной среды превышала исторические аналоги, требуя новых адаптационных стратегий, превращая в «музейные...
5. Понятия динамики в сто iconИсследование устойчивости нелинейных систем. Определение устойчивости,функции ляпунова
Общее определение понятия устойчивости любой динамической системы по Ляпунову выглядит следующим образом. Запишем уравнения динамики...
5. Понятия динамики в сто iconИсследование устойчивости нелинейных систем. Определение устойчивости,функции ляпунова
Общее определение понятия устойчивости любой динамической системы по Ляпунову выглядит следующим образом. Запишем уравнения динамики...
5. Понятия динамики в сто iconЗнаем ли, и понимаем ли мы сто?
Этот вопрос уже решен. Что позволило понять сущность сто и верно решить вопрос отношения к ней. Об этом было сказано в начальном...
5. Понятия динамики в сто iconСписок тем курсовых работ по разделу “Макроэкономика”курса “Экономическая...
Ачнишкин А. Методологические проблемы факторного анализа динамики производства, интенсивных и экстенсивных путей экономического роста...
5. Понятия динамики в сто iconАльтернативная физика более рациональна
Физические силы, их сущность и законы их действия начинают изучать ещё в средней школе, в разделе динамики. Основой фундамента динамики,...
5. Понятия динамики в сто iconБаталии вокруг сто не затихают
Усиливающееся противостояние вынуждает обе стороны искать подтверждение своих позиций, в основном, в экспериментах. И снова прецедентом...
5. Понятия динамики в сто iconБаталии вокруг сто продолжение
В статье «Баталии вокруг сто не затихают» от, 13. 08. 2010, в заключительной части, об опыте Довженко было сказано, что его метод...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница