ФІЗИКА

Частина 4

ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ

 

Розділ 14 ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ СВІТЛА. ОСНОВИ СПЕЦІАЛЬНОЇ ТЕОРІЇ ВІДНОСНОСТІ

 

14.10. Філософський аналіз взаємозв'язку маси і енергії

 

Ньютонівське трактування маси як кількості матерії було наслідком механічного розуміння матерії. Вважалося, що матерія складається з абсолютно твердих, неподільних атомів, які уособлюють собою поняття тілесної субстанції. При цьому логічно було стверджувати, що чим більше атомів в одиниці об’єму тіла, тим більше в ньому «кількості матерії», тобто маси. Визначення маси як міри інертності і міри гравітації виявлялось ніби другорядним.

У сучасній фізиці ситуація докорінно змінилася: визначення маси як «кількості матерії» стало неприйнятним. Очевидно, що повна маса тіла т не може розглядатись як «кількість матерії», адже вона залежить від вибору системи відліку. Оскільки система відліку обирається довільно, то ніякого однозначного висновку про кількість матерії не дістанемо. Наприклад, маса фотона дорівнює нулю, але це зовсім не свідчить про його нематеріальність. З філософської точки зору поняття «кількості матерії» взагалі некоректне. Воно передбачає наявність одноякісної субстанції, яка має єдину кількісну міру свого виявлення, що суперечить принципу невичерпності матерії. Тому в сучасній фізиці маса трактується не через кількість матерії, а як міра інертності і міра гравітації.

Наприкінці XIX ст. стало сумнівним поняття «тілесна субстанція», на перший план висунулось поняття «енергія», яке вийшло далеко за межі механіки, набуло загального визнання. Водночас усе більше виявлялась обмеженість поняття маси.

У цих умовах виник енергетизм Оствальда як спроба замінити поняття матерії поняттям енергії. Висновок Оствальда про те, що енергія — це деяка нематеріальна субстанція, чистий рух без матеріального носія неправомірний. Цей висновок ґрунтується на незаконному ототожненні понять «матерія» і «речовина», характерному для класичної фізики, а також на поєднанні однієї з властивостей фізичних об’єктів (енергії) з самим об’єктом, що має цю властивість.

Поняття енергії здавалося більш загальним, ніж поняття речовини. Проте з цього не випливає, що енергія становить собою нову субстанцію світу. Енергія є однією з найважливіших фізичних мір руху, однією з фундаментальних властивостей фізичних об’єктів, яку до цього часу вдавалось приписувати будь-яким об’єктам і явищам природи. Не виключено, що рано чи пізно і це поняття виявиться обмеженим.

Нова фаза енергетизму була пов’язана із співвідношенням Ейнштейна (14.26). Фізичний зміст його полягає в тому, що будь-яке збільшення маси тіла спричинює збільшення його енергії, а будь-яке збільшення енергії тіла приводить, у свою чергу, до збільшення його маси. Навіть тіло, що перебуває у стані спокою, має величезну внутрішню енергію (Е0 = =mс2), невелика частина якої використовується у вигляді ядерної енергії.

Оскільки маса і енергія взаємопов’язані, іноді стверджують, що матерія — це згущена енергія, що елементарні частинки складаються з енергії, що маса перетворюється в енергію тощо. Досвід свідчить, що маса, як і енергія, зберігається, вона не зникає і не перетворюється в енергію.

Як масу, так і енергію було б неправильно розглядати як «матеріал», з якого будуються фізичні об’єкти. Енергія, подібно до маси, не може характеризувати «кількість матерії». До того ж фізичні об’єкти мають й інші фундаментальні властивості, тому субстанціалізація саме енергії і необґрунтована.

Більш складним є питання про інтерпретацію еквівалентності маси та енергії. Очевидно, що маса і енергія нерозривно взаємопов’язані. Ілюзія про їхню абсолютну протилежність була зумовлена тим, що в макросвіті, який оточує нас, енергетичні перетворення на багато порядків менші від загальної внутрішньої енергії тіла (E0 = mс2). Це приводить до наближеного збереження маси та уявлення про стабільну матеріальну субстанцію. Навпаки, в мікросвіті енергетичні перетворення стають порівнянними з величиною mс2, і різка протилежність маси і енергії зникає. Вже не можна говорити, що лише енергія відбиває «активний» характер процесів, а маса — «пасивний». Закон збереження маси порушується, що спростовує уявлення про матеріальну субстанцію. Протилежність маси і енергії, притаманна макросвіту, перетворюється в глибоку єдність їх.

Закон пропорційності пов’язує дві фундаментальні властивості будь-яких матеріальних об’єктів: масу та енергію, які раніше розглядались як незалежні. «Таким чином, — писав М. Борн, — ми досягли величезного єднання наших знань про матеріальний світ: матерія в найбільш широкому розумінні цього слова (в тому числі світло та інші форми чистої енергії на мові класичної фізики) має дві фундаментальні властивості: інерцію, що вимірюється її масою, і властивістю виконувати роботу, що вимірюється її енергією. Ці дві властивості точно пропорційні одна одній»*.

На думку М. Джеммера, у межах теорії відносності поняття маси і енергії тотожні і є виявом одного і того самого фізичного субстрату, у зв’язку з чим слід мати на увазі єдину фізичну величину — «масенергію». Не погоджуючись із запропонованою М. Джеммером субстанціалізацією «масенергії», можна все ж таки визнати, що маса і енергія в мікросвіті зливаються в єдину фізичну величину і що вибір одного з цих понять для описання конкретних фізичних процесів є багато в чому умовним.

_____________________________________________________________

*Борн М. Физика в жизни моего поколения. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. — С. 345.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.