Про релятивістську масу — в останній раз

0
4


Мабуть, інтернет-баталії щодо того, чи зростає маса тіла зі швидкістю чи ні, будуть вестися вічно. Вже не раз пояснювали докладно, як, по-перше, це питання правильно формулюється, а по-друге, як на нього відповісти. Лев Борисович Окунь витратив чимало зусиль, щоб максимально доступною мовою пояснити всім хто сумнівається, що сучасна фізика використовує тільки одне, релятивістськи-инвариантное поняття маси і що поняття росте зі швидкістю «релятивістської маси» — це педагогічний вірус. Він навіть опублікував на цей рахунок окрему книжку. Але тільки все одно приходять нові люди і все починається спочатку.

Однак цього разу, в коментарях до однієї новини на Елементах, ця розмова прийняв вже дещо інший оборот. Тепер висловлюється думка, що, мовляв, це Окунь «постановив», що маса від швидкості не залежить, в той час як великі фізики минулого (перераховуються Борн, Паулі, Фейнман) прямо писали, що маса зі швидкістю зростає. Типу, це що ж, Окунь одноосібно змінив базове поняття фізики?!

З цього приводу відчуваю, що потрібно висловитися ще раз, — і, сподіваюся, востаннє, — з приводу «релятивістської маси».

По-перше, ці баталії стосуються не фізичного явища або властивості, а терміна. Вони не несуть жодних наслідків для самої фізики, вони мають лише педагогічну цінність. І Паулі, і Фейнман, і Окунь, і всі інші фізики, які займаються фізикою елементарних частинок або іншими релятивістськими розділами фізики, — всі вони повністю збігаються один з одним у формулах, які виражають фізичні закони. Тому не треба приписувати Окуні уявних «революцій» в релятивістській механіці.

По-друге, все фізики, робота яких спирається на релятивістську механіку, зокрема, фізика частинок, гравітація, атомна фізика і т. п., вже багато десятиліть оперують лише поняттям маси як лоренц-інваріантної величини. Маса — це притаманна тілу характеристика, яка не залежить від системи відліку і еквівалентна енергії спокою (подальші подробиці — на сторінці про інваріантну масу). Енергія — зі швидкістю зростає, енергія спокою і маса — ні.

Незважаючи на те, що формально можна використовувати величину «релятивістська маса» (тобто просто енергія, поділена на c2), вона не несе ніякої корисної навантаження, а тільки плодить непотрібні сутності і ускладнює словесне опис формул. Так було прийнято задовго до Окуня і давним-давно стало стандартом у фізиці. У цьому сенсі, всі підручники, які повторюють слова про масу, що росте зі швидкістю, відстали від сучасної термінології більш ніж на півстоліття.

На всяк випадок, щоб не думали, що Окунь тут йде проти інших, ось докладний опис тих же речей від Метта Стрэсслера, видатного фізика і автора одного з найбільш відомих блогів з фізики частинок.

По-третє, поняття релятивістської маси не тільки порожнє в науковому сенсі, але і шкідливий — педагогічному. Маса, що росте зі швидкістю, формує у людини яскраве, інтуїтивно привабливе, але неправильне розуміння явищ, розвиває неправильну фізичну інтуїцію. Якщо людина збирається займатися фізикою серйозно, то йому все одно доведеться перевчитися. Але навіть якщо не збирається, ця інтуїція буде постійно йому підсовувати невірне тлумачення деяких фізичних ситуацій. Ось кілька прикладів, коли інтуїція, заснована на релятивістської маси, призводить до неправильного прогнозу або до несостыковке з іншими фізичними твердженнями.

  • Якщо тіло рухається зі швидкістю, дуже близькою до швидкості світла, і його маса зростає (а поздовжній розмір скорочується), то значить, рано чи пізно радіус Шварцшильда перевищить розмір тіла і воно схлопнется в чорну діру. Зрозуміло, нічого подібного не відбувається.
  • Фізики кажуть, що хиггсовское поле відповідає за масу частинок (зауважте, без будь-яких епітетів щодо маси). Виходить, що чим швидше частинка рухається, тим сильніше на неї діє хиггсовское полі. Це теж невірно.
  • Згідно з концепцією релятивістської маси, всі фотони теж мають якийсь масою. Виходить, хиггсовское поле діє і на фотон? Ні звичайно, фотон залишається безмассовым — це найважливіше наслідок хіггсовского механізму Стандартної моделі.
  • Фізики кажуть, що всі електрони ідентичні, і тому, зокрема, працює принцип заборони Паулі. Але як же вони можуть бути ідентичні, якщо у них різні маси?
  • Електрон в нерухомому атомі, в цілому, нерухомий, тобто в цілому він нікуди не летить. Але згідно з квантовою механікою, він там щось рухається, причому у нього там немає якоїсь певної швидкості. Так яку масу ми йому будемо приписувати?

Загалом, якщо у вас є ще якісь сумніви, то, будь ласка, прийміть як факт наступне твердження. Самі фізики давно домовилися, як і що називати і що від чого залежить. Фізики також накопичили віковий досвід викладання релятивістської механіки і знають підводні камені, на які наражаються студенти. Весь цей досвід показує, що поняття релятивістської маси шкідливий. Якщо ви хочете його дотримуватися, — заради бога. Але тільки врахуйте, що ви йдете проти рекомендацій всієї сучасної фізики і що ви постійно ризикуєте помилитися, сприймаючи це поняття занадто буквально.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here