К сожалению, в процессе революции в науке, произошедшей с понятиями пространства, времени, энергии, импульса и массы, Эйнштейн, среди прочего, оставил после себя два разных и противоречивых определения массы.
Из-за этого все, что мы говорим и имеем в виду, можно интерпретировать двумя совершенно разными способами.
При этом непосредственно в физике путаницы нет. Эксперты точно знают, о чем говорят, и умеют делать прогнозы и использовать соответствующие уравнения.
Весь вопрос только в значении самого слова.
Но слова важны, особенно когда мы говорим о физике с людьми, не являющимися экспертами в этой области, и со студентами, для которых уравнения еще не до конца понятны.
В своих статьях под «массой» я подразумеваю свойство объекта, которое иногда еще называют «инвариантной массой» или «массой покоя».
Для меня и моих коллег по физике элементарных частиц это просто старая добрая «масса».
Термины «инвариантная масса» или «масса покоя» используются для пояснения того, что вы подразумеваете под «массой», только если вы настаиваете на введении второй величины, которую вы также хотите называть «массой» и которую обычно называют «релятивистской массой».
.
" Физики элементарных частиц избегают этой путаницы, вообще не используя концепцию «релятивистской массы».
Масса покоя лучше, чем релятивистская масса, поскольку первая масса — это свойство, относительно значения которого согласны все наблюдатели.
У объектов не так уж много схожих свойств.
Возьмите скорость объекта: разные наблюдатели расходятся во мнениях относительно скорости.
Вот едет машина – с какой скоростью она едет? С вашей точки зрения, если вы стоите на дороге, скажем, она движется со скоростью 80 км/ч.
С точки зрения водителя автомобиля, не машина движется, а вы движетесь.
С точки зрения человека, едущего навстречу автомобилю, он уже может двигаться со скоростью 150 км/ч.
Оказывается, скорость – величина относительная.
Спрашивать о скорости автомобиля нет смысла, потому что ответа вы не получите.
Вы должны спросить, какова скорость объекта относительно определенного наблюдателя.
Каждый наблюдатель имеет право произвести это измерение, но разные наблюдатели получат разные результаты.
Принцип относительности Галилея уже включал эту идею.
Зависимость от наблюдателя применима как к энергии, так и к импульсу.
Это также относится и к релятивистской массе.
Это связано с тем, что релятивистская масса равна энергии, деленной на константу, а именно c 2 - поэтому, если вы определите массу как «релятивистскую», то разные наблюдатели будут расходиться во мнениях относительно массы объекта m, хотя все согласятся, что E = mс.
2 .
Но масса покоя, которую я называю просто «массой», не зависит от наблюдателя, поэтому ее иногда называют инвариантной массой.
Все наблюдатели согласны с массой объекта m, определенной таким образом.
И все наблюдатели согласятся, что если вы покоитесь относительно объекта, то его измеренная вами энергия будет равна mc 2 , иначе энергия будет отличаться в большую сторону.
Итого: с определением массы, которое я использую в своих статьях, • Если скорость объекта относительно наблюдателя равна v=0, то наблюдатель определит, что объект имеет E = mc. 2 и импульс p = 0. • Если вместо этого объект движется относительно наблюдателя, то он измерит, что E > mc 2 , и импульс также больше нуля (p > 0).
• В общем, взаимосвязи между E, p, m и v задаются двумя уравнениями:
о v = ПК/Е
о 
• что согласуется с двумя предыдущими утверждениями, поскольку если p=0, то v=0 и 
(следовательно, E = mc 2 ), а если p> 0, то v> 0 и (поскольку pc > 0) E должно быть больше mc 2
Эти уравнения и их графическое представление подробно обсуждаются.
Я хотел бы дать вам понимание причин, по которым физики элементарных частиц используют эти уравнения и не думают, что уравнение E = mc 2 всегда выполняется.
Это уравнение применимо к случаю, когда наблюдатель не движется относительно объекта.
Я попытаюсь сделать это, задав несколько вопросов, ответы на которые сильно различаются в зависимости от выбора значения слова «масса».
Это поможет привлечь ваше внимание к большим проблемам, возникающим при наличии двух конкурирующих определений массы, и объяснит, почему в физике элементарных частиц гораздо проще работать с массой, независимой от наблюдателя.
Имеет ли частица света, фотон, массу или нет?
Если использовать мое определение массы, то нет. Фотон — безмассовая частица, поэтому его скорость всегда равна универсальному пределу скорости c. Но электрон имеет массу, поэтому его скорость всегда меньше c. Масса всех электронов равна 0,000511 ГэВ/с.2 .
Но если вы имеете в виду релятивистскую массу, то да, имеет. Фотон всегда обладает энергией, поэтому он всегда имеет массу.
Ни один наблюдатель не увидит ее безмассовой.
Он имеет только нулевую инвариантную массу, также известную как масса покоя.
Каждый электрон будет иметь свою массу, и каждый фотон — свою.
По этому определению электрон и фотон, имеющие одинаковую энергию, будут иметь одинаковую массу.
Некоторые фотоны будут иметь большую массу, чем некоторые электроны, а другие электроны будут иметь большую массу, чем другие фотоны.
Что еще хуже, для одного наблюдателя масса определенного электрона будет больше массы определенного фотона, а для другого может быть наоборот! Поэтому релятивистская масса приводит к путанице.
Действительно ли масса электрона больше массы атомного ядра?
Если использовать мое определение массы, то нет, никогда.Все наблюдатели согласятся, что масса электрона в 1800 раз меньше массы протона или нейтрона, составляющих ядро.
Но если под массой мы подразумеваем релятивистскую, то ответ будет: это зависит от ситуации.
Масса покоящегося электрона меньше.
У очень быстрого электрона их больше.
Можно даже все устроить так, чтобы масса электрона точно совпадала с массой выбранного ядра.
В целом можно сказать только, что масса покоя электрона меньше массы покоя ядра.
Есть ли у нейтрино масса?
Используя мою концепцию массы, ответ на этот вопрос был неизвестен с 1930-х годов, когда была впервые предложена концепция нейтрино, до 1990-х годов.Сегодня мы знаем (почти наверняка), что нейтрино имеют массу.
Но если под массой понимать релятивистский, то ответ будет такой: естественно, мы знали об этом с самого первого дня существования понятия «нейтрино».
У всех нейтрино есть энергия, поэтому, как и у фотонов, у них есть масса.
Вопрос лишь в наличии инвариантной массы.
Все ли частицы одного типа — например, все фотоны, все электроны, все протоны, все мюоны — имеют одинаковую массу?
Используя мою концепцию массы, ответ на этот вопрос — да.Все частицы одного типа имеют одинаковую массу.
Но если под массой мы подразумеваем релятивистскую, то ответ будет: очевидно, нет. Два электрона, движущиеся с разной скоростью, имеют разную массу.
Они имеют только одинаковую инвариантную массу.
Верна ли старая формула Ньютона F = ma, связывающая массу, удар и ускорение?
Используя мою концепцию массы, ответ: нет. В версии теории относительности Эйнштейна эта формула исправлена.Но если под массой мы подразумеваем релятивистскую, то ответ будет: это зависит от ситуации.
Если вектор силы и движение частицы перпендикулярны, то да; иначе нет.
Увеличивается ли масса частицы с увеличением скорости и энергии?
Используя мою концепцию массы, ответ: нет. См.диаграмму выше.
Разные наблюдатели могут приписывать частице разную энергию, но все согласны с ее массой.
Но если под массой мы подразумеваем релятивистскую, то ответ будет: да.
Разные наблюдатели могут приписывать частице разные энергии и, следовательно, разные массы.
Они согласятся только относительно инвариантной массы.
Итак, мы, по крайней мере, видим лингвистическую проблему.
Если мы не уточним, какое именно определение массы мы используем, мы получим совершенно разные ответы на простейшие вопросы физики.
К сожалению, в большинстве книг для непрофессионалов и даже в некоторых учебниках для первокурсников (!) авторы без объяснения причин переключаются между этими терминами.
И самая распространенная путаница среди моих читателей связана с тем, что им сообщают два типа информации о массе, которые противоречат друг другу: один подходит для массы покоя, другой — для релятивистской массы.
Очень плохо использовать одно слово для двух разных вещей.
Это, конечно, всего лишь язык.
Вы можете делать с языком все, что захотите.
Определения и семантика не имеют значения.
Когда физик вооружен уравнениями, язык становится несовершенным средством.
Математика никогда не запутывается, и человек, разбирающийся в математике, тоже не запутается.
Но для большинства людей и начинающих студентов это кошмар.
Что делать? Один из вариантов — настаивать на использовании всех возможных терминов.
Но это сделает объяснения очень запутанными.
• Ээнергия покоящегося объекта = инвариантная масса, умноженная на c 2 = релятивистская масса, умноженная на c 2 • Масса движущегося объекта = инвариантная масса, как и раньше, но энергия = релятивистская масса, умноженная на c. 2 у него больше, чем раньше, за счет энергии движения.
Это слишком многословно.
Я и мои коллеги просто говорим: • Объект массы m в покое имеет энергию E, равную mс 2 , • а движущийся объект по-прежнему имеет массу, равную m, а энергия E больше mс 2 , именно по энергии движения.
Этот метод не менее содержателен, он использует меньше различных понятий и определений и избегает двух противоречивых значений слова «масса», одно из которых не меняется при движении, а другое — меняется.
С лингвистической, семантической и концептуальной точки зрения необходимо избегать понятия «релятивистская масса» и убрать слова «инвариант» и «покой» из определений «инвариантная масса» и «масса покоя», поскольку «релятивистская масса» масса» — бесполезное понятие.
Это просто другое название энергии частиц.
Использовать понятие «релятивистская масса» — то же самое, что настаивать на термине «красновато-синяя».
Если я буду настаивать на использовании термина «красновато-синий» для описания изюма, вы возразите: ведь у нас уже есть слово для этого цвета: фиолетовый.
Что случилось с ним? Вы также можете сказать: «Говорить, что цвет изюма — это разновидность синего цвета, неверно и сбивает с толку.
«Можно сделать вывод, что цвет изюма немного похож на цвет неба, но на самом деле они разные».
Примерно в том же духе релятивистская масса, умноженная на c 2 — это всего лишь еще одно название энергии (для которой у нас уже есть хорошее слово), и описание энергии, как если бы она была чем-то вроде массы, сбивает читателя с толку.
Это еще одна причина, почему неправильно называть энергию формой массы.
В уравнениях Эйнштейна пространство и время связаны друг с другом так же, как энергия и импульс.
Возможно, вы даже помните это энергия сохраняется благодаря независимости законов физики от времени , а импульс обусловлен независимостью законов от места.
Следовательно, если мы скажем, что масса равна E/c 2 , тогда что такое п/к? Это должно что-то значить.
Что именно? Но название этой величине никто не дал.
Почему? Потому что «импульс» — хорошее название для р, а п/к в названии не нуждается.
Так почему же «энергия» не подходит для Е? Зачем нам нужно новое имя для E/c? 2 ? Особенно если учесть, что в уравнении с E и p фигурирует еще одна величина:
Величина справа явно не нуждается в новом имени, поскольку она явно не является ни E, ни p — она не сохраняется, как E и p, но не зависит от наблюдателя (в отличие от E и p!)
Понятие «релятивистская масса» появилось не на пустом месте и не по какой-то глупости.
Ее ввел сам Эйнштейн, и не зря, поскольку он занимался вопросом связи между энергией системы объектов и массой этой системы.
Но хотя концепцию релятивистской массы пропагандировали и распространяли и другие знаменитые физики того времени, сам Эйнштейн, судя по всему, отвергал такой образ мышления, и тоже не без оснований.
Сообщество современных физиков элементарных частиц сделало то же самое.
Я никогда не использую релятивистскую массу в статьях и исследованиях.
Вместо этого я использую энергию, потому что для самой частицы релятивистская масса — это просто энергия, деленная на c. 2 .
Под «массой» я всегда подразумеваю «инвариантную массу» или «массу покоя», с которой согласны все наблюдатели.
Масса электрона всегда равна 0,000511 ГэВ/с.
2 , не имеет значения, насколько быстро он движется.
Масса любого электрона меньше массы атомного ядра.
Все фотоны в вакууме всегда безмассовые.
А масса частиц Хиггса равна 125 ГэВ/с.
2 , независимо от их скорости.
Физики элементарных частиц используют это лингвистическое и концептуальное соглашение.
Это не обязательно, вы можете сделать другой выбор.
Но этот подход позволяет избежать многих практических и концептуальных проблем, что я и пытался здесь показать.
Теги: #Популярная наука #физика #энергия #масса #Эйнштейн #теория относительности #теория относительности #Мэтт Страсслер #Мэтт Страсслер #Мэтт Страсслер #релятивистская масса
-
Путин Подписал Закон О «Праве На Забвение»
19 Oct, 24 -
Самая Большая Натриево-Серная Батарея
19 Oct, 24 -
Selectel Снова Не Работает
19 Oct, 24 -
Помощь Школьным Сайтам
19 Oct, 24 -
Музыка Для Программистов
19 Oct, 24
