Маса та енергія

Маса та енергія

Щоб продовжити наші міркування, необхідно чітко розібратися з поняттями маса та енергія. Усі види енергії можна поділити на потенційну енергію та кінетичну енергію. Розглянемо, як ставитися «класична» фізика до потенційної енергії: «Потенційну енергію називають також енергією становища, оскільки вона залежить від цього, яким шляхом відбувався підйом, а визначається лише положенням тіла (висотою, яку воно піднято) . При опусканні тіла на початковий рівень сила тяжіння здійснить таку ж роботу, яка була витрачена на підйом тіла. Виходить, піднімаючи тіло, ми запасли роботу. При даному вихідному положенні тіла величина роботи, яку може здійснити тіло, тобто потенційна енергія, залежить від того, наскільки тіло може опуститися. У гирьовому механізмі це визначається довжиною ланцюжка, де висить гиря, у прикладі з похилою площиною - висотою найвищої точки похилої площині над її нижчою точкою. В інших випадках найнижчий рівень не може бути природно визначений. Наприклад, якщо тіло лежить на столі, то можна визначати його потенційну енергію тією роботою, яку воно зробило б, опускаючись до підлоги, рівня землі або до дна погреба і т.д. Тому треба заздалегідь домовитися, від якого рівня відраховувати висоту, а водночас і потенційну енергію тіла. Вибрати цей рівень можна цілком довільно, тому що у всіх фізичних явищах завжди буває важливою є не сама потенційна енергія, а її зміни, якими визначається скоєна робота. Зміни ж потенційної енергії будуть, очевидно, однаковими, хоч би який ми вибрали рівень». (Елементарний підручник фізики за редакцією Г.С. Ландсберга том 1 стор.191 «Наука» 1967г.)

«Класична»фізика розглядає лише зміни потенційної енергії, не вдаючись у подробиці, що це таке. Для неї цього цілком достатньо. Ми можемо продовжити міркування. На планеті тіло може максимально «падати» до центру Землі. Але чи досягне вона межі своєї потенційної енергії? Таке ж тіло може «падати» і на інших планетах, які можуть бути набагато більшими за Землю. А якщо «падатиме» на зірці? Там сили гравітації набагато більші і відповідно на висоту падіння виділиться набагато більше енергії. Чи є кордон у потенційної енергії? Чи потенційна енергія нескінченна? Є така чудова формула E=mc2. Знаючи масу тіла, можна порахувати, скільки енергії в ньому може утримуватися. Отже, тіло може «падати» доки кінетична енергія не досягне розрахункової, тоді потенційна енергія «кінчитися». Тоді потенційну енергію можна пов'язати із масою речовини. При падінні тіла його потенційна енергія зменшується, отже повинна зменшитися і маса. Кінетична енергія має збільшуватися. Загальна енергія тіла зберігається. Загальна енергія тіла демонструє його інерційність. Однак інерційність це теж багато. До чого ми дійшли? Потенційна енергія здебільшого менше загальної енергії тіла, оскільки загальна енергія складається з потенційної та кінетичної. Як же так? У «класичній» фізиці існували дві маси: гравітаційна та інерційна маса. Їх існування виводиться із двох різних законів Ньютона, у яких згадується маса. Виходячи з нашого припущення, потенційну енергію ми можемо пов'язати з гравітаційною масою, а загальну енергію з інерційною масою. На поверхні нашої планети різниця цих мас буде невеликою, тому що на одиницю маси припадає величезна кількість енергії.

Що нам на цескаже загальноприйнята теорія?

«Маса фігурує у двох різних законах: у другому законі Ньютона та у законі всесвітнього тяжіння. У першому випадку вона характеризує інертні властивості тіла, у другому – гравітаційні властивості, тобто здатність тіл притягувати одне одного. У зв'язку з цим виникає питання, чи не слід розрізняти інертну масу і гравітаційну масу.

Отже, вся сукупність досвідчених фактів свідчить про те, що інертна і гравітаційна маси всіх тіл суворо пропорційні одне одному. Це означає, що при належному виборі одиниць гравітаційна та інертна маси стають тотожними, тому у фізиці говорять просто про масу. Тотожність гравітаційної та інертної мас покладена Ейнштейном в основу загальної теорії відносності». (І.В.Савельєв "Курс загальної фізики" том 1 стор.174, 177 "Наука" 1987р.)

Чому теорію відносності Ейнштейна було прийнято, буде розглянуто пізніше. А зараз тільки скажемо, що Ейнштейн постулював відносність простору та часу. Але звідси випливає і відносність енергії, яка буде залежною від системи відліку. Наприклад, поняття, що широко застосовується в квантовій фізиці, - маса спокою частинки в теорії Ейнштейна не має сенсу. Так як у різних системах відліку частка буде або лежати, або рухатися з різними швидкостями. Тоді у частинки до маси спокою додаватиметься маса енергії руху. Для поняття маси спокою необхідна абсолютна система відліку, пов'язана з простором, що незмінюється. Ось ще приклад, в одній системі відліку заряджене тіло нерухоме, а в іншій системі відліку це тіло рухається. Тоді в другій системі відліку навколо зарядженого тіла, що рухається, виникне магнітне поле, а в першій системі відліку немає. Магнітне поле пов'язане з енергією. При зникненнімагнітного поля його енергія передається зарядженим частинкам. Тоді у різних системах відліку у зарядженого тіла різна енергія. Виходить порушення закону збереження енергії. Можна вигадати безліч прикладів з різними системами відліку та енергією, завжди буде порушення закону збереження енергії. А ось прикладами, що розглядають простір і час, можна маніпулювати, і що-небудь довести релятивістам неможливо, тому що у них будуть свої докази. Можливо тому, що немає закону збереження простору? Закону збереження часу також немає.

Ми трохи відволіклися. Ми розглядали можливість падіння в гравітаційному полі. Модель стійкості атома можна як можливість «падіння» в електричному полі. Показово «падіння» у взаємодії електрона та позитрону. Так як у них маси однакові, то й стійкого стану не вийде. Електрон та позитрон почнуть зближуватися під дією сил Кулонівського тяжіння. При їх русі навколо них утворюється магнітне поле. У частинок виникне ЕРС самоіндукції та сила Лоренца. Електрон і позитрон зближуватимуться не прямолінійно, а закручуватись відносно один одного (навколо точки, що знаходиться посередині між ними). ЕРС самоіндукції не зможе компенсувати сили тяжіння, тому що у частинок однакові маси, швидкості та прискорення. Стійке положення може бути за умови обертання частки навколо точки, яка є центром тяжіння. У електрона та позитрону швидкість зростатиме, при цьому зменшуватиметься потенційна енергія (гравітаційна маса), а зростатиме кінетична енергія та магнітний потік навколо частинок. До якої швидкості можуть розігнатися частки? Граничною швидкістю вважається швидкість світла у вакуумі (щодо абсолютного нерухомого простору). Прицьому їх потенційна енергія (гравітаційна маса) вичерпається, а залишиться лише кінетична енергія та магнітний потік. Може бути, енергія магнітного потоку, що виникає навколо зарядженої частки, що рухається, і є кінетична енергія? Коли потенційна енергія (гравітаційна маса) повністю перейде в кінетичну енергію (енергію магнітного потоку), тоді зникне гравітаційна взаємодія і кулонівське тяжіння, а магнітний потік у вигляді двох фотонів розлетиться в різні боки. Такий процес називають анігіляцією. Частинкам зовсім не обов'язково стикатися, достатньо досягти швидкості світла у вакуумі.

Зроблено припущення, що фотон це квант магнітного поля, а не електромагнітного, як ми звикли рахувати. Що можна сказати? У всіх дослідах щодо впливу електричного та магнітного поля на світ використовувалася посередником речовина. Тобто полями впливали на речовину, а вже вона впливала на світло. Безпосередній вплив полів на світ не доведено (можливо ті поля, які можуть впливати на світ, повинні бути набагато сильнішими, а в речовині є такі ділянки). Те, що світло саме електромагнітні хвилі є робочою гіпотезою, на зміну якої ніщо не прийшло. Як саме виглядає електромагнітна хвиля – ніхто не знає. Ніхто не зміг збудувати наочної моделі електромагнітної хвилі. Чи це не є доказом ефемерності подібної конструкції. Вважається, що найкращий та правильний шлях – абстрактне уявлення електромагнітного поля. Потрібно просто, не ламаючи собі голову з приводу дійсної картини, розглядати поле як математичні функції координат та часу. Тому, що всі хвилі, які ми називаємо електромагнітними (світло, радіохвилі тощо), дійсно є електромагнітними, нас навчали змалку.Змінилося багато поколінь людей, які використовували поняття саме електромагнітної хвилі. І засумніватись у правильності цього поняття зовсім не легка справа (знаю по собі). Про фотони ми поміркуємо пізніше.

Зроблено ще одне припущення, що енергія магнітного потоку – це кінетична енергія. Ми звикли пов'язувати магнітні явища насамперед із електричним струмом. Чому при розгляді руху макроскопічних тіл у механіці ми говоримо про кінетичну енергію, куди ж подіється тоді магнітне поле? Справа в тому, що в електричних ланцюгах переважно рухаються частинки одного заряду - електрони. При їхньому русі в одному напрямку магнітні потоки окремих електронів мають можливість злиття в одне загальне магнітне поле. А при русі макроскопічних тіл завжди розглядаються тіла, у яких кількість позитивних і негативних частинок однакова, тобто електрично нейтральних. І тому, при русі таких тіл магнітні поля окремих частинок з'єднатися не зможуть і залишаться всередині речовини навколо частинок. Існування цих магнітних полів ми не помітимо. Макроскопічне тіло буде магнітно-нейтральним, як і електрично нейтральним. Адже через те, що макроскопічне тіло електрично нейтрально ми не заперечуємо того, що воно складається із заряджених частинок.

Може виникнути ще одне питання: оточуюча речовина складається з протонів, нейтронів і електронів. Ну добре, протони та електрони заряджені частинки, навколо них може утворюватися магнітне поле при їх русі, а як бути з нейтронами? Адже вони можуть мати кінетичну енергію, і водночас вони електрично нейтральні. Можна сказати, що за сучасними уявленнями, нейтрон тільки для зовнішніх об'єктів електрично нейтральний. А складається з кварків, якіелектричний заряд мають. Просто він компенсується наявністю як позитивного заряду, і негативного. Справді проблематичною частинкою, з погляду нашого припущення, є нейтрино. Ця частка не укладається у рамки нашого припущення. Про неї ми поговоримо пізніше. (Розглядаються тільки частки, стійкі тривалий час. З протонів, нейтронів і електронів складається оточуюча речовина. Нейтрино через свою слабку взаємодію з речовиною, має бути стійким тривалий час, а бета-розпад при якому воно з'являється не таке вже й рідкісне явище ).

Відповідно до теорії відносності Ейнштейна, частка, що має масу спокою, не може досягти швидкості світла, так як при цьому її маса перетворюється на нескінченність. З погляду нашого припущення проблема нескінченності зникає і частка, має масу спокою, може досягти швидкості світла, у своїй її гравітаційна маса (потенційна енергія) перетворюється на енергію магнітного поля (кінетична енергія) і виходить квант світла – фотон. Закон збереження енергії у своїй виконується. Головне не накачувати частину додаткової енергією, а створити умови переходу її потенційної енергії в кінетичну (гравітаційне полі, електричне поле).