Динамика пространственных и временны́х эффектов

В каждой физической теории пристальное внимание уделяется динамике, в том числе ее господству над кинематикой. Важнейшими динамическими характеристиками являются масса, энергия и импульс. Показательна их взаимная связь для свободно движущейся частицы:

(3.5)

где Е – полная энергия частицы, р – импульс частицы; с – скорость света; т – масса покоя частицы.

Приведя эту формулу в своей статье, видный отечественный физик Л. Б. Окунь подчеркивает, что не все физики "осознают, что эта формула несовместима с . Еще меньше число знает, что она абсолютно совместима , поскольку –

это значение Е при р = 0"[1]. Он отмечает, что его статья "написана для тех, кто хотел бы не заблудиться в “трех соснах” этих трех формул и хотел бы лучше понимать теорию относительности и ее историю"[2].

Масса тела является инвариантом. Как раз это обстоятельство то и дело недопонимается. Маститый физик недоумевает:

"Почему сорняк массы, зависящей от скорости, так устойчив?"[3]. В этой связи он подчеркивает, что подчас в теорию вводят "ква- зифизические величины" (в нашем случае это масса, зависящая от скорости – Прим. авт.). При известной тщательности вычислений результат получается правильным. Имеется в виду, что соблюдение в основном (но не в частностях! –Прим. авт.) концептуального устройства теории "исправляет" тот или иной частный изъян. "Однако в более высоком смысле, – вполне справедливо отмечает Л. Б. Окунь, – теория при введении “квазивеличин” оказывается изуродованной, так как нарушаются ее свойства симметрии"[2]. Сказываются также известные пристрастия к физике Ньютона, деформирующие понимание теории относительности[2]. Но они мало что объясняют в поведении такого великого физика, как Эйнштейн, автора правильной формулы . Часть утверждений Эйнштейна относительно природы массы не лишена двусмысленностей.

Итак, строго соответствующей концептуальному устройству специальной теории относительности формулой является соотношение:

(3.6)

Полная энергия тела включает не только внутреннюю энергию Е0, но и кинетическую энергию. Что касается массы, то ее не следует обозначать символом т0, ибо в таком случае напрашивается вывод о существовании наряду с т0 еще и другой массы т, которая якобы отличается от т0. При характеристике массы всегда следует иметь в виду, что она является инвариантом для всех инерциальных систем отсчета.

Особого упоминания заслуживает соотношение массы и энергии. Чрезвычайно широко распространено убеждение, согласно которому масса и энергия являются эквивалентными параметрами. Рассматриваемое убеждение навеяно формулой (3.6). Осмысливается прямо пропорциональная зависимость между Е0 и т. Именно такая зависимость действительно существует. Но из нее в принципе невозможно извлечь положение об эквивалентности энергии и массы.

Парадоксы науки

Положение об эквивалентности массы и энергии несостоятельно. Формула Е0 = тс2 свидетельствует о принципиально различной природе как энергии, так и массы, а также скорости света. Об этом же свидетельствуют их различные размерности.

Продолжая рассмотрение динамики, обратимся к объяснению релятивистских пространственно-временных эффектов. Имея их в виду, Е. Л. Фейнберг писал: "Фактом является удивительное непонимание сущности специальной теории относительности при совершенном владении ее техникой у множества и даже очень квалифицированных физиков, в том числе теоретиков очень высокого уровня, вплоть до академиков"[6]. Тут же авторитетный физик отмечал, что "число непонимающих не уменьшается, а растет"[2].

Предметом разногласий является вопрос об укорочении эталонного стержня и замедления времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Критикуемые Фейнбергом авторы считают рассматриваемые эффекты чисто кинематическими явлениями, не имеющими отношения к динамике. Достаточно, мол, констатации, что явления выглядят неодинаково в различных системах отсчета.

Поясним рассматриваемую ситуацию довольно простым примером. Рассматривается скорость перемещения объекта, не находящегося под действием каких-либо сил. Она будет неодинаковой в различных системах отсчета. Ясно, что рассматриваемая скорость не зависит от каких-либо сил. Их ведь просто нет. От сил как динамических факторов зависит изменение скорости тела, а не его скорость как таковая. Допустим, что с позиций инерциальной системы ИC1 рассматривается изменение скорости избранного тела Δν в системе ИС2. Это изменение не может произойти без действия некоторых сил, следовательно, оно имеет динамическую природу. Обращусь теперь к рассмотрению релятивистских пространственно-временных эффектов.

Что, строго говоря, означает выражение "замедление времени в системе ИС2"? Увеличилась скорость тела, а в результате время стало "набегать" медленнее. Речь идет об изменении параметра времени с позиций системы ИС1. Изменение скорости и параметра времени вызвано действием сил. Следовательно, оно по праву должно быть названо динамическим эффектом. Укорочение тел также определяется силами.

Обсуждаемая сумятица мыслей, по мнению автора, определяется следующим обстоятельством. Когда излагают специальную теорию относительности, то подчеркивается равноправие инерциальных систем отсчета. Дескать, с позиций ИC1 время в системе отсчета ИС2 течет медленнее, чем в ней самой. Но с позиций системы ИС2 время в ней течет медленнее, чем в системе ИС1. Выходит, что суждения о течении времени определяются не динамическими факторами, а лишь выбором систем отсчета.

Сторонники данной точки зрения не учитывают следующее важнейшее обстоятельство. Все рассуждения об изменении течения времени относятся к изменениям, происходящим с одним и тем же объектом. Таким образом, сравниваются не две системы, а события, происходящие с объектами. Разумеется, релятивистские пространственно-временные эффекты можно рассматривать с позиций многих систем отсчета.

Е. Л. Фейнберг выявил многие тонкости, связанные с оценкой динамической природы релятивистских пространственно- временных эффектов. Но, как автору представляется, он сам не избежал одной двусмыслицы. Стараясь быть предельно аккуратным в своих выводах, Фейнберг настаивал на изменении масштабов длины и времени[8]. Но масштабы длин и времен[9], т.е. секунды и метры соответственно, будучи однажды выбранными, затем не пересматриваются. Например, секунда по определению остается одной и той же. Считать по-другому значит отвергать конгруэнтность единиц измерения. Фейнберг имел в виду, что при передаче из одной инерциальной системы в другую изменяются эталонные метровые стержни и соответствующие эталонные часы. Допустим, что метровый стержень в силу релятивистских эффектов приобрел новую протяженность, 0,8 м. Но в собственной системе отсчета, относительно которой он по определению неподвижен, метровый эталон длины не изменил свой протяженности. Таким образом, рассматриваемые эффекты относятся к протяженностям объектов и длительностям процессов, а не к их масштабам.

Выводы

1. В рамках релятивистской механики масса объектов является инвариантом, она не зависит от скорости их движения.

2. Все пространственно-временны́е эффекты обусловливаются силами.