Они инвариантны, как можно сказать на языке
математики, относительно преобразований Лоренца.
По-видимому, наиболее важным следствием принципа относительности
является установление свойства инерции энергии, или эквивалентности массы и
энергии. Так как скорость света играет роль предельной скорости, которая
никогда не может быть достигнута никаким материальным телом, то можно легко
понять, что движущееся тело должно приобретать ускорение с большим трудом,
чем еще покоящееся тело. Инерция, стало быть, увеличивается с возрастанием
кинетической энергии. Говоря обобщенно, каждый вид энергии несет в себе
определенную инерцию, то есть массу, и масса, соответствующая данной
энергии, равна этой энергии, деленной на квадрат скорости света. Всякая
энергия несет, стало быть, с собой массу, но даже очень большие -- по
обычным понятиям -- количества энергии дают все-таки лишь очень небольшое
увеличение массы, и это является причиной того, что связь массы и энергии
ранее не была обнаружена. Два закона -- закон сохранения массы и сохранения
энергии -- потеряли свою независимую друг от друга справедливость и
оказались объединенными в единый закон, который можно назвать законом
сохранения энергии или массы.
50 лет назад, когда была создана теория относительности, эта гипотеза
об эквивалентности массы и энергии революционизировала физику, но
экспериментальных доказательств этого закона было тог-
да очень мало. В наши дни можно во многих экспериментах непосредственно
видеть, как элементарные частицы рождаются из кинетической энергии и как
такие частицы могут снова исчезнуть, превратившись в излучение. Поэтому ныне
превращение энергии в массу и наоборот не представляет собой ничего
необыкновенного.
Огромные количества энергии, которые освобождаются при атомных взрывах,
представляют собой другое и гораздо более очевидное доказательство
справедливости соотношения Эйнштейна. Но, вероятно, здесь следует сделать
критическое замечание исторического порядка. Иногда утверждают, что огромные
количества энергии возникают при атомных взрывах непосредственно вследствие
превращения массы в энергию и что эти гигантские количества энергии могли
быть предсказаны только на основе теории относительности. Это мнение
основано, однако, на недоразумении. Большие количества энергии, запасенные в
недрах атомных ядер, были известны со времени экспериментов Беккереля, Кюри
и Резерфорда по радиоактивному распаду. Любое радиоактивное вещество,
например радий, выделяет количество тепла, которое может быть высвобождено
из такого же количества вещества в химической реакции. Энергия распада ядра
урана имеет то же происхождение, что и энергия альфа-распада ядра радия, а
именно в основном электростатическое отталкивание двух обломков, на которые
атомное ядро распалось. Энергия, высвобождающаяся при атомном взрыве,
выделяется, стало быть, непосредственно из этого источника, а не возникает
благодаря превращению массы в энергию. Ибо число элементарных частиц с
конечной массой покоя во время атомного взрыва совершенно не уменьшается.
Правда, энергия связи "строительных кирпичей" атомного ядра проявляет себя
также в массах покоя ядер, и поэтому высвобождение энергии косвенно связано
и с изменением масс атомных ядер.
Эквивалентность массы и энергии, кроме своего огромного значения для
практической физики, подняла также вопросы, связанные с очень старой
философской проблематикой. Различные философские системы прошлого исходили
из тезиса, что субстанция, или материя, неуничтожима. Эксперименты, которые
проводятся в современной физике, показали, что элементарные частицы,
например, позитроны и электроны, могут быть уничтожены и превращены в
излучение. Означает ли это, что более старые философские системы тем самым
опровергнуты новейшим опытом и что аргументы, выдвигающиеся в этих более
ранних системах, должны считаться ложными?
Это было бы, несомненно, несколько преждевременное и неоправданное
заключение, ибо понятия "субстанция" и "материя" в античной или
средневековой философии нельзя просто отождествлять с понятием "масса" в
современной физике. Если наши современные знания выразить на языке более
старых философских систем, то можно было бы, например, массу и энергию
рассматривать в качестве двух различных форм одной и той же субстанции и,
таким образом, сохранить представление о неуничтожимости субстанции.
С другой стороны, едва ли можно сказать, что так уж много достигают,
выражая новейшие знания на старом языке. Философские системы прошлого
сформировались из всей совокупности знаний того времени и поэтому
соответствуют тому образу мышления, какой приводил к этим знаниям. Имеется
полное основание считать, что философы, размышлявшие о природе много
столетий назад, не могли предвидеть развитие квантовой теории или теории
относительности. Поэтому понятия, к которым философы давно прошедшего
времени пришли на основе анализа своих знаний о природе, не могут ныне
соответствовать явлениям, могущим быть наблюдаемыми только с помощью
сложнейших -технических средств нашего времени.
Но прежде чем будут обсуждены философские выводы из теории
относительности, следует еще кратко обрисовать ее дальнейшее развитие.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67