Мясников Владимир Макарович : другие произведения.

Из статьи А.Д. Чернина: "Сто лет назад Эйнштейн открыл взаимное превращение массы и энергии. ... Если тело массы m находится в покое, то запасенная в нем энергия E равна произведению массы на квадрат скорости света: E = mc². Так выглядит эйнштейновское соотношение между энергией покоя и массой тела, самая знаменитая формула науки."

Соглашаясь в принципе с такой оценкой формулы Эйнштейна, замечу, однако, следующее. Энергия в левой части формулы Эйнштейна интерпретируется как "мера взаимодействия материи" (или как "мера воздействия одной части материи на другую"), тогда как масса в правой части, и тем самым, вся правая часть (учитывая, что c² — фундаментальная физическая константа), интерпретируется как "мера количества материи". Именно поэтому формула Эйнштейна, связывающая такие различные ипостаси материи как количество вещества и энергию, получила столь высокую оценку.

Определение массы как меры количества материи (вещества) в теле, существующее в физике со времен И.Ньютона ("Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему её ..."), следует признать не совсем удачным [4]. Масса как мера количества материи "не смотрится" как физическая характеристика тела, в частности, выглядит совершенно неубедительной возможность в физических моделях замены тела точкой, "имеющей то же количество материи, что и тело (?!)". Иное дело - масса как некая динамическая характеристика тела. Ньютон, сформулировав на словах определение массы как меры количества материи, фактически использует понятие массы именно в смысле динамической характеристики, например, в определении материальной точки. Я полагаю, что тем самым Ньютон придал "количеству материи" - массе физический смысл.

Понятие массы как меры количества материи можно назвать "бытовым" (подобно "обыденному" времени у Ньютона), поскольку оно хорошо оправдывает себя в быту, и повидимому, было известно людям задолго до появления науки физики. С появлением науки физики "бытовое" понятие массы было, естественно, перенесено в физику и, за редкими исключениями, используется и поныне. Это не приводило к заметным противоречиям, но это существенно ограничивало возможности физики. Я полагаю, что необычайная "знаменитость" формулы Эйнштейна обязана именно "бытовой" интерпретации этой формулы.

Предлагаю взглянуть на формулу Эйнштейна под другим углом зрения. Действительно, если энергия интерпретируется как "мера взаимодействия материи", то и масса, в силу именно формулы Эйнштейна, должна также интерпретироваться как "мера взаимодействия материи", т.е. формулу Эйнштейна можно рассматривать как определение физической массы, конкретизации той "динамической характеристики тела", о которой я упоминал выше. Если же масса уже определена как "мера взаимодействия материи", то формула Эйнштейна представляет собой лишь тривиальную манипуляцию с фундаментальными константами, т.е. связь между массой и энергией в этой формуле — чисто терминологическая. Если m - масса на "языке массы", то E = mc² - та же масса на "языке энергии", имея в виду что c² - фундаментальная физическая константа (именно в этом смысле следует понимать утверждение об эквивалентности массы и энергии.). Можно также привести множество других названий массы, например, p = mc - на "языке количества движения", r_g = γm/c² - на "языке длин" (γ — гравитационная постоянная, r_g -- гравитационный радиус массы m ), t = γm/c³ - на "языке времени" и т.д. Любое из перечисленных названий массы можно использовать при условии согласования физических размерностей и корректировки используемой терминологии или даже - иной физической интерпретации явления.

Отмечу еще раз, что интерпретация массы как меры взаимодействия материи не отменяет возможности "бытовой интепретации", в частности, я отнюдь не умаляю значения формулы Эйнштейна, скажем, в ядерной энергетике. Я хочу лишь подчеркнуть, что абсолютизация "бытовой интерпретации" массы существенно ограничивает возможности физики в понимании массы.

В качестве одного примера рассмотрю проблему т.н. скрытой (темной) массы. Как известно, все существующие ныне теоретические и практические поиски скрытой массы во Вселенной не увенчались успехом. Я полагаю, что это не случайно, т.к. ищется  не то, и  не там. Скрытую массу следует искать не только и не столько как невидимые частицы материи (такие частицы, конечно, есть, и они дают cвой вклад в темную массу, но этот вклад не является определяющим), но и как невидимые (неизвестные) взаимодействия

Если оценивать массу космических объектов как меру их гравитационного воздействия на внешнее пробное тело (т.е. использовать пробное тело для "взвешивания" космических объектов), то оказывается, что масса космических объектов существенным образом зависит от их иерархической структуры.

Я показал, в рамках новой СОТО ("Специальной общей" теории относительности [3] и [1], гл. XIV), что масса (в указанном смысле), например, звездного скопления в 2 раза (в два раза!) больше массы светящегося (видимого) вещества за счет энергии невидимого гравитационного взаимодействия звезд внутри скопления. Далее предлагается грандиозная экстраполяция, состоящая в том, что масса удваивается при каждом переходе от одной иерархической структуры к следующей, более высокой. В списке иерархических ступеней распределения вещества Вселенной я выделяю пять (четыре?) таких ступеней (звездные скопления, галактики, скопления галактик, сверхскопления, Метагалактика), т.е. если масса звездного скопления в два раза больше массы светящегося вещества, то масса галактики -- в четыре раза, масса скопления галактик -- в восемь раз, масса сверхскоплений -- в 16 раз, масса Вселенной в 16-32 раза больше массы светящегося вещества. Разумеется, это всего лишь схема. Однако, скрытая масса существует, достаточно много фактов говорит об этом. Предлагаемая теория объясняет, по крайней мере качественно (в том смысле, что коэффициент увеличения массы скопления, возможно, и не равен 2 для каждой иерархической структуры, но он заведомо больше единицы), природу скрытой массы, причем эта теория не создавалась специально для этого случая (не ad hoc). Что касается количественных оценок, то современные представления о Вселенной скорее подтверждают, чем опровергают их.

Например, современные оценки средней плотности светящегося вещества Вселенной дают величину относительной плотности (отнесенной к эйнштейновской критической плотности) Ω₀ ≈ 0.03 . В моей модели Вселенной ([1], гл. VIII) величина относительной плотности Ω₀ = 3 – √5 ≈ 0.76, т.е. в 25 раз больше измеренной для светящегося вещества. Не правда ли, совсем неплохое совпадение с числом между 16 и 32 ?

Кроме того, из самых общих философских соображений ([1], гл. I), я предложил сложение взаимодействующих масс в мегамире назвать "эффектом масс в мегамире" ( m₁ + m₂ < m₁₂ ), как альтернативу "аддитивности массы в макромире" ( m₁ + m₂ = m₁₂ ) и "дефекта масс в микромире" ( m₁ + m₂ > m₁₂ ). Теперь СОТО дает теоретическую базу для объяснения "механизма" эффекта масс в мегамире ([3] и [1], гл. XIV).

В качестве "других примеров" интерпретации массы как меры взаимодействия материи предлагаю новый закон тяготения и его многочисленные следствия ([2] и/или [1], гл. IV, V). Этот закон одинаково хорошо описывает и ньютоновскую гравитацию и гравитацию Вселенной в целом. В качестве следствий нового закона тяготения, примененного к Вселенной (Метагалактике), можно отметить расширение Вселенной, не требующее в прошлом ни сингулярности, ни "большого взрыва", закон Хаббла, космологическое красное смещение, допускающее интерпретацию и как доплеровское, и как гравитационное красное смещение и др.

И наконец, возможно самое удивительное. Так уж случилось, что я лишь около года назад (с приобщением к интернету) впервые узнал о т.н. проблеме "темной энергии" и ускоренном расширении Вселенной. Так вот, оказалось, что все вопросы, поставленные в рамках проблемы "темной энергии" (отрицательная плотность энергии, антигравитация, ускоренное расширение Вселенной и др.) естественно разрешаются предлагаемой теорией гравитации без привлечения новых гипотез, в частности -- без т.н. инфляционного периода в эволюции Вселенной ([1], гл. IV, V ...).

Подробнее см. на моем сайте:
[1] Книга "Натуральная философия" http://Quater1.narod.ru/index.html
[2] Статья "Расширение Вселенной => локальная физика" http://Quater1.narod.ru/statia_1.htm
[3] Статья "Специальные теории относительности" http://Quater1.narod.ru/Statia_2.htm
[4] Статья "Физика и математика" http://Quater1.narod.ru/Phys_math.htm

С уважением, Мясников Владимир Quater1@yandex.ru
октябрь 2005 г.