Одно из его важнейших следствий состоит в
том, что, когда два события одновременны для одного наблюдателя, они,
возможно, не одновременны для другого наблюдателя; это будет иметь место,
если второй наблюдатель движется относительно первого. Соотношение между
обоими определениями слова "одновременно" можно выразить высказыванием: во
всех случаях, когда два события одновременны в первом смысле, можно найти
также систему отсчета, в которой они одновременны и во втором смысле.
Несколько более наглядно положение вещей в целом можно, пожалуй, изобразить
следующим образом: предположим, что спутник, вращающийся вокруг Земли,
испускает сигнал, который через некоторый малый промежуток времени
принимается станцией наблюдения на Земле. Эта станция наблюдения в ответ на
данный сигнал посылает спутнику команду, которую он принимает через
некоторый малый промежуток времени. Весь интервал времени между посылкой
сигнала и приемом команды можно считать на спутнике, согласно первому
определению, одновременным с моментом приема сигнала на Земле. Если на
спутнике выбирается какое-либо определенное мгновение из этого интервала,
то, хотя это мгновение, вообще говоря, в смысле второго определения, не
"одновременно" с моментом приема сигнала на Земле, всегда существует
система отсчета, в которой эта одновременность имеет место.
Первое определение слова "одновременно" кажется несколько более
соответствующим обычному употреблению этого слова в повседневной жизни, так
как вопрос о том, одновременны ли два процесса, в повседневной жизни
определенно не зависит от системы отсчета. В обоих же релятивистских
определениях понятие одновременности приобрело ту точность, которая
совершенно отсутствовала у него в языке повседневной жизни. В квантовой
теории физики должны были уже заранее осознать, что понятия классической
механики описывают природу недостаточно точно, что квантовые законы
ограничивают их применимость и что поэтому при их использовании необходима
большая осторожность. В теории относительности физики, напротив, пытались
изменить смысл слов классической физики, уточнив эти понятия таким образом,
чтобы они точно соответствовали новой, только что познанной ситуации в
природе.
Структура пространства и времени, выявленная теорией относительности,
находит много проявлений в самых различных разделах физики. Электродинамика
движущихся тел может быть без труда выведена из принципа относительности.
Сам этот принцип может быть сформулирован как весьма общий закон природы,
относящийся не только к электродинамике или механике, но и к любой группе
законов природы: законы должны принимать одну и ту же форму во всех системах
отсчета, отличающихся друг от друга лишь состоянием равномерного и
прямолинейного движения. 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.
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
том, что, когда два события одновременны для одного наблюдателя, они,
возможно, не одновременны для другого наблюдателя; это будет иметь место,
если второй наблюдатель движется относительно первого. Соотношение между
обоими определениями слова "одновременно" можно выразить высказыванием: во
всех случаях, когда два события одновременны в первом смысле, можно найти
также систему отсчета, в которой они одновременны и во втором смысле.
Несколько более наглядно положение вещей в целом можно, пожалуй, изобразить
следующим образом: предположим, что спутник, вращающийся вокруг Земли,
испускает сигнал, который через некоторый малый промежуток времени
принимается станцией наблюдения на Земле. Эта станция наблюдения в ответ на
данный сигнал посылает спутнику команду, которую он принимает через
некоторый малый промежуток времени. Весь интервал времени между посылкой
сигнала и приемом команды можно считать на спутнике, согласно первому
определению, одновременным с моментом приема сигнала на Земле. Если на
спутнике выбирается какое-либо определенное мгновение из этого интервала,
то, хотя это мгновение, вообще говоря, в смысле второго определения, не
"одновременно" с моментом приема сигнала на Земле, всегда существует
система отсчета, в которой эта одновременность имеет место.
Первое определение слова "одновременно" кажется несколько более
соответствующим обычному употреблению этого слова в повседневной жизни, так
как вопрос о том, одновременны ли два процесса, в повседневной жизни
определенно не зависит от системы отсчета. В обоих же релятивистских
определениях понятие одновременности приобрело ту точность, которая
совершенно отсутствовала у него в языке повседневной жизни. В квантовой
теории физики должны были уже заранее осознать, что понятия классической
механики описывают природу недостаточно точно, что квантовые законы
ограничивают их применимость и что поэтому при их использовании необходима
большая осторожность. В теории относительности физики, напротив, пытались
изменить смысл слов классической физики, уточнив эти понятия таким образом,
чтобы они точно соответствовали новой, только что познанной ситуации в
природе.
Структура пространства и времени, выявленная теорией относительности,
находит много проявлений в самых различных разделах физики. Электродинамика
движущихся тел может быть без труда выведена из принципа относительности.
Сам этот принцип может быть сформулирован как весьма общий закон природы,
относящийся не только к электродинамике или механике, но и к любой группе
законов природы: законы должны принимать одну и ту же форму во всех системах
отсчета, отличающихся друг от друга лишь состоянием равномерного и
прямолинейного движения. 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.
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