Энергия и масса тел

Хотя Эйнштейн не был сторонником тоѓго, чтобы его теория называлась 'теорией относительности' (предлагая вместо этого термин 'теория инвариантности', которое, помимо всего прочего, отражает неизменѓность скорости света), теперь нам понятен смысл этого термина. Работа Эйнштейна поѓказала, что понятия пространства и времеѓни, которые раньше казались независимыѓми и абсолютными, на самом деле тесно взаимосвязаны и являются относительныѓми. Эйнштейн пошел дальше и выяснил, что и другие физические характеристики миѓроздания неожиданно тесно связаны между собой. Его самое знаменитое уравнение дает один из наиболее важных примеров такой связи. В этом уравнении Эйнштейн утверѓждает, что энергия объекта (Е) и его масса (m) не являются независимыми величинаѓми; зная массу, мы можем определить энерѓгию (умножив массу на квадрат скорости света, с2), а зная энергию, мы можем расѓсчитать массу (разделив энергию на квадрат скорости света). Иными словами, энергия и масса, подобно долларам и евро, являѓются конвертируемыми валютами. Однако в отличие от денег, обменный курс, равѓный квадрату скорости света, зафиксироѓван раз и навсегда. Поскольку этот обменѓный курс столь велик (с2 - очень большое число), то энергии, сосредоточенной в неѓбольшой массе, может хватить надолго. Мир уже столкнулся с огромной разрушительной мощью, возникшей при превращении меѓнее одного процента от 900 граммов ураѓна в энергию в Хиросиме. Наступит день, когда, используя термоядерные энергетичесѓкие установки, мы сможем продуктивно исѓпользовать формулу Эйнштейна для удовлеѓтворения энергетических потребностей всеѓго человечества с помощью неисчерпаемых запасов морской воды. С точки зрения полоѓжений, которые мы развивали в этой главе, уравнение Эйнштейна дает наиболее четкое объяснение фундаментальному факту, состоѓящему в том, что ничто не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. У вас может возникнуть вопрос, почему, наѓпример, нельзя взять какой-нибудь объект, скажем мюон, разогнать его на ускорителе до 298 000 км/с, т. е. до 99,5 % скорости света, потом 'толкнуть его чуть посильнее', сообѓщив ему скорость в 99,9 % световой, а после этого 'врезать ему по-настоящему', заставив пробить барьер световой скорости. Формуѓла Эйнштейна объясняет, почему подобные усилия никогда не увенчаются успехом. Чем быстрее движется тело, тем выше его энерѓгия, а, как показывает формула Эйнштейѓна, чем больше энергия тела, тем больше его масса. Например, мюон, двигающийся со скоростью, составляющей 99,9 % светоѓвой, весит намного больше, чем его непоѓдвижные собратья. В действительности он будет примерно в 22 раза тяжелее. (Масѓсы, приведенные в табл. 1.1, относятся к чаѓстицам, находящимся в состоянии покоя.) Но чем больше масса объекта, тем труднее увеличить его скорость. Подталкивать реѓбенка, едущего на велосипеде, - это одно, а толкать тяжелый грузовик - совсем другое. Поэтому, чем быстрее движется мюон, тем труднее увеличить его скорость. При скороѓсти, составляющей 99,999 % скорости света, масса мюона увеличится в 224 раза; при скорости в 99,99999999% от световой она возрастет более чем 70 000 раз. Поскольку масса мюона неограниченно возрастает при приближении его скорости к скорости свеѓта, потребуется затратить бесконечно больѓшое количество энергии, чтобы он достиг или преодолел световой барьер. Это, конечѓно, невозможно, и поэтому ничто не моѓжет двигаться со скоростью, превышающей скорость света.

Как мы увидим в следующей главе, этот вывод посеял семена второго крупного проѓтиворечия, с которым столкнулись физики в течение прошлого столетия, и которое, в конечном счете, обрекло на гибель еще одѓну почтенную и уважаемую теорию - ньютоѓновскую универсальную теорию тяготения.

Б. Грин