Понятие массы (1188450), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Но когда, став взрослыми, они принимаются писать брошюры и учебники дляюношества, вот тут и срабатывает импринтинг.Формула E = mc2 уже давно стала элементом массовой культуры. Это придает ей особую живучесть. Садясьписать о теории относительности, многие авторы исходят из того, что читатель уже знаком с этой формулой, истараются использовать это знакомство. Так возникает самоподдерживающийся процесс.18. ПОЧЕМУ ПЛОХО НАЗЫВАТЬ МАССОЙ E/c2Иногда кто-нибудь из моих друзей-физиков говорит мне: «Ну что ты привязался к этой релятивистскоймассе и массе покоя? В конце концов, от того, что некую комбинацию букв обозначат какой-то одной буквой иназовут каким-нибудь словом или двумя, ничего страшного произойти не может.
Ведь даже пользуясь этими,пусть архаичными, понятиями, инженеры правильно рассчитывают релятивистские ускорители. Главное, чтобыв формулах не было математических ошибок».Конечно, можно пользоваться формулами и не понимая полностью их физического смысла, и можно делатьправильные расчеты, имея искаженное представление о сути науки, которую эти формулы представляют.
Но,Л.Б. Окунь Масса. Энергия. Относительность12во-первых, искаженные представления могут рано или поздно привести к ошибочному результату в какойнибудь нестандартной ситуации. А, во-вторых, ясное понимание простых и красивых основ науки важнее, чембездумная подстановка чисел в формулы.Теория относительности проста и прекрасна, а ее изложение на языке двух масс запутано и безобразно.Формулы E 2 − p2 = m2 и p~ = E~v (я пользуюсь сейчас единицами, в которых c = 1) являются одними из самыхясных, красивых и мощных формул физики. Вообще, понятия лоренцева вектора и лоренцева скаляра оченьважны, поскольку они отражают замечательную симметрию природы.С другой стороны, формула E = m (я опять полагаю c = 1) безобразна, поскольку представляет собойкрайне неудачное обозначение энергии E еще одной буквой и термином, причем буквой и термином, с которыми в физике связано другое важное понятие.
Единственным оправданием этой формулы является оправданиеисторическое: в начале века она помогла творцам теории относительности создать эту теорию. В историческомплане эту формулу и все, связанное с ней, можно рассматривать как остатки строительных лесов, использовавшихся при постройке прекрасного здания современной науки. А если судить по литературе, то сегодня онавыглядит чуть ли не как главный портал этого здания.Если первый аргумент против E = mc2 можно назвать эстетическим: «прекрасное против безобразного», товторой можно назвать этическим. Обучение читателя этой формуле обычно сопряжено с тем, что его обманывают, скрывая от него, по крайней мере, часть истины и провоцируя в его уме неоправданные иллюзии.Во-первых, от неопытного читателя скрывают, что формула эта основана на произвольном предположении,что ньютоново определение импульса p~ = m~v является естественным в релятивистской области.Во-вторых, у него неявно создают иллюзию, что величина E/c2 является универсальной мерой инертностии что, в частности, пропорциональности инертной массы величине и достаточно, чтобы массивное тело нельзябыло ускорить до скорости света, даже если его ускорение определяется формулой ~a = F~ /m.
Но изследует, чтоF pdv1 − v 2 /c2=dtm0Zc0dvp=1 − v 2 /c2ZTF dt.m0(18.1)(18.2)0Считая силу F постоянной, мы легко находим, что время T , за которое тело достигло бы скорости c, равноT =pm0.2F c(18.3)Этот ошибочный результат связан с тем, что в формулу ~a = F~ /m надо подставлять не «релятивистскую массу»,а «продольную массу», пропорциональную γ 3 , про которую современные авторы, как правило, не вспоминают.В-третьих, читателю внушают иллюзию, что величина E/c2 является универсальной гравитационной массой.В действительности, как мы видели, в релятивистском случае, в отличие от нерелятивистского, универсальнойгравитационной массы нет: сила, действующая на горизонтально летящий фотон, в 2 раза больше, чем налетящий вертикально.В-четвертых, называя эту формулу именем Эйнштейна, от читателя скрывают истинную формулу Эйнштейна: E0 = mc2 .Третий аргумент можно назвать философским.
Ведь на дефиниции E = mc2 основаны десятки страниц глубокомысленных философских рассуждений о полной эквивалентности массы и энергии, о существовании единойсущности «масс-энергий» и т. д., в то же время, согласно теории относительности, действительно, любой массеотвечает энергия, но отнюдь не наоборот: не любой энергии отвечает масса. Так что полной эквивалентностимассы и энергии нет.Четвертый аргумент — терминологический. Литература по теории относительности содержит такую путаницу в обозначениях и терминологии, что напоминает город, в котором транспорт подчиняется одновременноправилам и правостороннего, и левостороннего движения. Например, в Большой Советской Энциклопедии, вразличных физических энциклопедиях и справочниках буквой m обозначают массу и релятивистскую массу;обычную массу иногда называют массой, но чаще массой покоя, релятивистскую массу называют также массойдвижения, но часто называют просто массой.
В одних статьях авторы придерживаются в основном последовательно релятивистской терминологии, в других — последовательно архаичной. Трудно придется начинающемучитателю, который захочет сопоставить, скажем, статью «масса» со статьей «относительности теория».То же смешение обозначений и терминов можно найти и во многих учебниках и монографиях. И вся этапутаница процветает в то время, как в теории относительности по существу есть всего лишь один термин:масса, а все остальные — «от лукавого».Л.Б. Окунь Масса. Энергия. Относительность13Пятый аргумент — педагогический.
Ни школьник, ни школьный учитель, ни студент младших курсов, который догматически заучил, что масса тела растет с его скоростью, не сможет по-настоящему понять сущностьтеории относительности, если не потратить затем значительных усилий на его переучивание.Тот, кто в дальнейшем не стал профессиональным физиком-релятивистом,как правило, имеет самые преpвратные представления о массе и энергии. Порою формула m = m0 / 1 − v 2 /c2 является единственным, чтоостается у них в памяти, наряду, разумеется, с формулой E = mc2 .Ясно, что любой самостоятельно думающий ученик должен испытывать интеллектуальный дискомфорт,изучая по стандартному школьному учебнику теорию относительности.19. «ПAПA, A МACCA ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ЗАВИСИТ ОТ СКОРОСТИ?»Так называется статья К.
Адлера [25], опубликованная в «Американском журнале физики» в 1987 г. Вопрос,вынесенный в заглавие, был задан автору его сыном. Ответ был: «Нет!». «Впрочем, да», «На самом деле нет,но не говори об этом своему учителю». На следующий день сын прекратил заниматься физикой.К. Адлер пишет, что понятие релятивистской массы с каждым годом играет все меньшую роль в преподавании специальной теории относительности. Он иллюстрирует это утверждение цитатами из четырех последовательных изданий широко распространенного в США учебника «Университетская физика», с 1963-го по1982 г.Говоря о взглядах Эйнштейна, Адлер приводит отрывок из неопубликованного письма Эйнштейна Линкольну Барнетту, написанного в 1948 г.:p«Нехорошо вводить понятие массы тела M = m/ 1 − v 2 /c2 , для которого нельзя дать ясного определения.Лучше не вводить никакой другой массы, кроме «массы покоя» m.
Вместо того, чтобы вводить M , лучшепривести выражение для импульса и энергии движущегося тела»1 .В историческом плане Адлер рассматривает релятивистскую массу как наследие пререлятивистских теорий Лоренца и Пуанкаре. Он дает критику этого понятия и выражает оптимизм в связи с уменьшением егораспространенности.20. «ФИЗИКА В ШКОЛЕ»Так случилось, что в том же 1987 г., когда вышла статья Адлера, мне пришлось работать в составе комиссии,которую создало бывшее Министерство просвещения СССР для определения победителей всесоюзного конкурсана лучшие учебники по физике.
Ознакомившись примерно с двумя десятками представленных учебников, я былпоражен тем, что во всех них масса, зависящая от скорости, трактовалась как один из центральных пунктовтеории относительности.Мое удивление еще больше возросло, когда обнаружилось, что большинство членов комиссии — педагогии методисты — вообще не слышали о том, что существует какая-то иная точка зрения.
В импровизированномкоротком докладе я рассказал им о двух основных формулах E 2 − p2 c2 = m2 c4 и p~ = E~v /c2 . И тогда кто-то изних сказал: «Теперь об этом знаете Вы и знаем мы, но больше никто не знает. Вы должны написать статью омассе для журнала «Физика в школе». Тогда об этом узнают 100000 школьных учителей физики».Я несколько легкомысленно, как выяснилось впоследствии, заверил их, что все изложенное мною известноне только всем физикам-профессионалам, но и студентам непедагогических вузов. Но написать статью обещал.Через несколько дней, встретив на очередном заседании комиссии заместителя главного редактора журнала«Физика в школе», я рассказал ей о возникшем предложении и спросил ее, готов ли журнал заказать мне статьюо понятии массы в теории относительности.
Ответа не было месяца два, а потом моя собеседница позвониламне и оказала, что редколлегия решила такую статью не заказывать. Видимо, сработал импринтинг, о которомя писал выше.Этот отказ только укрепил мое убеждение в необходимости такой статьи. Работая над ней, я изучил болееста книг и около полусотни статей. Увидел, что школьные учебники ненамного хуже вузовских, заинтересовалсяисторией вопроса. Материал разрастался, работа затягивала меня. И конца ей видно не было.1Всвязи с отрывком из письма Барнетту уместно привести отрывок из «Автобиографических заметок» Эйнштейна [26], которыебыли опубликованы в 1949 г. и в томе 4 Собрания научных трудов следуют непосредственно за Предисловием к книге Л. Барнетта«Вселенная и д-р Эйнштейн».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
