Понятие массы в физической науке

Мы не будем здесь обсуждать другие свойства массы, перечисленные в начале этого раздела, поскольку они кажутся самоочевидными с точки зрения здравого смысла. В частности, ни у кого не вызывает сомнения, что масса вазы равна сумме масс её осколков:

m = Smi (1.9)

Никто не сомневается также в том, что масса двух автомобилей равна сумме их масс независимо от того, стоят они или мчатся с предельной скоростью навстречу друг другу.

Соотношении Эйнштейна Е = mс2. Естественно задать вопрос, каким образом осуществляется в литературе и умах читателей мирное сосуществование взаимоисключающих формул:

Е0 = mс2 (1.10)

Е = mс2 (1.11)

Прежде чем искать ответ на этот вопрос, еще раз напомню, что согласно первой формуле массе покоящегося тела отвечает энергия покоя Е0, а согласно второй любое тело с энергией Е имеет массу Е/с2. Согласно первой масса тела не меняется при его движении. Согласно второй масса тела растет с ростом скорости тела. Согласно первой фотон без массы, согласно второй у фотона есть масса, равная Е/с2.

Чтобы ответить на поставленный вопрос о сосуществовании формул, нам придется обратиться к истории создания, интерпретации и признания специальной теории относительности.

Обычно рождение теории относительности связывают со статьей Эйнштейна 1905 г., в которой была четко сформулирована относительность одновременности. Но, разумеется, работа над созданием и интерпретацией теории началась задолго до 1905 г. и продолжалась долгое время после этого.

Если говорить об интерпретации, то процесс, по-видимому, происходит до сих пор. Иначе не было бы необходимости писать данную статью. Что касается признания, то можно сказать, что даже в конце 1922 г., когда Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия, теория относительности не была общепризнанной.

Секретарь Шведской академии наук писал Эйнштейну, что Академия присудила ему Нобелевскую премию за открытие закона фотоэффекта, "но не учитывая ценность, которая будет признана за Вашими теориями относительности и гравитации, после того, как они в будущем будут подтверждены".

Формула Е = mс2 появилась в 1900 г., до создания теории относительности. Написал ее А. Пуанкаре, который исходил из того, что плоская световая волна, несущая энергию Е, несет импульс р, абсолютная величина которого, в соответствии с теоремой Пойнтинга, равна Е/с. Используя нерелятивистскую формулу Ньютона для импульса р = mv от и учитывая, что для света v = с, Пуанкаре пришел к выводу, что фотон должен обладать инертной массой m=Е/с2.

Еще за год до этого, в 1899 г., Лоренц впервые ввел понятие продольной и поперечной масс ионов, первая из которых растет с ростом скорости как g3, а вторая как g. К этому выводу он пришел, используя ньютонову связь между силой и ускорением F = mа.

Так на границе столетий из-за, как мы теперь понимаем, незаконного использования нерелятивистских формул для описания релятивистских объектов, возникло семейство "масс", растущих с энергией тела:

"релятивистская масса" m = Е\с2 (1.12)

"поперечная масса" mt = mg (1.13)

"продольная масса" ml = mg3 (1.14)

Заметим, что при m ¹ 0 релятивистская масса равна поперечной, но, в отличие от поперечной, она имеется и у безмассовых тел, у которых m = 0. Здесь букву m мы употребляем в обычном смысле, так как употребляли ее в первой части этой статьи. Но все физики в первые пять лет этого века, т.е. до создания теории относительности, а (многие и после создания теории относительности называли массой и обозначали буквой m релятивистскую массу, как это сделал Пуанкаре в работе 1900 г. И тогда с неизбежностью должен был возникнуть и возник еще один, четвертый термин: "масса покоя", которую стали обозначать m0. Термином "масса покоя" стали называть обычную массу, которую при последовательном изложении теории относительности обозначают m.

В современной физике понятие "количество вещества" имеет другой смысл, а под массой понимают два различных свойства физического объекта: