Размовы:Маса

У артыкуле трэба адлюстраваць наступны момант. У кнізе "Эволюцыя фізікі" Эйнштэйн пісаў: «Тое, што дзейнічае на нашы пачуцці ў выглядзе рэчывы, ёсць на самай справе велізарная канцэнтрацыя энергіі ў параўнальна малой прасторы. Мы маглі б разглядаць рэчыва, як такія вобласці ў прасторы, дзе поле надзвычай моцнае. У нашай новай фізіцы не было б месцы і для поля і для рэчывы, паколькі адзінай рэальнасцю было б поле.»

І на самай справе, было паказана (гл. кнiгу: Мирозданье постигая ...: [физико-философские очерки], Александр Климец, выд-во Питер ПЭН, 2007, с.46-60, Нацыянальная бібліятэка Беларусі), што масу можна пабудаваць з безмасавых квантаў энергіі (гл. ніжэй):

Мадэль масы  

Сапраўды, разгледзім разумовы эксперымент.

Мадэль масы

Хай у сістэме адліку $K\,'$ (восі $x,\,y,\,z$) размешчаны бязважкі цыліндр вышынёй $h$ (мал.$1$). Абазначым верхнюю крышку цыліндру праз $S_{\,2}$, ніжнюю - праз $S_{\,1}$. Хай гэтая сістэма адліку $K\,'$ разам з цвёрда замацаваным да яе бязважкім цыліндрам рухаецца раўнамерна - паскорана ў напрамку станоўчых значэнняў $z$ з паскарэннем $\gamma$. Няхай із $S_{\,2}$ у $S_{\,1}$ выпушчаны квант святла - фатон з энергіяй $E_{\,0}$ і мы разглядаем гэты працэс у некаторай сістэме $K^{\,0}$, якая не валодае паскарэннем. Але няхай будзе, што ў той момант, калі энергія выпраменьвання $E_{\,0}$ пераносіцца з $S_{\,2}$ у $S_{\,1}$, сістэма $K\,'$ валодае адносна сістэмы $K^{\,0}$ хуткасцю, роўнай нулю. Светлавой квант дасягне $S_{\,1}$ праз час $h/c$ (у першым набліжэнні), дзе $c$ -скорость святла. У гэты момант $S_{\,1}$ валодае адносна сістэмы $K^{\,0}$ хуткасцю $\gamma h/c=v$. Таму, згодна з спецыяльнай тэорыі адноснасці, выпраменьванне, якое дасягае $S_{\,1}$, мае не энергію $E_{\,0}$, а большую энергію $E_{\,1}$, якая ў першым набліжэнні звязана з $E_{\,0}$ суадносінамі

$E_{\,1}\approx E_{\,0}\,(1+v/c)=E_{\,0}\,(1+\gamma h/c^{2})$

Імпульс, які перадаецца выпраменьваннем сценцы $S_{\,1}$, ёсць роўны

$P_{\,1}=E\,_{1}/c=E_{\,0}\,(1+\gamma h/c^{2})/c\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)$

Хай светлавой квант з такой жа энергіяй $E_{\,0}$ выпраменьваецца з $S_{\,1}$ у бок $S_{\,2}$. Тады энергія выпраменьвання, якая дасягае сценкі $S_{\,2}$ і перадаваны імпульс будуць мець наступны выгляд

$E_{\,2}\approx E_{\,0}\,(1-v/c)=E_{\,0}\,(1-\gamma h/c^{2})$

$P_{\,2}=E\,_{2}/c=E_{\,0}\,(1-\gamma h/c^{2})/c\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)$

Калі ў сістэме $K\,'$ мы адначасова выпраменьваем два кванта святла аднолькавай энергіі - адзін у бок $S_{\,1}$ і другі ў бок $S_{\,2}$, то імпульсы аддачы ўзаемна зкампэнсуюцца, і асноўную ролю будуць адыгрываць імпульсы $(1)$ і $(2)$. Мы атрымаем

$\Delta P=P_{1}-P_{2}=(2E_{0}/c^{2})(\gamma h/c)=2\,m\,\Delta v$

дзе $2\,m=2E_{0}/c^{2}$ - інэртная маса, каэфіцыент $2$ адпавядае двум фатонам.

Выраз для сілы $F$, якая дзейнічае на працягу часу $\Delta t$, будзе мець выгляд

$F=\Delta P/\Delta t=2\,m\,\Delta v/\Delta t=2\,m\,\gamma$

у адпаведнасці з другім законам Ньютана.

Такім чынам, бязважкі цыліндр, у якім знаходзіцца выпраменьванне, у выніку паскарэння паводзіць сябе так, як быццам ён валодае інэртнай масай $2\,m$, прычым імпульс $\Delta {\vec {P}}$ гэтай інэртнай масы, як лёгка бачыць з мал.$1$, накіраваны ў бок, процілеглы вектару паскарэння ${\vec {\gamma }}$, гэта значыць бязважкі цыліндр з воблакам фатонаў ўнутры цыліндра аказвае супраціў паскараючай яго сіле, што і ўяўляе сабой адно з характэрных праяваў той фізічнай ўласцівасці, якую называюць «масай». Інэртная маса характарызуе супраціў, які аказваецца целам любой змены яго хуткасці як па велічыні, так і па напрамку. У сучаснай фізіцы з'ява інэртнасці масіўных матэрыяльных тэл дагэтуль уяўляе з сябе невырашальную загадку. Выкладзены механізм здымае арэол таямнічасці з з'явы інэртнасці масіўных тэл.

Такім чынам, масіўную часціцу можна прадставіць як бязважкі сасуд з люстранымі сценкамі, у якім знаходзіцца воблака безмасавых часціц. Пры паскарэнні такога сасуда сумарны імпульс, які перадаецца да сасуда безмасавыми часціцамі, становіцца не роўным нулю, што праяўляецца ў форме інэртнасці сасуда. Мадэль інэртнай масы відавочным чынам паказвае, што інерцыя матэрыяльных тэл ёсць іх унутраная ўласцівасць і так званы прынцып Маха да важкіх матэрыяльных цел непрыстасавальны. Падобны цыліндр будзе валодаць інэрцыяй і ў адсутнасць гарызонту аддаленых зорак.

Відаць таксама, чаму ў масе спакою рэчывы «ўтойваюцца» гіганцкія энергетычныя рэзервы. Гэтая палявая энергія толькі часткова вызваляецца ў працэсах ядзернага дзялення ў атамных рэактарах, а таксама ў працэсах ядзернага сінтэзу, якія праходзяць у Сонца і ў іншых зорках.

Далей. Хай бязважкі цыліндр (мал. $1$) не паскараецца, а размешчаны на падстаўцы і знаходзіцца ў слабым гравітацыйным полі Зямлі. Хай у $S_{\,1}$ патэнцыял поля прыроўнены да нуля, а на вышыні $h$ ён роўны $\varphi$. Улічваючы прынцып эквівалентнасці, можна запісаць $\gamma h=\varphi$. Хай цяпер з $S_{\,2}$ у $S_{\,1}$выпушчаны квант святла з энергіяй $E_{\,0}$. Тады энергія і імпульс фатона зменяцца згодна суадносінам

$E_{\,1}\approx E_{\,0}\,(1+\varphi /c^{2})$

$P_{\,1}=E\,_{1}/c=E_{\,0}\,(1+\varphi /c^{2})/c$

З іншага боку, выпускаючы квант святла з энергіяй $E_{\,0}$ ад $S_{\,1}$ да $S_{\,2}$, атрымаем

$E_{\,2}\approx E_{\,0}\,(1-\varphi /c^{2})$

$P_{\,2}=E\,_{2}/c=E_{\,0}\,(1-\varphi /c^{2})/c$

У выніку рознасць імпульсаў, якая перадаецца сценцы $S_{\,1}$ ёсць роўная

$\Delta P=P_{1}-P_{2}=(2E_{0}/c^{2})(\Delta \varphi /c)=2\,m\,(\Delta \varphi /c)$

і накіравана ўніз да цэнтра Зямлі. Тут $2\,m=2E_{0}/c^{2}$ - цяжкая маса. Таму сіла, якая дзейнічае на падстаўку $S_{\,1}$, ёсць роўная

$F_{z}=\Delta P/\Delta t=-2\,m\,(\Delta \varphi /c\,\Delta t)$

Для святла ў поле Зямлі па вертыкалі $c\,\Delta t=\Delta z$, тады $F_{z}=-2\,m\,(\Delta \varphi /\Delta z)$ або, у больш агульным выпадку

$F({\vec {r}})=-2\,m\,grad\,\varphi ({\vec {r}})$

дзе $\varphi ({\vec {r}})=-G\,M/r$; $G$ - гравітацыйная пастаянная; $M$ - маса Зямлі.

Мы атрымалі выраз для сілы цяжару, якая дзейнічае на цыліндр, што вынікае і з тэорыі прыцягнення Ньютана.

З мадэлі масы вынiкае, што свабодны рух матэрыяльнай структуры ў гравітацыйным полі (падзенне або рух па геадэзічнай) звязан з пастаянным пераразмеркаваннем імпульсаў безмасавых квантаў энергіі ў адносінах да структуры цела. Прыбраўшы падстаўку, мы прымушаем цыліндр зрушыцца пад дзеяннем рознасці імпульсаў фатонаў $\Delta P$, у выніку чаго ён аказваецца ў вобласці поля з большай рознасцю патэнцыялаў $\Delta \varphi \,'$, чым у папярэдні момант часу. Гэта спараджае ўжо больш вялікую рознасць імпульсаў $\Delta P\,'$ і гэты працэс паўтараецца. Менавіта такім чынам цыліндр паскараецца ў гравітацыйным полі.

Такім чынам, палявая мадэль масы адэкватна адлюстроўвае інэртныя і цяжкія ўласцівасці масіўных тэл.

Выкладзены падыход інтэрпрэтуе агульную тэорыю адноснасці толькi як метад апісання гравітацыйнага поля з дапамогай скрыўленнага прастору-часу.

Відавочна, што цыліндр з бязважкімі сценамі можна замяніць на сістэму з двух (ці больш) ўзаемадзейнічаючых паміж сабой безмасавых часціц. Безмасавые часціцы вагаюцца ў вызначаных межах, шматкроць адлюстроўваючыся ад ўяўных «сценак», якія ўяўляюць сабой не што іншае, як патэнцыйны бар'ер. Звязаная сістэма з такіх часціц будзе валодаць тымі ж інэртнымі і цяжкімі ўласцівасцямі, што і разгледжаны вышэй бязважкі цыліндр. Тут апраўдваецца здагадка Эйнштэйна, што рэчыва ёсць канцэнтрацыя палявой энергіі ў малым аб'ёме.

Сучасная фізіка прыйшла да высновы, што ў планкаўскiх маштабах ўсе часціцы матэрыі (як рэальныя, так і віртуальныя) яшчэ не маюць мас (гэта значыць усе яны падобныя фатону) і, такім чынам, да іх выкарыстоўваецца выкладзены вышэй механізм стварэння масы.

Пабудаваная мадэль інэртнай і цяжкай масы з'яўляецца універсальнай мадэллю, так як інертнасць і цяжар у матэрыі не можа ўзнікаць рознымі спосабамі і прыводзіць у той жа час да аднаго і таго ж назіранаму выніку. Ролю базона Хігса ў рамках мадэлі ў такім выпадку зводзіцца да садзейнічанню звязанага стану безмасавых квантаў энергіі ў абмежаванай вобласці прасторы.

Цікавым з'яўляецца пытанне, ці зможа наш бязважкі цыліндр рухацца з хуткасцю, большай хуткасці святла? Так як наш цыліндр аналагічны сукупнасці безмасавых квантаў энергіі, звязаных паміж сабой нейкім узаемадзеяннем, то пытанне аб дасягненні ім хуткасці, большай хуткасці святла, зводзіцца да наступнага: ці зможа святло абагнаць святло (гэта значыць само сябе)? Адказ відавочны - не зможа. Сістэма з двух звязаных фатонаў, як намі было паказана вышэй, валодае інэрцыйнымі ўласцівасцямі і таму будзе рухацца з хуткасцю, меншай хуткасці святла або пакоіцца. Ясна, што хуткасць святла для такой сістэмы будзе крайняй хуткасцю. Цела, якое складаецца з святла, не можа рухацца хутчэй святла. Самі ж фатоны заўсёды знаходзяцца ў руху, у руху з хуткасцю святла.

Такім чынам і вырашаецца загадка існавання ў прыродзе лімітавай хуткасці для масіўных целаў, роўнай хуткасці святла. Такая лімітавая хуткасць у сілу прынцыпу адноснасці будзе аднолькавай ва ўсіх сістэмах адліку.

З вышэйпададзенага вынікае, што безмасавая форма матэрыі першасная, фундаментальная, масіўная ж форма матэрыі з'яўляецца другаснай, вытворнай формай.

Сапраўды, ва ўмовах Вялікага аб'яднання працэсы электрамагнітнага, слабога і моцнага узаемадзеянняў неадметныя паміж сабой. Гэты стан мае такія характэрныя асаблівасці: 1) Часціцы матэрыі (як рэальныя, так і віртуальныя) пакуль яшчэ не маюць мас (гэта значыць яны падобныя фатону). 2) Патэнцыяльная энергія ўзаемадзеяння часціц «рэгулюецца» адмысловымі скалярнага палямі Хігса.

З нашага пункту гледжання, поля Хігса, узаемадзейнічаючы з безмасавыми элементарнымі часціцамі, ствараюць эфект безважкавага цыліндру. Яны адказныя за ўзаемадзеянне безмасавых часціц, ствараючы так званы патэнцыйны бар'ер («сценкі цыліндру») згодна з выкладзенай вышэй схеме.

Alexander Klimets (размовы) 13:42, 21 лютага 2017 (+03)