Продолжаем очерки об основных идеях специальной теории относительности (СТО).
В учебниках можно прочесть про релятивистский рост массы. Однако это взгляд устаревший.
Раньше все ошибались?
Нет, конечно. Все дело в соглашении: что считать массой.
Поначалу за массу принимали m = F/a (выражение через силу и ускорение). Но в СТО данная величина оказалась «неизотропной», так как векторы ускорения и силы, в общем, направлены неодинаково. Соответственно, выскочили продольная и поперечная массы! Разумеется, такие странные понятия долго не продержались.
Затем было решено выражать массу через импульс как m = p/v. Вот уже другая масса, так называемая релятивистская, она же наиболее известная. Та самая, возрастающая с увеличением скорости.
Сейчас понятие релятивистской массы не применяется, а массу считают независимой от скорости – инвариантной. А куда же делась зависимость от скорости? Она перекинута импульсу, который так и так от скорости зависел! Просто в СТО уже p ≠ mv.
Чем не угодила релятивистская масса?
Начнем с того, что релятивистская масса это просто полная энергия (с точностью до коэффициента с². Какой смысл в дублировании понятий?
Есть и еще причина. Современное изложение СТО и теории поля базируется на математическом аппарате тензоров. Все фундаментальные физические величины должны являться тензорами.
Если масса – скаляр (тензор нулевого ранга), она обязана быть инвариантом. То есть, не изменяться при переходе к другой координатной системе.
Кстати, при малых скоростях любая из перечисленных «масс» равна обычной, нерелятивитской.
Сюрприз: инвариантная масса не аддитивна, масса системы не обязательно равна сумме масс составляющих! Правда, если пользоваться устаревшим понятием релятивистской массы, то вот она аддитивна (поскольку представляет собой энергию).
Кажется странным, что масса может быть не аддитивна. Ведь она как бы количество вещества... Но такой механистический взгляд приходится отбросить. Фундаментальная причина в том, что СТО, помимо вещества, учитывает и поля. Либо масса будет неинвариантной, либо неаддитивной; ни то, ни другое не отвечает идее о «количестве вещества».
О массе покоя
Быть может, сейчас массой считают то, что раньше называлось массой покоя? Применительно к одиночной частице – так. Но в случае сложной системы (состоящей из нескольких частиц, полей) придется учитывать, что «масса покоя» системы не является суммой масс покоя частиц, ну а для полей и волн понятие покоя вообще бессмысленно.
Значит, и "масса покоя" устаревшее понятие.
Разгон частицы
Релятивистский рост массы традиционно объяснял, почему частицу нельзя разогнать до скорости света: масса стремится к бесконечности. Чем плохо объяснение? Тем, оно идеологически неправильно.
Чтобы ускорить тело, необязательно действовать на него силой. Можно просто сменить систему отсчета.
Объект, неподвижный в какой-то ИСО, ни в одной другой ИСО не может двигаться со скоростью света (тем более, с большей) – следствие преобразований Лоренца. Вопрос кинематики, а не динамики.
И почему обязательно тело? Нашим объектом может быть, например, световой зайчик, покоящийся в некоторой ИСО. Вот и получается, что масса ни при чем.
Между прочим, доводилось читать разъяснения, что де и время-то движущегося тела идет медленнее из-за роста массы: отяжелев, все становится неповоротливым…
Конечно, это анекдот.