Найти в Дзене
Блокнот математика

Существует ли энергия?

Вопрос не праздный, потому что в статье Максимова имелся политический донос (именно так) на крупного ученого Френкеля, цитирую: Возьмем автора отечественного происхождения – Я.И. Френкеля. Он в свое время откровенно заявил следующее: «Если вы меня спросите, существует ли реально кинетическая энергия, т.е. величина, измеряемая произведением MV^2, то я отвечу, что она существует, поскольку вы её выдумали, так же, как существуют музыкальные и литературные произведения, являющиеся продуктом человеческого творчества. Она является вспомогательным представлением, которым вы пользуетесь для описания движения» Если вы спросите "где там 'пополам' в формуле", то это не ко мне вопрос. Либо Максимов тот ещё физик, либо где-то потерялась: доступа к оригиналу у меня нет. Как вариант, ее потерял сам Френкель, но это менее вероятно. Давайте обсудим, противоречит ли это словам Ленина Превращение энергии рассматривается естествознанием как объективный процесс, независимый от сознания чело

Вопрос не праздный, потому что в статье Максимова имелся политический донос (именно так) на крупного ученого Френкеля, цитирую:

Возьмем автора отечественного происхождения – Я.И. Френкеля. Он в свое время откровенно заявил следующее: «Если вы меня спросите, существует ли реально кинетическая энергия, т.е. величина, измеряемая произведением MV^2, то я отвечу, что она существует, поскольку вы её выдумали, так же, как существуют музыкальные и литературные произведения, являющиеся продуктом человеческого творчества. Она является вспомогательным представлением, которым вы пользуетесь для описания движения»

Если вы спросите "где там 'пополам' в формуле", то это не ко мне вопрос. Либо Максимов тот ещё физик, либо где-то потерялась: доступа к оригиналу у меня нет. Как вариант, ее потерял сам Френкель, но это менее вероятно.

Давайте обсудим, противоречит ли это словам Ленина

Превращение энергии рассматривается естествознанием как объективный процесс, независимый от сознания человека и от опыта человечества

и вообще, противоречит ли это тому, что мы сейчас знаем.

https://previews.123rf.com/images/anatolir/anatolir1905/anatolir190501284/122332407-car-battery-icon-outline-car-battery-icon-for-web-design-isolated-on-white-background.jpg
https://previews.123rf.com/images/anatolir/anatolir1905/anatolir190501284/122332407-car-battery-icon-outline-car-battery-icon-for-web-design-isolated-on-white-background.jpg

Начнем с того, что формула ½mv² вообще справедлива только приближенно, поскольку формула для энергии материальной точки выглядит так: γ(v)mc², γ(v)²(1-v²)=1. Раскладывая ее в ряд по степеням v², мы приходим к mc² + ½mv² + ..., причем многоточие содержит слагаемые с (v²/c²) в степени 2 и выше. В задачах механики энергия покоя mc² не меняется, поэтому роли не играет (точно так же, как не играет роль тепловая энергия, если нет теплообмена между телами или если температура тел не влияет на их движение). Пренебрегая малыми слагаемыми в (...), что допустимо при малых сравнительно с с скоростях, получаем классическую формулу как хорошее приближение.

В этом смысле Френкель прав: отличная формула, но приближенная. Мы ее выдумали, она неплохо работает, но "правильная"-то формула другая.

И это мы ещё про кванты не начали.

Но вопрос глубже, конечно. Даже если работать исключительно в области классической механики, кинетическая энергия является придуманной нами концепцией.

Просто потому, что она зависит от системы отсчета. От нее зависит скорость, а от скорости зависит энергия. Конечно, это сложно принять, потому что если мотоцикл врезается в припаркованный самосвал, то всё понятно: у мотоцикла кинетическая энергия, а у самосвала большая инерция. Но система отсчета мотоцикла формально равноправна, а в ней движется как раз самосвал. И энергия у него в разы больше.

Здесь у человека, который ещё не разобрался, но уже думает, что разобрался, рвётся шаблон. Энергия самосвала, который в тыщу раз тяжелее мотоцикла, должна быть больше в тыщу раз! Да, она и есть больше. Если удар упругий, то в системе, в которой самосвал был неподвижен, он стал очень медленно катиться назад, а мотоцикл отлетел почти с той же скоростью в противоположную сторону. А в системе отсчета, в которой был неподвижен мотоцикл, самосвал налетел на него и продолжил движение почти с той же скоростью; а мотоцикл пришел в движение. Почти вся энергия самосвала при нем и осталась.

Так что Ленин тоже прав: преобразования проходят объективно.

Вот вам аналогия. У вас в кармане 500 рублей и вы купили пива на 300. У вас осталось в кармане 200, и это объективно. Но с другой точки зрения всё иначе: у вас 500 в кармане и ипотека на полтора миллиона, то есть вы в моменте в минусе на 1499500, а купив пива, вы увеличили свой минус до 1499800. И это тоже объективно. С третьей же стороны, пиво на вашем столике несколько более реально, чем денежка в кармане или долг. Долг можно, теоретически, списать, а деньги обесценить, не принимать или остановить работу платежных систем.
У меня есть коллекция советских денег, имеющая теперь чисто музейное значение. Деньги-то они деньги — были; теперь это уже не деньги, а музейный экспонат.
Так что мы, конечно, выдумали и деньги, и кредиты, и платежные системы, но это не означает, что переход денег из рук в руки или законы их сохранения не являются объективными.

Другое дело, что можно, в принципе, обходиться и без энергии. Например, всё записывать в терминах сил. У уравнений будет какой-то "первый интеграл", то есть закон сохранения, причем глобальный, но мы его будем старательно игнорировать. Мало ли где есть первые интегралы!

Например, в модели "хищник-жертва" сохраняется Aln(y)-By-Dx+Сln(x); здесь y и x — численности хищников и жертв, а коэффициенты из уравнений.

А в модели сражения сохраняется величина aX²-bY², где X и Y — численности армий, а a и b — средняя эффективность бойца соответствующей армии. Это смахивает на энергию по виду, но это же не она; единица измерения у нее "боец в квадрате в час". Но она сохраняется.

Если удар неупругий, то энергия переходит в другие формы с изменением энтропии: деформация, тепло, акустика и т.п. Если аккуратно всё подсчитать, сохранение будет. Опять-таки, расчет покажет то, что покажет, и это объективно. Но можно делать расчет в терминах энергии, что удобно и естественно — но не необходимо! Можно и по-другому.

Причём формула ½mv² — она для материальной точки: концепции придуманной, поскольку это идеализация; в природе нет тел нулевого размера и ненулевой массы.

Как я уже писал, мы не придумываем, а открываем. И энергию мы открыли, а не выдумали, в этом пункте я с Френкелем не согласен. Но в свете сказанного выше, можно сказать и так: мы энергию придумали, и в принципе могли бы обойтись и без нее.

Представим, что людей вообще нет на Земле. Все процессы происходят так же, конечно. Но эм-вэ-квадрат-пополам теперь некому высчитывать! В этом смысле ее нет. Ее нет как жидкости, которую можно налить в баночку. Вода — есть. Энергии — нет. И дикарю не объяснишь, для него это всё ни о чём. Его надо сначала научить латинским буквам и арифметике, обозначениям и основам механики, концепции материальных точек и основам анализа; а только потом формула ½mv² обретет свой смысл и начнет плодоносить.

А ведь можно сразу заходить от лагранжианов или гамильтонианов, и там вообще кинетической энергии не будет. Там изначально будет нечто другое, из которого выводится закон сохранения, в котором есть слагаемое ½mv² (и то если его выделить).

А можно начать с динамики сплошной среды, и там тоже не будет такой формулы. Похожая, с плотностью, будет, но и то как часть уравнения Эйлера или Навье-Стокса.

А можно сразу начать с квантовой теории, и там сразу всё будет иначе, и ½mv² тоже будет приближением частного случая и говорить о ее реальности будет как-то наивно...

Так что Френкель был прав, а в чём с ним можно поспорить — это не главное.

Научно-популярные каналы на Дзене: путеводитель
Новости популярной науки12 марта 2022