Когда мы говорим о массе, чаще всего имеем в виду массу покоя, или инертную массу. Это то самое свойство вещества, которое определяет, насколько оно сопротивляется изменению своего движения.
Тут всё линейно. Представьте, что хотите столкнуть с места бочку, массой 50 кг и массой 100 кг. Разница ощущается из практики. Именно про это писал Ньютон, формулируя второй закон: F = m·a – чем больше масса, тем больше силы потребуется, чтобы придать телу то же ускорение.
Масса покоя напротив есть фундаментальная характеристика объекта. Вес же — это уже не свойство тела, а результат действия силы тяжести. Он показывает, насколько сильно тело притягивается к источнику гравитационного поля. Галилей ещё в XVII веке доказал, что гравитационная и инертная масса равны - это так называемый слабый принцип эквивалентности. Поэтому вес напрямую пропорционален массе. Чем массивнее объект, тем он тяжелее в данном гравитационном поле.
Если же масса равна нулю, то в ньютоновской механике вес такого объекта будет равен нулю.
Но, и это ключевой момент, в рамках классической физики объект с нулевой массой просто не может существовать. Он не имел бы ни энергии, ни импульса, ни способа взаимодействовать с окружающим миром.
Именно здесь проявляется теория относительности Эйнштейна. В ней безмассовые частицы не только возможны, но и играют огромную роль или пример тому фотоны, кванты света.
Они могут переносить энергию и импульс, но никогда не могут «остановиться» - всегда движутся со скоростью света. Цена безмассовости отсутствие системы отсчёта, в которой частица находится в покое.
Здесь возникает любопытный вопрос: если такие частицы не имеют массы покоя, значит ли это, что они не имеют веса?
Эйнштейн показал, что инерция тела напрямую связана с его энергией. Важно подчеркнуть - речь идёт не о кинетической энергии движения относительно наблюдателя, а о внутреннем энергетическом содержании, измеряемом в системе покоя самого тела.
Представим мысленный эксперимент. Берём идеальную коробку с идеально зеркальными стенками и запускаем внутрь несколько фотонов. Они будут бесконечно отскакивать от стенок. Теперь мы взвешиваем коробку. И сюрприз! - она окажется тяжелее, чем пустая.
Дело не в том, что фотоны получили какую-то массу, а в том, что их энергия теперь является частью энергетического содержания всей системы "коробка + фотоны". А раз так — согласно E = mc² — эта энергия эквивалентна дополнительной инертной массе, а значит, и дополнительному весу.
То есть фотоны сами по себе безмассовы, но в составе системы они способны изменить её массу. Эффект может быть крайне значительным. В недрах массивных звёзд энергия излучения действительно вносит заметный вклад в их гравитацию.
А в ранней Вселенной фотонная плотность энергии была сопоставима с плотностью вещества и напрямую влияла на скорость космического расширения.
Итак, ответ на вопрос имеют ли вес безмассовые частицы звучит так: по отдельности — нет, в составе системы — да. Свет нельзя положить на весы сам по себе, но можно взвесить систему, содержащую свет, и результат будет отличаться от массы пустой системы.
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями