Известны два закона сохранения, которые в нашем мире выполняются без исключений. Это, понятное дело, закон сохранения энергии и закон сохранения импульса. Есть немало желающих создать вечный двигатель, но современная наука неумолима. Никто не станет всерьёз рассматривать никакие подобные проекты. Разве что исключительно, чтобы разгромить.
А вот с законом сохранения импульса никто не "балуется". Никаких проектов по созданию машины, которая будет ломать закон сохранения импульса, я не видел.
В чём же такая особенность нашего мира, что нам требуется два закона? Почему нельзя обойтись одним?
Ну, и прежде, чем начать "копать" сразу заявляю, что эти два закона - это один и тот же закон, только вид сбоку.
Итак начнём.
Откуда начинается наше знание о законе сохранения импульса? Со школы. Это было так: нам говорили, что некоторые задачи механики надо решать законом сохранения энергии, а некоторые задачи с использованием закона сохранения энергии не решаются. Вспомним какие. Если удар упругий - решаем по закону сохранения энергии или импульса - всё равно. Если удар неупругий - после взаимодействия две массы "слепляются" и далее двигаются вместе - всё, закон сохранения энергии не годиться, а вот закон сохранения импульса продолжает давать правильный результат. На вопрос "почему?", ответ - "потому что часть энергии переходит в тепло, а его просто так не посчитаешь, а вот закон сохранения импульса продолжает давать правильный результат".
И в этом месте следует ещё раз заметить, что физика - это такая отрасль знаний, которая призвана разработать набор алгоритмов-методов расчёта будущего. Такой продвинутый вариант экстраполяции. Физики долго наблюдают явления природы, экспериментируют и ищут закономерности. Эти закономерности проверяются. Т.е. мы готовим "эксперимент", который собираемся провести, и заранее рассчитываем, что должно получиться. Если сошлось, то всё хорошо - наша модель рабочая. Мы с этого момента ей доверяем и можем использовать для расчёта будущего. Т.е., как я уже сформулировал - продвинутый вариант экстраполяции.
Ну, а математика - инструмент для таких расчётов. Математика, прежде всего, нужна для обслуживания интересов физики. Недаром нет званий "кандидат математических наук", а есть "кандидат физико-математических наук".
Итак, закон сохранения импульса принят как достоверная модель нашего мира. Как и закон сохранения энергии. К чему я всё это время веду? А к тому, чтобы обсудить разницу между этими законами. Что, на первый взгляд, не очень очевидно.
Первое и самое главное отличие между этими двумя законами вот в чём: ЗСИ - векторный, а ЗСЭ - скалярный. В ЗСЭ необходимо, чтобы скорость была возведена в квадрат. Скорость - характеристика векторная. Чтобы убить векторность, требуется использовать скалярную величину. Квадрат скорости и решает эту задачу.
Надо сказать, что при решении части задач с применением ЗСЭ приходится указывать дополнительные параметры задачи, поскольку иначе задача оказывается не однозначной. Пример: столкновение двух шаров на бильярде. Столкновение упругое, энергия системы сохраняется, но следует уточнить, на каких курсах происходит столкновение. Даже при осевом ударе следует дополнительно указать столкновение встречное или попутное.
Эта же задача легко решается в рамках закона ЗСИ, причём с любыми исходными векторами движения. И при осевом ударе и при касательном - всё решается. И не требуется применять дополнительно ЗСЭ. Он выполняется автоматически.
Моё утверждение следующее: ЗСИ является фундаментальным и основным. ЗСЭ - закон вторичный. Он был и остаётся удобным инструментом в некотором классе задач. В те времена, когда он был сформулирован, он представлял собой более простой метод решения ограниченного круга задач по механике.
Одним из примеров, когда трудно понять, как решить задачу по ЗСЭ, является задача расчёта фотонного паруса. Если взять отражающий парус, то получится, что прилетевший фотон, отражается от паруса и улетает, не изменив своей энергии. Получается, что энергию парусу такой фотон передать не может. Другое дело импульс.
Ну, и уж раз упомянули фотон, то следует вспомнить, что фотон имеет импульс и энергию. И для фотона оба этих параметра практически одно и то же, если смотреть на это лишь по величине (отличие в коэффициенте). А вот вектор всё расставляет на свои места.
Здесь я хочу разговор повести в иное русло. Теперь поговорим о фотоне, как о носителе энергии. Я уже некоторое время веду пропаганду идеи, что фотон является порождением электрона. Ну, действительно, можно сказать, что источником света является светодиод, его кристаллическая решётка, но, на самом деле, каждый помнит, что фотон излучается, когда электрон меняет свою орбиталь. Это у электрона была некоторая "избыточная" энергия, которую он "сбросил" через фотон. Получается, что если не копаться в устройстве фотона, то достаточно просто сказать, что фотон - это чистая энергия.
Поглощение фотона также происходит электронами. Получается, что электроны - это "порты" для обмена энергией, а энергия может передаваться между электронами с помощью фотонов. Это тем более справедливо, что в стандартной модели считается, что электромагнитное взаимодействие передаётся фотонами.
Резюме: (смело) внутри материалов, например, в кристаллической решётке, где связи между атомами реализованы на электрическом уровне, читай - электронные орбитали в кристаллической решётке у соседних атомов становятся общими, переходят в совместное пользование, тепловые колебания внутри такого материала передаются через взаимодействие электронов, т.е. при посредстве фотонов.
Энергия - это фотоны. Как то так.
Если вспомнить все мои рассуждения о том, что энергия и импульс - это две стороны одной медали, то нетрудно сформулировать ещё одну смелую мысль: фотон - это импульс, "летящий на крыльях ночи" со скоростью 300тыс км/с и переносящий энергию туда-сюда. На кого бог пошлёт.
Когда мы говорим про кинетическую энергию физических предметов, то может быть следует искать её в фотонах, которые содержатся внутри вещества или его окружают. Кстати, стандартная модель подразумевает наличие виртульных фотонов. Что это непонятно, но, вполне вероятно, это просто неудачное название, а на самом деле - это очень конкретная сущность. И если так, то и массу, возможно, следует искать в импульсе фотона. У фотона нет массы, но есть импульс. А раз есть импульс, то можно говорить о виртуальной массе. Так может вся масса и есть виртуальная, а по сути - кажущаяся инерция, содержащая сумму импульсов всех участвующих фотонов?
п.с. Понимаю, глупо. Но не поделиться не мог.