Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

1 Применяя слово «тяжелее» вместо «массивнее», мы используем известное равенство инерционной массы массе гравитационной. Из школьной физики вы знаете, что первая означает меру инерции тела (меру его способности сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения), а вторая характеризуется тяготением. Численное равенство обоих видов массы в классической физике было загадочным совпадением. Столь же непонятным оно. осталось и в специальной теории относительности. Только в так называемой общей теории относительности, о которой мы в этой книге говорить не будем, равенство инерционной и гравитационной массы находит объяснение.

Из школьной физики вы помните, что мерой инерции любого тела служит масса этого тела. Следовательно, с увеличением скорости тела масса его увеличивается. Формулы Эйнштейна говорят, что при достижении скорости света масса делается бесконечно большой. Дальнейшее ускорение немыслимо.

С этим выводом специальной теории относительности перекликается еще один, не менее интересный и связанный с проблемой солнечной энергии, которая нас непосредственно интересует.

Предположим, что наш ракетный корабль мчится почти со скоростью света. Энергия его движения колоссальна. И, как мы только что сказали, корабль обладает огромной массой. Давайте уменьшим энергию движения корабля — затормозим его.

Согласно взглядам Эйнштейна, это немедленно повлечет за собой уменьшение массы. Еще сильнее затормозим корабль — масса его станет еще меньше.

Вот наш корабль возвращается из далекого путешествия, спускается на космодром, останавливается. Теперь от ракеты отнята вся энергия ее движения. И вместе с тем корабль лишился последнего излишка приобретенной в движении массы.

Итак, измеренная неподвижным наблюдателем масса движущегося относительно него тела, по Эйнштейну, неразрывно связана с энергией движения тела. Сегодня эта интересная особенность стала твердо доказанным экспериментальным фактом. С учетом ее строятся, например, мощные физические приборы, ускорители, в которых мельчайшие электрически заряженные частицы разгоняются до огромных скоростей.

Ну, а если тело пребывает в покое? Энергии движения нет, но ведь масса-то осталась! Не связана ли его масса покоя с какой-то еще не выделившейся, внутренней энергией?

Теория относительности отвечает на этот вопрос положительно. Взаимосвязь массы и энергии присуща любым телам — и движущимся и неподвижным. Недаром неподвижность так же относительна, как и движение.

Всякое изменение энергии тела сопровождается изменением его массы. Например, сжатая пружина заключает в себе больше энергии, чем отпущенная. Поэтому она массивнее. Стало быть, заведенные часы... тяжелее незаведенных! Тикают они — и постепенно становятся легче.

Если это утверждение вы проверите на собственном

будильнике, вас постигнет разочарование. Никакими, даже самыми точными, весами подобное уменьшение массы обнаружить не удастся.

Вообще во всех явлениях обыденной жизни изменения массы, связанные с изменениями энергии тела, остаются совершенно незаметными. Классический закон химии «вес веществ, вступающих в реакцию, равен весу веществ, получающихся после реакции» остается в силе, пока речь идет о химических процессах, пусть даже самых бурных.

Чем это объяснить? Может быть, вывод Эйнштейна — ошибка?

Нет, вывод верен. А незаметность изменений массы вызвана тем, что содержание в веществе скрытой энергии поистине колоссально. Даже самые обильные выделения энергии из обычных повседневных источников влекут за собой ничтожное уменьшение массы. Например, при сжигании платформы угля масса его уменьшается на 5 тысячных долей грамма.

Согласно Эйнштейну, энергия, сконцентрированная в теле, численно равна массе этого тела, дважды помноженной на скорость света. Вот эта знаменитая формула:

Здесь Е — энергия в единицах, называемых эргами, т — масса в граммах, с — скорость света, равная 30 миллиардам сантиметров в секунду.

Давайте попробуем подсчитать по этой формуле, сколько энергии заключено, скажем, в двухкопеечной монете. Монета весит почти два грамма, цифру дважды на скорость света, мы получим 1,8 . 10 21эргов, или 90 миллионов киловатт-часов энергии [5] 1 эрг = 2,78 . 10 -14 киловатт-часа. .