Объект, не знающий покоя

Объект, не знающий покоя

Сообщение №108 от Matwadnik 10 октября 2002 г. 02:15
Тема: Объект, не знающий покоя

ОБЪЕКТ, НЕ ЗНАЮЩИЙ ПОКОЯ

Матвеев Вадим Николаевич
e-mail: matwad@takas.lt

Аннотация: Показано, что такой физический объект, как конкретный остаток сгорающего с двух сторон стержня, движущегося в некоторой системе отсчета, не обладает собственными размерами физических величин, если под собственными размерами понимать только размеры, количественно характеризующие свойства объекта в состоянии относительного покоя.

Известно, что, согласно специальной теории относительности (СТО), длина одного и того же стержня оказывается неодинаковой в разных инерциальных системах отсчета. В системах отсчета, в которых стержень движется в продольном направлении, его длина оказывается меньше длины того же стержня, покоящегося в некоторой системе отсчета [1-4,7]. Укорочение движущихся в соответствующих системах пространственно-протяженных тел называется лоренцевским сокращением тел, а длины «укороченных» объектов называются релятивистскими длинами.
Длину стержня, покоящегося в некоторой системе отсчета, называют собственной длиной или длиной покоя стержня. Собственная длина стержня является наибольшей из всех его длин, доступных для измерения в разных системах отсчета.
Наряду с понятием релятивистской длины в СТО используется также понятие релятивистской массы тела, значения которой оказываются разными в инерциальных системах отсчета, движущихся относительно друг друга с разными скоростями [2-6]. Наименьшей массой тело обладает в той системе отсчета, в которой оно находится в состоянии покоя.
Существует формальное выражение, позволяющее по энергии и импульсу тела рассчитать инвариантную к выбору системы отсчета величину, численнно равную массе покоя тела и называемую его инвариантной массой [5].
Нередко утверждается, что только инвариантная масса имеет физический смысл; релятивистская же масса при этом рассматривается как некий «анахронизм», не представляющий интереса в современной физике [5]. Однако, такое отношение к массе нельзя считать общепринятым, поскольку существует и противоположная оценка физического смысла массы [6].
При рассмотрении лоренцевского сокращения стержня молчаливо предполагается, что его длина, будучи разной в разных системах отсчета, остается постоянной в течение всего времени наблюдения за ним в любой из инерциальных систем отсчета.
Такое допущение не позволяет выявить особенностей поведения объектов, претерпевающих заметные изменения в процессе наблюдения за ними, а эти особенности заслуживают особого внимания.
Рассмотрим длинный стержень, длина которого непрерывно меняется во времени.
Представим себе, что мимо нас с большой скоростью проносится длинный, изготовленный из горючего материала стержень, быстро сгорающий с двух концов и имеющий следующий вид:

*-----------------------------------------------------------------*.

Здесь пунктирная линия обозначает стержень, а значки * на концах стержня символизируют процессы быстрого горения, "сжигающие" стержень со скоростью, сравнимой со скоростью света.
Преставим себе также, что в некоторый момент времени процессы горения (одновременно по часам нашей инерциальной системы) достигают некоторых точек (назовем их условно точками А и В) стержня.
В этот момент обгоревший до этих точек остаток пролетающего мимо нас горящего стержня, обладает определенными длиной и массой (трактовать понятие массы можете по своему усмотрению).
Если бы процессы горения в точках А и В прекратились и речь шла бы о полностью погасшем остатке стержня, то можно было бы утверждать, что длина полностью (т.е. с обоих концов) погасшего остатка стрежня в системе отсчета, в которой стержень покоится, превышает измеренную нами длину погасшего остатка стержня, летящего в другой системе отсчета. Однако, мы не вправе делать такого заключения, если после достижения точек А и В процессы горения продолжаются.
Дело в том, что определить собственную длину и массу покоя данного, ограниченного точками А и В, остатка горящего стержня не представляется возможным, поскольку в системе отсчета, в которой стержень покоится, данный остаток не может быть обнаружен – в силу относительности одновременности там может быть обнаружен остаток, ограниченный с двух концов какими угодно точками (одна из которых может быть и точкой А или точкой В), только не парой точек А и В. Остаток, заключенный между другой парой точек, может быть похожим на данный остаток, но речь идет о собственной длине (длине покоя) и о массе покоя именно этого остатка, а не какого-нибудь другого – похожего на этот!
Неприемлемость замены данного остатка стержня на другой, похожий на него, особенно очевидна, если допустить, что линейное распределение массы по длине стержня неравномерно. В этом случае «внешне похожие» друг на друга остатки в общем случае оказываются разными по массе.
В силу невозможности обнаружения данного остатка стержня в системах отсчета, движущихся относительно нашей системы отсчета вдоль стержня с разными скоростями, нельзя говорить об инвариантной массе данного стержня, поскольку ни импульса, ни энергии остатка стержня, недоступного для обнаружения в этих системах отсчета, в них попросту не существует.
Таким образом, рассмотренный нами остаток стерженя, ограниченный точками А и В, в принципе не может находиться в состоянии покоя и поэтому не обладает ни собственной длиной, ни собственной (или инвариантной) массой в их обычном понимании.
Собственной длиной и собственной массой данного остатка являются не длина и масса покоящегося остатка, а длина и масса остатка, обладающего определенной скоростью в продольном направлении.
Подробнее о неожиданных сторонах физической относительности можно прочитать в книге [7] (см. также страницу: http://www.sciteclibrary.com/rus/catalog/pages/3147.html).

Литература

1. А. Эйнштейн. Собрание научных трудов. Т.I. М., изд. «Наука» , 1965, с. 17-20.
2. М. Борн. Основы теории относительности. Ижевск, изд. «НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» ,
2000, с. 197-204; 232-234.
3. В.А. Угаров. Специальная теория относительности. М., изд. «Наука» , 1969, с. 64-69; 107-108.
4. А.Н. Матвеев. Электродинамика и теория относительности. М., изд. «Высшая школа» , 1964, 322-323;
390-391
5. Л.Б. Окунь. Успехи физических наук. 2000, т. 170, № 12, с. 1366-1371.
6. Р.И. Храпко. Успехи физических наук. 2000, т. 170, № 12, с. 1363-1366.
7. В.Н. Матвеев. В третье тысячелетие без физической относительности? М., изд. «ЧеРо», 2000.

Отклики на это сообщение:

Научные форумы - Архив форумов - Физика в анимациях