Понятие "масса" в современной физике

 

      При написании конспекта использовались материалы книги  А.Е. Кононюка «Обобщённая теория моделирования» [1].

 

1. Путаница в справочниках и стандартах

2. Килограмм является единицей гравитационной массы

3. Физический смысл инертной массой

4. Должно ли существовать вообще понятие "инертная масса"?

5. В итоге масса –  это мера чего?

6. Необходимо ли понятие "масса" в релятивистской механике?

   Заключение    

   Источники информации

 

1. Путаница в справочниках и стандартах

 

Современная физика различает следующие виды масс: инертная, гравитационная, электромагнитная, динамическая, релятивистская масса, масса покоя, продольная и поперечная, активная и пассивная массы. Почти все они подробно проанализированы в монографии М. Джеммера (1961) и через 27 лет в статье Л.Б. Окуня (1989). Однако в справочниках и стандартах противоречия не устранены и поныне.

Согласно справочнику по физике Б. Яворского и А. Детлаф (1990) масса является “мерой инертности материальной точки“. Однако термин “материальная точка“ является абстракцией, применение которой при систематизации физических величин недопустимо. В учебнике по физике И. Савельева (2005, кн.1) указывается на то, что “термин “материальная точка“ представляется не очень удачным и что более подошёл бы термин “точечная масса“. Аналогичная ситуация, т.к. понятие “точечная масса“ тоже – абстракция.

Метрологический справочник А. Чертова (1990): масса является “мерой инертности и гравитации любого материального объекта. Но это противоречит тому, что написано в словарной статье БСЭ: “В принципе ниоткуда не следует, что масса, создающая поле тяготения, определяет и инерцию того же тела“. В то же время в Физической энциклопедии (1992) подчёркнуто, что “речь идёт не о равенстве двух различных масс, а об одной и той же физической величине – массе, определяющей различные явления“. Именно так трактует массу Л.Б. Окунь (1989). В современной метрологии измеряется лишь гравитационная масса тел – путём взвешивания.

 Окунь (там же) разъясняет, что все названия массы (кроме гравитационной и инертной) возникли на рубеже XIX и ХХ веков, когда от ньютоновой механики и принципа относительности Галилея физика стала переходить к релятивистской механике и принципу относительности Эйнштейна (v >> c): “... на границе столетий из-за, как мы теперь понимаем, незаконного использования нерелятивистских формул для описания релятивистских объектов, возникло семейство масс, растущих с энергией тела“. И делает вывод: понятия  семейства масс релятивистской механики должно стать достоянием истории. Аналогичный вердикт следует вынести и по отношению к “динамической массе“, то есть к массе, изменяющейся со скоростью (В. Эткин, 2011).

У Л. Окуня: “масса тела в ньютоновой механике и масса того же тела в релятивистской механике – это одна и та же величина“. В ньютоновой механике гравитационную массу иногда подразделяют на “активную массу“ и “пассивную массу“. Но это указывает лишь на характер взаимодействия масс в гравитационном поле. Активная масса создаёт поле, а пассивная масса вносится в уже существующее поле. Так что принципиальное различие между активной и пассивной массами отсутствует (М. Джеммер, 1961).

В связи с определением массы у А. Чертова (1990, с. 59) необходимо проанализировать метрологическое различие между понятиями инертная и гравитационная масса, т.к. размерности этих масс определяются из разных уравнений (закон всемирного тяготения Ньютона и его второй закон механики). При различном подборе комплекта основных величин размерности указанных масс оказываются разными.

 

2. Килограмм является единицей гравитационной массы

 

Применяемая в СИ единица массы «килограмм», определяется пока с учётом ускорения свободного падения в той точке гравитационного поля Земли, где расположен прототип килограмма. Единица «килограмм» является в СИ единицей гравитационной массы. Гравитационная масса − это статический заряд гравитационного поля, и ни от каких сторонних воздействий на тело, находящееся в этом поле, она не зависит.

Но в метрологии до сих пор считается, что килограмм является в СИ также и единицей инертной массы, потому что в условиях Земли при скоростях v <<  c соблюдается принцип эквивалентности масс. На принципе эквивалентности масс базируется LT-система размерностей, сторонники которой возражают против того, чтобы у гравитационной и инертной масс были разные размерности.

И. Коган (2012) показал, что принцип эквивалентности масс доказывается в земных условиях только численно и при условии v << c. Поэтому из высокой точности соблюдения численного равенства гравитационной и инертной масс  (до 10-12), ещё не следует релевантность принципа эквивалентности масс в релятивистской механике. //Коган (нонсенс) до сих пор не признал ложность СТО Эйнштейна

 

3. Физический смысл инертной массой

 

Второй закон Ньютона:  a = F/min.      ( 1 )   

является лишь частным случаем обобщённого уравнения динамики 

DΔq+ Rd(Δq)/dt+ Id2q)/dt2= − ΔР,            (2)

где ΔР − разность потенциалов между системой и окружающей средой; Δq− приращение координаты состояния системы; D – жёсткость системы; R − диссипативное сопротивление системы; I –инертность системы. Для прямолинейной формы движения (Δq соответствует перемещению х) уравнение (2) принимает вид:

Dх+ R(dх/dt) + I(d2x/dt2) = − F,        ( 3 )

где F− сторонняя сила, воздействующая на систему; x − линейное перемещение; D – жёсткость механической системы; R− сопротивление трения. А параметр I соответствует линейной инертности тела при ускорении тела a = d2x/dt2. Именно под линейной инертностью I и подразумевают сейчас инертную массу.

Воздействующая на тело сторонняя сила F равна по модулю и противоположна по направлению сумме трёх слагаемых левой части уравнения (3): силы упругого противодействия FD, силы трения FR и силы инерции FI. Силу инерции FI следует рассматривать как возможность тела воспринять определённое количество кинетической энергии, поступающей из окружающей среды, а линейную инертность − как характеристику этой возможности.

Второй закон Ньютона, таким образом, ограничивается только третьим слагаемым левой части уравнения (3), в котором сторонняя сила F равна по модулю силе инерции  FI. Следовательно, вместо инертной массы min в уравнении (1) должна стоять линейная инертность I:  

a = FI/I.           (4)

      Л. Окунь (1989):“Если попытаться определить как “инертную массу“ отношение силы к ускорению, то эта величина в теории относительности зависит от взаимного направления силы и скорости, и потому однозначным образом её определить нельзя“. И ещё: “Масса релятивистски движущегося тела не является мерой его инертности. Более того, единой меры инертности для релятивистски движущихся тел вообще не существует, поскольку сопротивление тела ускоряющей его силе зависит от угла между силой и скоростью“. //СТО Эйнштейна ложна, а значит абсурдно обращаться к ней как некоей фундаментальной физической теории и надеяться на то, что она даст нечто приемлемое истинной науке. Но критика «под занавес» наверно неизбежна.

 

 

4. Должно ли существовать вообще понятие "инертная масса"?

 

Проанализируем два разных ответа на этот вопрос в статьях Г. Трунова (2004) и В. Эткина (2011).

Трунов: “масса структурного элемента (масса атома или молекулы) по своей сути является гравитационной массой“, а второй закон Ньютона можно представить в такой записи:

a= F/m0nV,            ( 5 )

где m0 = m/N, m – гравитационная масса однородного макроскопического тела, N–число структурных элементов тела, m0 – гравитационная масса одного структурного элемента тела, n = N/V–концентрация структурных элементов, из которых состоит тело, а V–объем тела.

Эткин (2011) анализирует понятие инертной массы на базе ложной СТО Эйнштейна. //«Любая теория (гипотеза, умозаключение и т.п.), использующие существенно в своих построениях СТО Эйнштейна, оказываются, в конечном итоге, не совместимыми с истинной наукой». Так, на мой взгляд, можно сформулировать один из важнейших принципов пострелятивистской физики.

Заключение Эткина: «... существует единственная масса m, являющаяся мерой количества вещества, а понятия “массы покоя”, “релятивистской”, “инертной”, “электромагнитной”, “гравитационной” и т.п. масс должны быть отброшены как излишние“.

Мнение А. Ковтонюка (2018 г.): понятие "инертная масса" можно и нужно из физики исключить.

 

5. В итоге масса –  это мера чего?

 

В. Эткина понимает под массой меру количества вещества, но, возражает А. Ковтонюк, в СИ единицей количества вещества является моль, а не килограмм. Поэтому в СИ нельзя говорить, что масса играет роль меры количества вещества. Утверждение Эткина основано на понимании массы Ньютоном, которое затем было признано и Эйлером. Ньютон: “Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объёму её“. Эйлер: “Сила инерции в любом теле пропорциональна количеству материи, которое содержит тело“ (цитаты взяты из монографии М. Джеммера, 1961).

В комментариях к этой монографии приводится важное разъяснение: “Классическое понятие массы в смысле количества материи сохраняет свое значение для вещества, т. е. для частиц, обладающих собственной массой, и имеет силу лишь для определённых условий движения этих частиц (сравнительно малые скорости их движения) и соответствующих макроскопических тел. Но оно теряет свою силу в качестве общего понятия“.

Таким образом, заключает Ковтонюк, в современной метрологии масса должна считаться только мерой гравитации. Однако авторы планируемого переопределения основных единиц СИ (И. Миллс и др., 2006) ничего в этом плане менять не собираются, мотивируя это тем, что для практической метрологии и практической физики это будет слишком непривычным и экономически неоправданным мероприятием. В частности, не хотят внести ясность в понятие дефект масс. Масса де может выступать как мера освобождённой или поглощённой энергии“ (М. Джеммер, 1961). А. Эйнштейн (1905): “Масса тела есть мера содержащейся в нем энергии“. Л. Окунь (1989): “...масса частицы является мерой энергии, «спящей» в покоящейся частице, мерой энергии покоя“.

В этих цитатах термин "мера" понимается не так, как это принято в метрологии. Масса – это не мера энергия, а коэффициент пропорциональности в формуле, определяющей энергию покоя. Поэтому, в естественных системах величин естественной основной величиной должна быть энергия, а не масса. Именно это позволило И. Когану (1998) провести систематизацию физических величин.

К сожалению, авторы планируемого переопределения основных единиц СИ отказываются от этого, мотивируя тем, что для практической метрологии и для практической физики это было бы слишком непривычным, психологически и экономически неоправданным мероприятием.

 

6. Необходимо ли понятие "масса" в релятивистской механике?

 

В §7 А. Кононюк вопрошает: «Необходимо ли понятие "масса" в релятивистской механике?». Причём под «релятивистской механикой», как следует из контекста, он понимает СТО Эйнштейна. По-видимому, он намерен работать над одной из наболевших проблем теоретической физики, не очистив последнюю от псевдонаучных фантазий господина (так его называл великий Пуанкаре) Эйнштейна. Фантазии, выдаваемой Российской академией наук за фундаментальную теорию. Ничего разумного из этой затеи, понятно, не получится.

Вначале следует пересмотреть «большие скорости» на базе обновлённой теории относительности Лорентца [2. 3] и затем добиться её признания всем научным сообществом. Для подавляющего большинства физиков, в том нет сомнений, это – очевидная банальность.  

 

Заключение

      В качестве одного из важнейших принципов пострелятивстской парадигмы предлагаю принять следующую максиму: «Любая теория (гипотеза, умозаключение и т.п.), использующие существенно в своих построениях СТО Эйнштейна, оказываются, в конечном итоге, не совместимыми с истинной наукой».

 

Источники информации

 

1. Кононюк А.Е. Обобщённая теория моделирования. Киев: «ОсвітаУкраїни», 2018.

    http://ecat.diit.edu.ua/ft/GTM8.p

2. Cahill R.T. DYNAMICAL 3-SPACE: NEO-LORENTZ RELATIVITY. http://www.academia.edu/23783386/Dynamical_3-SPACE_Neo-Lorentz_Relativity

3. Басков П.Г. Неоклассическая теория относительности Лорентца. Неоклассическая концепция пространства и времени. http://www.irgeo1.ru

                                                                                       П.Г. Басков, опубликовано 15.02.2021

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.02.21, C:\Mydoc\Естествознание\1_физика\М О И   С Т А Т Ь И_физика\ОРИГ МОИХ СТАТ _ФИЗИКА\НОВАЯ ПОСТРЕЛЯТИВИСТСКАЯ ФИЗИКА\090221_Понятие масса.docx