ФИЗИКА
1.5.2. Закон взаимосвязи массы и энергии
Из формулы (1.24.3) следует, что приращение кинетической энергии частицы сопровождается пропорциональным приращением её релятивистской массы. Вместе с тем известно, что при протекании различных процессов в природе одни виды энергии могут преобразоваться в другие. Например, кинетическая энергия сталкивающихся частиц может преобразоваться во внутреннюю энергию образовавшейся частицы. Поэтому естественно ожидать, что масса тела будет возрастать не только при сообщении ему кинетической энергии, но и вообще при любом увеличении общего запаса энергии тела независимо от того, за счёт какого конкретного вида энергии это происходит.
Отсюда Эйнштейн пришёл к следующему фундаментальному выводу: общая энергия тела (или системы тел), из каких бы видов энергии она ни состояла, связана с массой этого тела соотношением
(1.25.1)
.
Эта формула выражает один из наиболее фундаментальных законов природы – закон взаимосвязи массы т и полной энергии Е тела.
Обратим внимание на то, что в полную энергию Е не включена потенциальная энергия тела во внешнем поле, если таковое действует на тело.
Соотношение (1.25.1) можно записать и в другой форме
.
Отсюда непосредственно следует, что покоящееся тело (EK = 0) также обладает энергией
(1.25.2)
.
Из (1.25.2) следует, что масса тела теперь выступает в новой функции – как мера энергосодержания тела.
Изменение полной энергии тела сопровождается эквивалентным изменением его массы Δm = ΔE/c2, и наоборот.
При обычных макроскопических процессах изменение массы тел оказывается чрезвычайно малым, недоступным для измерений.
Однако уже в астрономических явлениях, связанных, например, с излучением звёзд, изменение массы представляет собой весьма внушительную величину. В этом можно убедиться на примере излучения Солнца.
Из астрономических наблюдений установлено, что количество энергии, которое приносит на Землю солнечное излучение за 1 c на площадку 1 м2, перпендикулярную солнечным лучам, составляет около 1,4⋅103 Дж/с×м2. Это даёт возможность вычислить суммарную энергию, излучаемую Солнцем за 1 с:
,
где R ≈ 150 ⋅ 106 км - расстояние от Земли до Солнца. Следовательно, Солнце ежесекундно теряет массу
.
Величина очень большая с точки зрения земных масштабов, однако, по сравнению с массой Солнца эта потеря ничтожно мала: Δm/m = 2⋅10-21c-1.
Совершенно иначе обстоит дело в ядерной физике. Именно здесь впервые оказалось возможным экспериментально проверить и подтвердить закон взаимосвязи массы и энергии.
к к к