Переписка с читателями
К вопросу о массе, зависящей от скорости
Учитель М.М.Базунов (п.Бишкиль, Челябинская обл.) пишет: «В “Каталоге-2005 (ПС)” на с. 38 в обзоре “Даты” сказано, что в 1995 г. газета начала борьбу с “массой, зависящей от скорости”. В физике масса зависит от скорости только у Эйнштейна в его СТО. Я тоже сторонник этой борьбы и дважды был на конференции в С.-Петербурге в 1993 и 1994 гг. по этим вопросам. Но я считал, что борьбу ведут только любители науки, и очень удивился, узнав, что и газета “Физика” тоже ведёт эту борьбу. Поэтому и прошу ответить мне: в чём была суть этой борьбы, чем она завершилась или продолжается до сих пор».
Отвечаем. Начав борьбу с понятием массы, зависящей от скорости, газета ни в коем случае не пыталась и не пытается поставить под сомнение ТО (борьба с теорией относительности давно стала уделом людей, просто плохо знающих предмет, и не рассматривается научным сообществом, так же как в своё время было решено не рассматривать проекты вечных двигателей). Наоборот, уже много лет мы прилагаем усилия к тому, чтобы разъяснять школьным учителям и всем интересующимся современной физикой основные постулаты ТО. Другое дело, что по запутанным историческим причинам уже много лет в базовом учебнике физики Б.Б.Буховцева и Г.Я.Мякишева, а также в ряде других действующих школьных пособий сохраняется совершенно лишнее и запутывающее суть дела понятие массы, зависящей от скорости.
Дело в том, что масса любой элементарной частицы есть данная ей изначально природой характеристика, не изменяющаяся при переходе из одной инерциальной системы в другую (как говорят физики, масса есть инвариант преобразований Лоренца). В процессах взаимодействия элементарных частиц массы их не меняются, а меняются энергии. В ТО справедливы законы сохранения импульса и энергии, но нет закона сохранения массы. Справедливо основное соотношение между энергией, импульсом и массой свободной частицы: E2 – p2c2 = m2c+ (соотношение Эйнштейна). Из него следует, что у покоящейся частицы энергия E0 = mc2. В произвольной системе отсчёта энергия и импульс частицы не равны энергии и импульсу в системе покоя частицы, в то время как масса частицы одинакова в любой системе отсчёта. Все разумно поставленные задачи по кинематике ТО могут быть решены с использованием законов сохранения энергии и импульса и соотношения Эйнштейна.
Откуда возникло понятие массы,
зависящей от скорости? Дело в том, что из
преобразований Лоренца следует, что в
произвольной системе отсчёта, в которой энергия
частицы равна Е, а импульс р, эти величины равны: E
= 
mc2, p = gm
, где = (1 – 
2/c2)–1/2 — так
называемый лоренц-фактор. Возникает искушение
записать E = Mc2, p = M, где M = m
– формально введённая (вместо Е/с2) величина, по
существу, совпадающая с точностью до константы с
энергией Е. Однако эта фиктивная масса не имеет
никаких свойств истинной массы частицы, прежде
всего не является инвариантом лоренцовских
преобразований. Отсюда возникает множество
недоразумений и непонимание ключевых положений
ТО. В частности, становятся возможными
бессмысленные и разрушающие правильное
физическое понимание явлений задачи типа «Чему
равна масса фотона энергией Е?» и т.п.
Подробное обсуждение затронутых здесь вопросов содержится в статье акад. Л.Б.Окуня в журнале «Успехи физических наук» (1989, т. 158, с. 511). Наша газета опубликовала ряд материалов по этому поводу, в частности, статьи «Конец века. Конец физики?» (№ 4/95) и «Специальная (частная) теория относительности» (№16/98). Что же касается «борьбы любителей науки» с теорией относительности, то ещё раз повторим: наша газета подобной чушью не занимается. Теория относительности — очень серьёзная и непростая теория, базирующаяся на точных экспериментах, выводы которой миллионнократно подтверждены экспериментально. Опровергать ТО в рамках её применимости бессмысленно, значительно продуктивнее попытаться понять и выучить основные положения этой теории. Конечно, школьного учебника для этого недостаточно. Рекомендуем прекрасную книжку, написанную специально для учителей физики: В.А.Угаров. Специальная теория относительности (М.: ФМЛ, 1977), в которой подробно обсуждаются те факты, которые привели Эйнштейна к необходимости пересмотра основных понятий о пространстве и времени.