3. Относительность массы и энергии.
Законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга. Следовательно, силы F, ускорения «а» и скорости v одинаковы для всех инерциальных систем отсчета. Поэтому сила F всегда равна произведению массы на ускорение «а». Тогда для подвижной системы релятивистская (относительная) масса равна:
Для неподвижной системы масса покоя равна:
Разделим первое уравнение на второе и получим, что m/m0 = t/t0 или:
Согласно специальной теории относительности, полная энергия движущегося тела равна:
Величину
принято называть энергией покоя. Тогда выражение полной энергии (4) можно переписать в следующем виде:
В отличие от массы покоя m0, величина m называется релятивистской массой, или просто массой. Под такого рода массой здесь понимается количественная мера той суммарной материи, которая содержится в физическом объекте, движущемся относительно рассматриваемой системы отсчета с некоторой скоростью v. Для разных инерциальных систем отсчета одно и то же физическое тело обладает одинаковой массой покоя, но различной релятивистской массой. Это недвусмысленно означает, что количество суммарной материи, из которой состоит данное конкретное физическое тело, является не абсолютной, а относительной величиной, зависящей от положения наблюдателя.
В отличие от релятивистской энергии Е, величина Е0 называется энергией покоя. Для разных систем отсчета одно и то же физическое тело обладает одинаковой энергией покоя, но различной релятивистской энергией. Это недвусмысленно означает, что количество релятивистской энергии Е, которая содержится в том или ином физическом теле, является не абсолютной, а относительной величиной, зависящей от положения наблюдателя, хотя энергия невесомых частиц для всех систем отсчета одинакова.
Современная наука различает два вида энергии: физическую и духовную. Каждая из них может быть и положительной и отрицательной. Если специально не оговорено, то под энергией обычно понимают физическую энергию, а не духовную. Поэтому просто энергией (или физической энергией) принято называть общую меру физической работоспособности (классическое определение). В то же время из уравнений (5) и (6) видно, что энергия пропорциональна массе и поэтому является ее мерой. Следовательно, энергия есть обобщенная мера не только различных физических форм движения и взаимодействия (Е – Е0), которую мы называем энергией относительного движения. Она является также и количественной мерой материи Е0, которая содержится в любом рассматриваемом весомом объекте и которая в определенных условиях может совершить конкретную физическую работу.
Из уравнения (3) видно, что если бы в распоряжении субъекта, определяющего массу объекта в чужой инерциальной системе отсчета, были сигналы или информация, распространяемая и принимаемая с бесконечно большими скоростями «с», то относительная (релятивистская) масса была бы равна массе покоя, то есть если с = ∞, то m = m0.
Однако такие сигналы невозможны, ибо уже при скоростях, близких к световой, весомое вещество теряет массу покоя (то=0) и превращается в чистую невесомую энергию.
4. Относительность координат.
Специальная теория относительности установила, что «окружающий нас мир представляет собой четырехмерный пространственно-временной континуум», см. ([94] стр. 558). Это значит, что он складывается из отдельных элементов, каждый из которых описывается четырьмя числами, а именно: тремя пространственными координатами и одной временной координатой.
Если бы в нашем распоряжении были сигналы с бесконечно большими скоростями и если бы систему координат можно было закрепить абсолютно неподвижно, то координаты четырехмерного пространственно-временного континуума можно было бы считать также абсолютными. Однако мы не имеем никакой практической возможности сделать это, потому что любая система координат во Вселенной находится в состоянии непрерывного движения как во времени, так и в пространстве. Поэтому здесь речь идет о четырехмерности пространственно-временного континуума только лишь относительно какой-то физической системы координат, положение которой относительно другой системы координат определяется другими четырьмя координатами, и т. д. Если мы изучаем не одну, а «n» взаимосвязанных материальных систем, то, на первый взгляд, нам кажется, что количество измерений пространственно-временного континуума возрастает во Вселенной в «n» раз.