Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

Но какой же смысл следует придать энергии <£? Является она

тс'1— тис'2 есть энергия движения.

Первую часть фразы следует рассматривать как утверждение, которое следует проверить на опыте. Что же касается выражения энергии движения, тс2— т0с2, то мы узнаем в нем знакомое выра­ жение кинетической энергии, если воспользуемся приближенным

энергии взаимодействия. Изменение любой из этих составляющих

растет температура тела, убыстряется внутреннее движение систе­ мы. Она возрастает также, если сблизятся отталкивающиеся части системы или разойдутся притягивающиеся.

Из сказанного ясно, что масса покоя системы взаимодействующих частиц не обладает свойством аддитивности, т. е. не подчиняется

и может быть измерена. Кроме того, непосредственно измерятся и массы покоя. Таким способом закон U—m0c'2 может быть проверен на опыте.

ного наблюдателя, свободное падение с ускорением g. Так как лифт надает с ускорением а, то ускорение по отношению к полу лифта будет (g — а). Наблюдатель, находящийся в лифте, может описать движение падающего тела при помощи ускорения g=~g'— а. Иначе говоря, наблюдатель в лифте может не говорить об ускоренном движении лифта, «изменив» ускорение поля тяжести в своей системе.

Теперь сравним два лифта. Один из них неподвижно висит над Землей, а другой движется в межпланетной пустоте с ускорением а

а

Рис. 185.

по отношению к звездам. Все тела в неподвижном над Землей лифте обладают способностью свободно падать с ускорением g. Но такой же способностью обладают тела внутри межпланетного лифта. Они будут «падать» с ускорением — а на «дно» лифта. При этом роль дна будет играть стенка, противоположная направлению ускорения.

Выходит, что действия поля тяжести и проявления ускоренного движения неотличимы.

Поведение тела в ускоренно движущейся системе координат рав­ нозначно поведению тела в присутствии эквивалентного поля тяже­ сти. Однако эта эквивалентность может быть полной, если мы огра­ ничим себя наблюдениями на небольших участках пространства. Действительно, представим себе «лифт» с линейными размерами пола в тысячи километров. Если такой лифт неподвижно висит над зем­ ным шаром, то явления в нем будут происходить иначе, чем в том случае, когда лифт будет двигаться с ускорением g по отношению к неподвижным звездам. Это ясно из рис. 185: в одном случае тела падают косо на дно лифта, в другом случае — отвесно.

Таким образом, принцип эквивалентности справедлив для таких объемов пространства, в которых поле можно считать однородным.

Рассмотренные качественные соображения лежат в основе общей теории относительности. Эта теория, также развитая Эйнштейном,

поставила перед собой задачу найти способы формулировки законов природы, не зависящие от выбора системы координат. До сих пор мы полагали, что такая задача выполнима лишь для инерциальных систем координат. Принцип эквивалентности показывает, что абсо­ лютность ускорения может быть уничтожена полем тяготения. Уско­ ренно движущуюся систему координат можно рассматривать как инерциальную, если только ввести эквивалентное поле тяготения. Правда, такая эквивалентность, как мы только что видели, огра­ ничена во времени и пространстве. Однако Эйнштейн показал, что это ограничение может быть снято, если в соответствии с введенным полем тяготения внести изменения в геометрию системы.

Г Л А В А 25

КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ПОЛЯ

§ 161. Фотон

Уже несколько раз указывалось, что излучение и поглощение электрической энергии происходит порциями, квантами. Величина

для всего огромного диапазона длин волн электромагнитного спектра, от жестких "\>-лучей до длинных радиоволн.

Явления поглощения и излучения характеризуют, прежде всего, саму микросистему, взаимодействующую с электромагнитным полем волны. Квантовый характер этих явлений (которые мы в деталях обсудим в ч. I I I ) доказывает, прежде всего, наличие у микросистемы отдельных энергетических уровней, невозможность для микро­ системы обладать произвольной величиной энергии. Сами по себе эти факты не привели бы к мысли о том, что не только веществу, но и электромагнитному полю свойственна квантовая природа, если бы при взаимодействии с веществом электромагнитная волна не вела себя в ряде случаев, как частица. Корпускулярные свойства элек­ тромагнитного излучения, обнаруживающиеся тем более явно, чем меньше длина волны, проявляются в тех случаях, когда происходят потери и превращения электромагнитной энергии. Эти свойства, наоборот, не проявляются при распространении, рассеянии, дифракции электромагнитных волн, если они не сопровождаются потерей энергии.

Корпускула электромагнитного поля носит название фотона. Фотон характеризуется, прежде всего, величиной своей энергии:

g = hv.

Пользуясь законом эквивалентности массы и энергии, мы имеем право приписать фотону массу

с* с*