 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
67
Согласно квантовой теории поля частицы, обладающие массой, могут рождаться из
физического вакуума, представляющего собой совокупность частиц с соответствующими им
античастицами, при достаточно высокой концентрации энергии, которая тем самым выступает как
еще более фундаментальная и общая концепция, чем масса, поскольку энергия присуща не только
веществу, но и безмассовым полям.
Развитие физики в XIX в. показало, что источником другой разновидности сил, действующих в
макромире, – электрических и магнитных – является электрический заряд, что хорошо
подтверждается законом Кулона, формулой для силы Лоренца и уравнениями электромагнитной
теории Максвелла. Хотя реальное существование электрического заряда доказано и теоретически,
и экспериментально, многие вопросы, связанные с его происхождением, знаком, квантованностью
и т. п., предстоит еще выяснить.
Возвращаясь к концепции массы, отметим, что в отличие от электрического заряда масса не
квантируется. Однако, возможно, данное утверждение соответствует только современному
представлению о микромире.
Масса выступает не только как мера гравитационного взаимодействия, но и как мера
инертности тел, т. е. способности тел сопротивляться воздействию сил, стремящихся изменить
состояние их движения, изменить их скорость. В этой связи часто говорят о массе тяжелой как
мере гравитационного взаимодействия и о массе инертной как мере инертности.
Согласно закону Ньютона о противодействующих силах такое утверждение означает, что сила
тяготения должна быть прямо пропорциональной не только массе притягиваемого тела m1 , но и
массе притягивающего тела m2 , т. е. произведению масс обоих взаимодействующих тел. Если
взаимодействующие тела принять за материальные точки, расположенные на расстоянии r друг
от друга, то для силы гравитационного взаимодействия F можно написать:
где G – гравитационная постоянная.
Данной формулой определяется закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном.
Относительно точные измерения показывают, что массы тяжелая и инертная равны между
собой. Этот факт, никак не объяснимый классической механикой, фигурирует в общей теории
относительности, в которой понятие силы оказывается лишним – в поле тяготения тела движутся
как бы «сами по себе» по кратчайшим путям – геодезическим линиям – в искривленном
пространстве-времени. При этом поле тяготения и есть по существу искривленное физическое
пространство, создаваемое массами вещества. В математическом смысле искривленность – это то,
чем данное пространство отличается от хорошо нами представляемого Евклидова пространства.
Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и
времени, которые за длительный период развития естествознания претерпели существенные
изменения.
В физике движение рассматривается в общем виде как изменение состояния физической
системы, и для описания состояния вводится набор измеряемых параметров, к которым со времен
Декарта относятся пространственно-временные координаты, или точки пространственно-
временного континуума, означающего непрерывное множество. В физике используются и другие
параметры состояния систем: импульс, энергия, температура, спин и т. п.
Так что же такое время? Самый простой ответ таков: время – это то, что показывают часы.
Принцип работы часов может быть основан на многих физических явлениях и процессах.
Наиболее удобны периодические процессы, длительно повторяющиеся с высокой степенью
точности, например вращение Земли вокруг своей оси, электромагнитное излучение
возбужденных атомов и т. п. Для измерения времени могут быть использованы и непериодические
процессы, происходящие по известному временному закону, например, радиоактивный распад
атомов или свободное падение тел в поле тяготения. Многие крупные достижения в
естествознании связаны с изображением и конструированием более точных часов.
В более строгом определении время выражает порядок смены физических состояний и
является объективной характеристикой любого физического процесса или явления: оно
универсально. Говорить о времени безотносительно к изменениям в каких-либо реальных телах
или системах – с физической точки зрения бессмысленно.
Ньютон различал абсолютное и относительное время. В своих фундаментальных
«Математических началах натуральной философии» он писал: