Chapter 3.6

По ту сторону звёзд 3.6. Две массы — одна масса

Научно-популярная книга о моей теории

Мы привыкли, что масса тела – это та масса, которую можно взвесить. Поставить предмет на весы, и они покажут какую-то цифру. Вот и всё. О какой массе ещё может идти речь?

На самом деле, существуют два вида масс. Та, которая определяется по весам, называется гравитационной массой. Она проявляет себя только в гравитационном поле. Если тяготения нет, тело находится в состоянии невесомости. В формуле Ньютона, определяющей силу взаимного притяжения двух тел, стоят как раз их гравитационные массы, то есть связанные с гравитацией.
Но есть ещё и другая масса. Инертная, показывающая иное свойство тела – оказывать сопротивление силе, действующей на это тело. Такая масса стоит в формуле второго закона Ньютона, согласно которому сила, действующая на тело, равна инертной массе этого тела умноженной на ускорение всё того же тела. Например, на космическом корабле у тела нет веса, но зато есть инерция.
Итак, существует два вида масс. Но почему мы обычно говорим об одной, которая просто называется массой? Всё дело в том, что экспериментально было установлено, что эти две массы равны. И для простоты обе называют массой тела.
Главная идея, на которой зиждется общая теория относительности, – принцип эквивалентности, согласно которому (об этом мы уже говорили) локально (то есть в маленьком объёме) гравитационное поле не отличается от неинерциальной системы отсчёта. То есть, ставится знак равенства между реально существующим гравитационным полем и неинерциальной системой отсчёта.
Но принцип эквивалентности можно принимать во внимание, только если инертная и гравитационная массы равны. Этот принцип вообще трактуется при условии «неотличимости» гравитационного поля, при описании которого используется гравитационная масса, и неинерциальной системы отсчёта, где оперируют инертной массой. И если вдруг инертная и гравитационная масса не были бы равны, то и принцип эквивалентности с самого начала не имело бы смысла рассматривать.
Общая теория относительности использует этот экспериментальный факт, но не объясняет его. Да и вообще ни одна из существующих теорий не объясняет, почему же так получилось, что две массы тела, имеющие разный физический смысл, вдруг равны друг другу.
Рассмотрим этот вопрос с позиции квантовой теории гравитации.
Любое тело обладает инертной массой. Следовательно, согласно формуле Эйнштейна, тело обладает полной энергией, равной:

F1

С другой стороны, это же тело имеет гравитационную массу mgr. А так как данное тело взаимодействует со всеми объектами Вселенной, то, значит, оно обладает потенциальной энергией, равной:

F2

В этой формуле Ф – гравитационный потенциал, создаваемый Вселенной в той точке пространства, где находится тело. А так как гравитационный потенциал всегда отрицательный, то и потенциальная энергия тоже отрицательная.
Мы уже знаем, что на границе Вселенной скорость света равна нулю. Значит, согласно формуле Эйнштейна, на границе Вселенной равна нулю и энергия тела. Получается, тело имеет энергию только в гравитационном поле Вселенной – потому, что оно обладает отрицательной потенциальной энергией:
F3

Итак, с одной стороны, энергия тела равна Е = minc2. С другой, она равна потенциальной энергии, взятой со знаком минус:

F4

или:

F5

Согласно нашей Первой формуле, квадрат скорости света равен гравитационному потенциалу, взятому со знаком минус. Сократим обе части уравнения на эту величину и получим, что инертная масса равна гравитационной. Вот вам и теоретическое подтверждение такого равенства, до сих пор же это был лишь экспериментальный факт, который никак не объяснялся. Теперь мы видим, что объяснение этому факту есть.

Читайте главу 3.7

Добавить комментарий