Главная Новости Мы так и не определились с понятием «масса» и ее связью с энергией

Что такое масса? И как она связана с гравитацией?

Что такое масса? Если кратко, мы точно не знаем. В настоящее время физики рассматривают несколько теорий, которые поясняют гравитационное взаимодействие, но это всего лишь гипотезы, удобные для математических расчетов, пишет Альтернативная наука.

Основной вопрос, который мучает ученых, - а существуют ли гравитоны? Можно ли утверждать, что масса производит элементарные частицы для воздействия на пространство и время? Если это так, то являются ли пространство и время элементами массы? Или, скорее, масса – часть пространства и времени?

Как утверждает Виктор Тот, Университет Оттавы, масса характеризует способность тела сопротивляться силе. Именно она определяет, насколько быстро тело ускоряется под действием силы: чем массивнее тело, тем больше силы требуется для достижения заданного ускорения. Согласно нютоновской физике - F=ma.

Однако с 1905 года мы знаем, что масса объекта является его внутренним энергосодержанием (E=mc2). Такая энергия обычно представлена либо в форме кинетической энергии движения, либо потенциальной энергией (способность совершать движение).

В данном случае кинетическая энергия относится к внутренней энергии тела; например, тепловое движение составляющих его молекул, измеренное в выбранной системе отсчета, когда в целом тело находится в состоянии покоя.

Поверхность Марса. Снимок космического аппарата Инженьюти. Август 2022

Это означает, что масса не "производит гравитоны". Скорее, все физические системы взаимодействуют с гравитационным полем, и именно их энергия-момент определяет такое взаимодействие. Для обычных объектов, движущихся с нерелятивистскими скоростями, в этом взаимодействии доминирует их энергосодержание, то нсть масса покоя.

Гравитационное поле может быть или не быть квантовым полем. Возможно, это так, но у нас еще нет рабочей теории квантовой гравитации. Поэтому мы можем лишь фантазировать на тему: если гравитационное поле тождественно квантовому полю, тогда и только тогда слабое поле описывается "пертурбативно", в терминах малых отклонений от основного состояния поля.

В квантовой теории подобные малые отклонения определяются дискретными "шагами" или квантами; а кванты гравитационного поля называются "гравитонами".

То, что производит или поглощает гравитоны, является взаимодействием между гравитационным полем и любым другим полем (включая само гравитационное поле), с которым оно взаимодействует.

 

Что касается связи между гравитацией и пространством-временем, то гравитация - не единственный феномен, который может быть выражен с помощью математического языка геометрии.

Но гравитация уникальна: она универсальна, что означает, что геометрия универсальна, она применима ко всему "материальному". Однако если мы используем геометрию для описания электромагнитного поля, она зависит от отношения заряда к массе частицы, используемой для измерения поля. Причем "масса частицы" понимается как проявление энергии, то есть она является "зарядом" в выбранной нами малой системе отчета.

Поскольку геометрия универсальна, возникает соблазн думать о ней как о геометрии пространства-времени. Но следует помнить, что Эйнштейн предостерегал от "чистой" геометрической интерпретации, и что слишком буквальное ее восприятие может помешать либо созданию успешной квантовой теории гравитации, либо появлению других модифицированных теорий гравитации.