Эволюция энергетики. Перспективы развития

Вначале, как мы уже указывали, было обращено мало внимания на то, что в выражении  для электромагнитной массы электрического заряда стоит энергия заряда. Но несколько позже молодой венский учёный Газенэрль нашёл новый случай, когда должна проявляться такая же кажущаяся масса. Он воображает себе некоторый цилиндр, внутри отполированный и -  теории это бывает — целиком отражающий все падающие на его внутренние стенки лучи. Представим себе, что мы на ничтожный промежуток времени открыли небольшое отверстие и впустили во внутрь цилиндра пучок света, а отверстие сейчас же быстро закрыли. Попавшая в ловушку лучистая энергия уже не может выйти наружу, так как стенки целиком отражают её, но она не может и поглотиться веществом цилиндра; она осуждена вечно ходить между стенками цилиндра во всевозможных направлениях. Опыт этот, конечно, относится к числу воображаемых.

Незадолго до рассуждений Газенэрля наш  соотечественник, учитель многих московских физиков Пётр Николаевич Лебедев, произвёл: во всём научном мире сильнейшее впечатление, впервые сумев доказать, что лучи света, падая на препятствие, преграждающее им путь производят на него давление. Изящные и по своему времени труднейшие опыты Лебедева в своих количественных выводах совпал» с предсказанием теории Максвелла; а именно, давление на единицу площади препятствия численно должно равняться плотности световой; энергии в пространстве, прилегающем к препятствию. Лебедев получил результаты, отличающиеся от теории не более чем на 20 %. Всякому знакомому с техникой эксперимента физику было ясно, что опыты Лебедева стояли вообще на грани возможности исполнения, а достигнутая им точность - верх достижимого в то время совершенства. Весь мир признал существование светового давления доказанным, а найденную величину - совпадающей с теоретическими предсказаниями Максвелла.

Газенэрль, наверное, также был под общим  впечатлением доказанности сил светового  давления и сделал их существование  основой для рассуждений о  своём воображаемом опыте. Итак, предположим вместе с автором, что мы толкнём цилиндр; он получит, как учит механика, некоторое ускорение. От этого у того конца цилиндра, который находится сзади, лучистая энергия сгустится; наоборот, у переднего конца она окажется относительно разреженной. Но густая энергия по Максвеллу - Лебедеву будет давить на прилежащую (заднюю) стенку сильнее, а более редкая (у передней стенки)  -слабее. Создаётся некоторая добавочная сила, действующая в сторону, противоположную нашему толчку. Ускорение цилиндра, уменьшится, как если бы его масса увеличилась. Эти качественные рассуждения Газенэрль сумел облечь в форму математически-строгих выводов - довольно-таки, нужно сознаться, сложных.. Они нас не будут интересовать, но результат представит для нашего предмета чрезвычайную важность: по Газенэрлю добавочная или кажущаяся масса, которую приобретёт цилиндр, имеет такое выражение:

m¢ = 4/3 × e/ c² ,

т. е. по виду тождественное с тем, которое  мы получили для случая электростатической энергии. После этого уже нельзя отмахиваться, как от частного, от факта, что энергия, сосредоточенная в каком-либо теле, увеличивает его массу; возникает дальнейший вопрос, в какой мере вся инертная масса тела, нами наблюдаемая при действии на него сил, сводится

к такой  энергетической массе. Об этом - несколько  позже, но заметим ещё, что электромагнитная теория, в особенности её видоизменение, данное Лоренцом в его электронной  теории, позволяет в весьма общей  форме указать, что в величину «кажущейся» массы сопривносит свой вклад не только собственно электромагнитная энергия, но и работа, затраченная электромагнитными силами, и, значит, перешедшая в другие виды энергии; не только электростатическая, но и магнитная, тепловая, световая, упругая, химическая, — короче, всякая энергия, сообщённая телу, повышает в соответственном размере массу тела.

Остановимся на трех частных примерах:

1) Выше  мы видели, что энергия электростатического  заряда (а, значит, в частности,  и элементарного заряда - электрона)  сосредоточена в пространстве вокруг заряда, постепенно убывая от поверхности заряженного тела к удалённым от него частям пространства. Значит, и масса заряда распределена во всём пространстве; масса электрона (т. е. и сам электрон) не сосредоточена в какой-либо малой области радиуса около 3· 10 ^{- 3} см, а размазана во всём пространстве. Мы видим, что понятие о «размазанности» электрона существовало гораздо раньше, чем его развила - конечно, в совершенно иных размерах - современная квантовая теория с её «принципом неопределённости».

2) Очень трудным  является вопрос об инертной  массе кинетической энергии. На  это обратил внимание и В.  И. Ленин. Можно спасти положение,  обратив внимание на то, что,  например, кинетическая энергия  движущегося заряда представляет  собой, собственно говоря, как мы видели выше, энергию магнитного поля, образующегося вокруг электрона. Ассоциировать представление об инерции с полем (напряжением по линиям сил и т. п.) уже значительно легче.

4) И,  наконец, последнее замечание.  Мы ничего не знаем о «свободном эфире» — о пустом пространстве, находящемся между взаимодействующими телами. Мы начинаем ощущать разнообразные действия этого «поля», когда вносим в него какое-либо тело: наэлектризованный шарик, зеркальную полость и т. п. В случае последней мы видим, собственно, не инерцию заключённой внутри её лучистой энергии, а изменение инерции полости. В случае заряженного шарика мы видели изменение его инерции, а не инерцию связанной с ним энергии. Не делаем ли мы логического скачка, отождествляя

результат нашего исследования инерции с энергией, появляющейся в наших формулах? В настоящий момент мы считаем такой способ действия наиболее естественным, а его результаты – дальнейшую субстанциализацию энергии -  наиболее правдоподобным решением вопроса об основной субстанции в природе. Но если когда-либо это учение заведёт нас в тупик, в который не раз попадало естественнонаучное мировоззрение в поисках особо широких обобщений, - в этом случае именно здесь можно будет искать выхода из создавшихся трудностей.

ДАЛЬНЕЙШЕЕ  РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ

Собственно, говорить о дальнейшем развитии не совсем правильно - тот круг идей, о  котором мы хотим говорить далее, создавался параллельно вышеизложенному. Дело идёт о передаче радиацией не только энергии (например солнечной  теплоты), но и сил, и возникает вопрос, стоящий в связи с конечной скоростью радиации. Положим, что некоторое количество лучистой энергии оставило Солнце и устремилось на Землю. Через 500 секунд (круглым числом) она достигнет поверхности Земли и произведёт на неё давление. С точки зрения механики сейчас же необходимо поставить два вопроса: остаётся ли при этом справедливым основной закон динамики - закон равенства действия и противодействия? То-есть, иными словами: давит ли радиация также и на Солнце - в тот момент, когда его оставляет? И второй вопрос: как этот закон остаётся справедливым, если первое действие отделено от второго на чувствительный промежуток времени — в описанном случае на целых 500 секунд (больше восьми минут)?

Эти вопросы  ставились свыше пятидесяти лет  тому назад – ещё в девяностые годы прошлого века.

С качественной стороны они решаются так: мы называем, с точки зрения 2-го закона Ньютона, силой, с которой одно тело действует  на другое, то количество движения, которое  первое тело отдаёт второму в единицу  времени.