Наука і міф (комарів в

МАТЕРИЯ І ЕНЕРГІЯ

Ще одним навколонаукових міфом, що виникли в результаті розвитку фізики і несподівано поширився в середині XX століття, був міф про перетворення матерії в енергію.

До числа фундаментальних досягнень теорії відносності Ейнштейна належить відкриття так званого принципу еквівалентності маси і енергії, що став основою сучасної атомної фізики. Відповідно до принципу еквівалентності загальна кількість енергії, що міститься в деякій кількості речовини, дорівнює добутку маси цієї речовини на квадрат швидкості світла.

З формули Ейнштейна, зокрема, випливає, що повна енергія, укладена всього лише в одному кілограмі палива, могла б замінити безперервну роботу сучасної великої гідроелектростанції протягом цілого року.

Але якщо повна енергія будь-якого матеріального об'єкта пропорційна його масі, то з цього випливає, що витрата енергії повинен бути пов'язаний зі зменшенням маси цього об'єкта. Підрахунки показують, наприклад, що при охолодженні однієї тонни води від 100 градусів Цельсія до 0 градусів Цельсія її маса зменшується на 0,0000047 міліграма.

Аналогічне явище спостерігається і при хімічних реакціях, що протікають з виділенням тепла. Так, при реакції з'єднання 2 грамів водню і 16 грамів кисню, в результаті якої утворюється вода, виділяється 68 тисяч калорій. В результаті маса води виявляється на три мільярдних частки грама менше суми речовин, що вступили в цю реакцію.

Подібний же «дефект маси» виникає і при ядерних реакціях, наприклад при утворенні двох ядер атомів гелію в результаті об'єднання протона - ядра атома водню і ядра атома літію. Маса протона в так званих масових одиницях становить 1,00812, маса ядра літію - 7,01822, а ядра гелію - 4,00390. уклавши два перших числа, ми отримаємо 8,02634 масових одиниць. А загальна маса двох ядер атомів гелію становить 8,00780. Таким чином, у наявності дефект маси, рівний 0,01854 масової одиниці, відповідний виділенню певної кількості енергії.

Саме ця обставина і відкриває можливість використання енергії ядерного синтезу, т. Е. Енергії, яка виділяється при злитті ядер атомів легких хімічних елементів в ядра більш важких. Така, зокрема, природа енергії, що виділяється при термоядерних реакціях.

Щось схоже відбувається і при реакції поділу ядер атомів важких хімічних елементів, наприклад урану. У цьому випадку загальна маса «осколків» виявляється менше, ніж маса розділилося ядра. І на цей раз частина маси «зникає», а натомість, відповідно до формули Ейнштейна, виділяється певна кількість енергії.

Такі факти, факти, всебічно перевірені досвідом, підтверджені практикою, факти, відкриття і осмислення яких викликало до життя атомну енергетику і привело людство на поріг оволодіння керованими термоядерними реакціями. Але ті ж самі факти породили і уявлення про те, що в процесі ядерних реакцій деяка частина маси нібито перетворюється в енергію.

Взагалі кажучи, для людини, не надто глибоко знайомого з фізикою, подібний висновок може виявитися цілком правдоподібним, більш того, само собою зрозумілим. Справді, в лівій частині формули Ейнштейна варто вираз, що означає величину енергії. А в правій, як ми вже знаємо, - добуток маси на квадрат швидкості світла. Оскільки швидкість світла в порожнечі - величина постійна, то кількість енергії, що міститься в речовині, визначається виключно величиною маси. І чим більше «дефект маси» в ядерних реакціях, тим більше виділяється енергії. «Зникає» маса, з'являється енергія.А так як ніяких інших змінних величин, крім маси і енергії, у формулі Ейнштейна немає і між її лівою і правою частинами стоїть знак рівності, то і напрошується висновок - маса перетворюється в енергію.

Перш ніж розібратися в тому, в якій мірі обгрунтовано подібний висновок, спробуємо з'ясувати, куди воно веде. З точки зору класичної фізики маса - це кількість матерії, яка є в даному тілі. І хоча, як ми це скоро побачимо, з точки зору теорії відносності це не так, в повсякденній свідомості, яке формується перш за все в результаті осмислення явищ, що підкоряються саме законам класичної фізики, маса асоціюється з матерією. Отже, якщо маса перетворюється в енергію, то це означає не що інше, як перетворення в енергію самої матерії. А так як енергія не володіє ні масою, ні енергією, ні будь-яким іншим властивістю, характерним для матерії, то виходить, що матерія просто зникає. А раз так то виходить, що закон збереження матерії зовсім не є загальним законом природи - він може порушуватися. Але якщо можливо зникнення матерії, то можливо і її виникнення з нічого. Творіння.

Чи не правда, все це вельми нагадують ту ситуацію з «зникненням» матерії, яка була породжена революцією у фізиці на рубежі XIX і XX століть і яку вичерпно проаналізував В. І. Ленін.

Однак і це нове «зникнення матерії», точно так само як і попереднє, виявилося типовим навколонаукових міфом, абсолютно не відповідає дійсності. Висновок про перетворення маси в енергію вийшов в результаті довільного маніпулювання фізичними термінами. Що таке енергія? Це властивість матерії. З іншого боку, маса також є одним з властивостей матерії. Але одна властивість будь-якого об'єкта або предмета не може переходити в інше властивість. Скажімо, до числа властивостей такого предмета нашого одягу, як светр, відносяться його колір і вид пряжі, з якою він пов'язаний. Але колір не може перетворитися в вид пряжі. Точно так само і маса будь-якого об'єкта не може переходити в енергію.

Чому ж в такому випадку утворюється «дефект маси» при ядерних реакціях і яка його зв'язок з виділяється при таких реакціях енергією?

Нагадаємо про ще один фундаментальному виведення спеціальної теорії відносності, згідно з яким маса будь-якого тіла залежить від характеру його руху. Зі збільшенням швидкості маса того чи іншого об'єкта Озрастает. Чим вище швидкість рухомого тіла, тим більше його маса. І якщо при звичайних швидкостях ця «надбавка» маси вельми незначна, то при швидкостях, близьких до швидкості світла, - релятивістських швидкостях, вона стає досить відчутною. В принципі, маса, скажімо, протона - ядра атома водню при таких швидкостях може перевершити масу Землі, Сонця, нашої зоряної системи Галактики.

Таким чином, необхідно розрізняти «масу спокою» і «масу руху», або, як її називають фізики, «релятивістську масу». Існують об'єкти, у яких маса спокою зовсім відсутня, - фотони, а можливо, і нейтрино. Такі частинки завжди мчать зі швидкістю, яка дорівнює швидкості світла.

А тепер повернемося до реакції синтезу ядер атомів літію і водню, про яку йшла мова вище і в результаті якої утворюються ядра атомів гелію - альфа-частинок. Як вже говорилося, загальна маса продуктів цієї реакції кілька менше, ніж загальна маса вступають в неї частинок. Але вся справа в тому, що при такому підрахунку береться до уваги «маса спокою» ядер атомів гелію. Тим часом утворилися альфа-частки не спочивають, а розлітаються зі швидкістю 20 400 кілометрів на секунду. Отже, їх дійсна, «релятивістська маса» дещо більше «маси спокою». Підрахунок показує, що відповідне такої швидкості збільшення маси кожного ядра атома гелію становить 0,00927 масової одиниці. А для інших альфа-частинок - 0,01854, тобто повністю покриває дефіцит, що виникає в ході розглянутої нами реакції.

Отже, з точки зору теорії відносності закону збереження «маси спокою» не існує. У природі діє більш загальний закон збереження «релятивістської маси», який виконується при будь-яких ядерних взаємодіях. При цьому енергія не може існувати сама по собі: енергія завжди Повинна мати будь-якого «матеріального носія».

Виділяється при ядерних реакціях енергія являє собою або кінетичну енергію утворюються в процесі цих реакцій речових частинок, або енергію різних випромінювань, в які переходить деяка частина речовини. Ці випромінювання є однією з форм існування матерії, «порції» якої - кванти або фотони - володіють «релятивістської масою». Таким чином, внутрішня енергія вступають в реакцію частинок переходить в енергію руху виникають матеріальних утворень.

Зокрема, енергія, що виділяється при Делрей ядер атомів урану і деяких інших важких елементів, являє собою енергію осколків, що розлітаються і інших утворюються при цьому частинок. Саме ця енергія і перетворюється в теплову енергію в атомних реакторах, а потім пускає в хід силові установки.

Як же розуміти в такому випадку формулу Ейнштейна як пояснити той факт, що в ній фактично поставлю знак рівності між енергією і масою? Справа в тому що в фізиці все математичні формули виражають тільки кількісні відносини між реальними фізичними величинами, і нічого більше.

Саме з цієї точки зору і слід сприймати рівність у формулі Ейнштейна. Воно говорить тільки про те, що в даному матеріальному процесі відбувається перехід матерії з одного стану в інший. Або, точніше, один стан матеріальної системи, що характеризується певними масою і енергією, переходить в інший стан з іншими масою і енергією. Це означає що знак рівності у формулі Ейнштейна слід розуміти лише як знак кількісного, а аж ніяк не якісного тотожності. З цієї причини в сучасній фізиці формулу Ейнштейна найчастіше називають «співвідношенням еквівалентності маси і енергії».

Отже, незважаючи на формулу Ейнштейна і виникнення «дефекту маси» в ядерних реакціях, ніякого зникнення маси, а тим більше матерії або перетворення їх в енергію в дійсності не відбувається.

Таким чином, уявлення про перетворення маси в енергію виявилося не чим іншим, як типовим навколонаукових міфом, заснованим на поверхневому розуміти ванні і тлумаченні залежностей і явищ, виявлених сучасною фізикою.

До речі, релігійні теоретики не проти були вхопитися за невірну інтерпретацію формули Ейнштейна ставила під сумнів непорушність закону зберігши ня матерії. Вони побачили в цьому можливість підведення своєрідного «наукового фундаменту» під ідею творіння матерії - характерний приклад того, як неправильне ненаукове, одностороннє тлумачення тих чи інших фактів і явищ не тільки породжує уявлення, близькі до релігійних, а й відкриває можливість захисту релігії «під прапором науки ».

Історія міфу про перетворення маси в енергію повчальна і в ще одному відношенні. Як правило, навколонаукові міфи досить швидко припиняють своє існування, як тільки отримують досить переконливе, дійсно наукове пояснення ті обставини, на грунті яких вони виникли. В цьому відношенні навколонаукові міфи набагато більш уразливі, ніж міф релігійний. Релігійна система поглядів на світ - це замкнута логічна система, яку ніякими логічними аргументами або науковими даними спростувати, в принципі, неможливо. Її хибність доводиться тільки всією сукупністю наукових уявлень, всієї багатовікової практикою людей, всім колосальним історичним досвідом людства.