Может ли масса быть отрицательной? Может ли она быть мнимой? Есть ли в этом реальный физическиц смысл. И как это связано с законом всемирного тяготения. Вот что я думаю по этому поводу.
Чтобы сделать массу отрицательной, достаточно приписать ей (математически) знак "-". Можно ли встретить такую массу в нашем мире? 1-е предположение - это антивещество, оно аннигилирует с обычным веществом, превращаясь в излучение. Но, по всем современным физическим представлениям, и у антивещества масса положительна. Различаются лишь заряд: у протона он положительный, у антипротона отрицательный. Масса же при их встречи превращается в энергию по знаменитой эйнштейновской формуле:
| E = mc2. | (1) |
Но есть и 2-й кандидат на обладание отрицательной массой - это тёмная энергия, распирающая нашу вселенную, являющаяся причиной её ускоренного расширения. По-видимому, согласно элементарным правилу арифметики, гласящему что минус на минус даёт плюс, элементы тёмной энергии - какие бы они не были - притягиваются друг к другу и отталкиваются от обычной, положительной массы. А исследование тёмной энергии - это дело физиков и астрономов.
Перейдём теперь к мнимой массе.
По специальной теории относительности, при движении с околосветовыми скоростями V масса увеличивается по формуле
| mo | |||||
| m = | , где mo - масса покоя | (2) | |||
| Ö | 1 - (V/c)2 | ||||
Гравитационные волны были обнаружены в 2015 при слиянии 2-х чёрных дыр. При этом было определено, что тяготения распространяется со скоростью света. Гравитационные волны достигли Земли даже на н-ко часов раньше света, сигнализировавшего об этом необычайном событии. Дело в том, что свету пришлось пробиваться сквозь пыль и туман, сплошной пеленой окружавшей сливающиеся чёрные дыры. Для гравитации эта пелена препятствием не является.
ВЫВОД: тяготение во многом похожа на электромагнетизм
Электромагнетизм описывается 4-мя уравнениями Максвелла. Что-то подобное надо найти и для тяготения. Отметим, что уравнения Максвелла не вполне симметричны. Электрический заряд является источником электрических волн, последние - магнитных, последние в свою очередь порождают электрические. Так электромагнитная волна и бежит, поддерживая сама себя. При этом электрические и магнитные волны перпендикулярны: 1-е, например, колеблются по оси X, 2-е - по оси Y, а направление движения - ось Z (рис. 1). Следовательно, электромагнитные волны поперечны. Однако источника магнитных волн не существует - монополи, несущие гипотетический магнитный заряд, до сих пор не обнаружены.
Надо думать, таково же положение и в тяготении: масса порождает гравитацию, коллапс массы - гравитационные волны, аналог электрических волн. Но тогда в тяготении должны существовать ещё какие-то волны, аналогичные магнитным, порождаем волнами гравитации и в свою очередь поддерживающие их, а своего собственного источника не имеющие.
На протяжении веков электричество и магнетизм считались самостоятельными субстанциями. И лишь в 1820 некий наблюдательный студент (фамилия его до нас не дошла) поинтересовался у профессора Эрстеда, демонстрировавшего нагревание провода при прохождении по нему электрического тока, почему при этом отклоняется стрелка компаса. Так выяснилось, что электричество и магнетизм - это 2 стороны одной (электромагнитной) медали.
Что же касается тяготения, то мы знакомы лишь с одной её стороной - гравитацией. 2-я - неизвестна. Ни наши приборы, ни органы чувств её не воспринимают.
Чем может оказаться эта 2-я сторона? Рассмотрим выражение (2).
Пусть V > c. Тогда подкоренное выражение отрицательно, а знаменатель является мнимой величиной. Умножив и разделив всё выражение на мнимую единицу i (по определению i2 = -1), получим, что масса m является мнимой величиной. В физике такие гипотетические частицы называются
| mo | ||||||
| E = - i | × C2 | , причём V > c. | (3) | |||
| Ö | |1 - (V/c)2| | |||||
 |
| рис. 3 |
| * Для тех, кто забыл школьный курс физики, напоминаю, что мощность - это работа (энергия) в единицу времени )), а реактивная мощность описывается мнимыми величинами - положительной на индуктивности L и отрицательной на ёмкости C. |
Довольно странно выглядит числитель mo. Какая может быть масса покоя у частицы, существующей лишь на сверхсветовых скоростях? В то же время при mo = 0 мы получаем неопределённость 0/0. В математике это проблемы не составляет, эту неопределённость можно раскрыть по правилу Лопиталя. В результате мы получаем тахионную волну, распространяющуюся со скоростью света и, очевидно, перпендикулярную гравитационной волне. Квантом этой волны является бесмассовый тахион*. Вот мы и нашли аналог магнитных волн для тяготения.
| * При этом "мнимость" не исчезает и отличается от обычного, действительного нуля. Можно сказать, что мы имеем действительную бесконечно малую величину для гравитационных волн и мнимую - для тахионных. Правда, сказать то можно что угодно, но будет ли это соответствовать действительности )) |
А что же получается при mo ¹ 0?
Получается аналог обычных частиц, имеющих массу покоя. Причём картина не вполне симметрична (рис. 4): при V®0 масса m®mo, а при V®¥ мнимая масса -i×m®0.
Любая система стремится перейти на наиболее низкий энергетический уровень, т.е. избавиться от лишней энергии. Делают это и тахионы, скорость их стремится к бесконечностии, а энергия - к нулю. Но т.к. достичь бесконечности нельзя, то тахионы просто исчезают, т.е. они являются виртуальными частица, порождающими тахионную волну. На рис. 2 эти поля изображены векторами OA и ОВ соответственно.
Точно такие же рассуждения можно приложить и для материи с отрицательной массой -m, гравитационные волны к-рой изображены на рис. 2 же вектрами ОС и ОD.
Заменив в уравнениях Максвелла заряд q на массу m и т.д., получим уравнения для поля тяготения. Их можно обобщить и далее до уровня квантовой механики и стандартной модели. Но это уже - дело будущего, и не моего )).