По ту сторону звёзд. Глава 3. 8

Больше информации на эту тему на сайте http://top-formula.net

ГЛАВА 3.
КВАНТОВАЯ ГРАВИТАЦИЯ

3.8 В два раза больше

Мы знаем, что такое потенциальная энергия. Это способность тела совершить работу. А имеет ли такую способность предмет, висящий над землёй? Конечно, имеет. Он ведь притягивается к земле. Если его отпустить, он полетит вниз, то есть совершит работу. Чем выше предмет висит над землёй, тем большей потенциальной энергией он обладает.
 
Освободим предмет. Пусть он полетит вниз. Что же произойдёт с ним? Изменит ли он свою энергию? Очевидно, что да. Ведь при падении уменьшается расстояние от предмета до земли. И чем меньше это расстояние, тем меньше потенциальная энергия. Значит, при падении предмета его потенциальная энергия уменьшается. Во что она будет превращаться? Ведь согласно закону сохранения, энергия не может просто так исчезнуть или появиться ниоткуда. Она может только переходить из одной формы в другую.
Потенциальная энергия тела действительно никуда не исчезает, она превращается в другую энергию – кинетическую. Когда предмет висел над землёй, он был неподвижен. Значит, никакой кинетической энергией не обладал. Но вот мы отпустили предмет, и он полетел. Предмет стал двигаться – появилась кинетическая энергия. Чем ближе к земле, тем быстрее он летит. Тем больше кинетическая энергия и меньше – потенциальная.
Со школы мы знаем, что при падении потенциальная энергия тела полностью превращается в кинетическую. Но так ли это? Может, она переходит также в другие формы? Да.
Потенциальная энергия тела при падении переходит не только в кинетическую, но ещё и во внутреннюю. Но почему-то об этом физики часто забывают.
Внутренняя энергия колоссальная. Ведь согласно формуле Эйнштейна это “энергия массы”, она равна массе тела, умноженной на квадрат скорости света. А так как скорость света очень большая величина, то её квадрат ещё большая величина. Например, тело массой всего в один килограмм имеет внутреннюю энергию десять в 17-й степени джоулей! А при падении этого тела с высоты, скажем, сто метров совершается работа всего в 1000 джоулей. Поэтому странно, как можно забыть про внутреннюю энергию и про то, что она может изменяться.
То, что внутренняя энергия должна изменяться, очевидно. Согласно общей теории относительности, время на разных высотах над землёй течёт по-разному. Кроме того, размеры атомов изменяются с высотой. Это означает, что изменяется энергия притяжения электронов к ядру, а также энергия вращения электронов вокруг этого ядра. То есть, изменяется энергия атомов. А так как все тела состоят из атомов, выходит, с высотой должна изменяться внутренняя энергия любого предмета.
Согласно квантовой теории гравитации при падении тела его внутренняя энергия также изменяется. Например, согласно Третьей формуле, масса тела уменьшается, а скорость света (согласно Первой формуле) увеличивается. (На всякий случай напомним, что вблизи Земли гравитационный потенциал ниже, чем вдали, но абсолютное значение гравитационного потенциала Вселенной вблизи Земли выше, так как гравитационный потенциал Вселенной отрицательный). Но так как в формуле Эйнштейна для внутренней энергии (внутренняя энергия – это и есть энергия покоя) скорость света стоит в квадрате, а масса без всякого квадрата, то, получается, что внутренняя энергия тела при падении увеличивается.
 Таким образом, мы пришли к удивительному, но в то же время вполне логичному выводу. При падении тела его потенциальная энергия переходит не только в кинетическую, но и во внутреннюю энергию. Причём, превращение потенциальной энергии происходит так: половина переходит в кинетическую энергию, другая половина – во внутреннюю. Выходит, значение потенциальной энергии всегда занижали ровно в два раза. Потенциальная энергия ровно в два раза больше, чем предполагалось раньше.
А как быть, например, с фотоном – частицей, у которой нет массы покоя, а, значит, нет и внутренней энергии? Во что превращается его потенциальная энергия?
При движении фотона вся его потенциальная энергия переходит в кинетическую. Именно это и приводит к тому, что в гравитационном поле фотон отклоняется на угол, в два раза больший угла, рассчитанного по уравнениям классической механики.
Но почему занижение потенциальной энергии в два раза не мешало расчётам? Всё дело в том, что внутренняя энергия – это “скрытая” энергия, её нельзя наблюдать непосредственно. А вот кинетическая энергия – очень даже наблюдаемая. И при падении тела всегда ровно половина его потенциальной энергии переходила в кинетическую. Исходя из этого, делали неверный вывод об изменении потенциальной энергии – эту величину занижали ровно в два раза. Трудности возникали лишь в случае с фотоном. Так как фотон не имеет массы покоя (и значит, не имеет внутренней энергии), то вся его потенциальная энергия переходит в кинетическую, которая в два раза выше, чем у тел или частиц, имеющих массу покоя.
Именно тот факт, что потенциальная энергия в два раза выше, чем предполагалось раньше, и объясняет в два раза большее отклонение луча света вблизи Солнца. То есть, этот факт объясняет один их тех релятивистских гравитационных эффектов, который не смогли объяснить с помощью механики Ньютона.