Энергомасса

   Существует занятное суждение о том, что горячий утюг имеет чуть большую массу, чем холодный. Это так и не так. Вернее было бы сказать: имеет чуть большую энергомассу. При нагреве утюга увеличивается скорость колебаний атомов в кристаллической решетке металла, их энергия движения. Мне думается, было бы полезно – ввести в обиход физики понятие «энергомасса»; одно понятие, в котором сочетались бы два, казалось, несочетаемых в привычном смысле понятия. Ведь существует же в релятивистской физике понятие «пространство-время», сочетание совершенно различных представлений, представлений о пространстве (метры) и времени (секунды). Хотя есть одно понятие, которое делает их общим – «скорость», отношение метров к секундам. И вся релятивистская физика есть отношение скоростей объектов и волн. Но, может возникнуть резонный вопрос: зачем вводить новое понятие «энергомасса», когда и так в размерность энергии в джоулях (через работу) входит масса (кг)?!

   Длительные и мучительные поиски учёных в темах энергии и массы приводят, в конечном итоге, к пониманию того, что энергия и масса также неразрывны друг с другом! Это больше, чем просто эквивалентность массы и энергии, обнаруженная учёными ещё на излёте 19-го века, и выраженная известным уравнением, авторство которого постоянно приписывают А. Эйнштейну, хотя это совсем не так. До Эйнштейна это уравнение выводилось разными путями другими учёными неоднократно. Но суть была едина – энергия и масса весомой (атомарной) материи и энергия и масса «невесомой» материи (свет) неразрывно связаны с квадратом скорости света. По убеждению учёных 19-го века: по закону сохранения энергии, массы и импульса – сколько лучистой энергии со скоростью света покидает тело – столько же лучистой энергии со скоростью света должно возвращаться в тело. Вот откуда берётся квадрат скорости света. Если дело касается полной энергии и сохранения энергии и импульса, то скорости всегда квадратичны!    

   Однако хоть масса и энергия связаны неразрывно друг с другом, но они несводимы в конечном итоге   друг к другу. Нельзя целиком свести массу лишь к энергии, как нельзя целиком свести энергию лишь к массе! С другой стороны, напрашивается мысль о том, что энергия, как способность системы совершать работу, не может возникнуть, пока нет массы! Т. е. сама простая логика заставляет нас ставить на первое место всё же массу. Но это относится именно к самому началу творения Вселенной, о чём говорить пока преждевременно.       

   С энергомассой мы постоянно имеем дело, живя на поверхности Земли. В данном случае, энергомасса – это не только масса тела с его собственной энергией частиц и полей, но и вес тела: масса тела, умноженная на величину ускорения свободного падения. Наша величина ускорения свободного падения (g = 9, 8 м/сек^2) – это мера вакуумного гравитационного давления на все тела и массы на поверхности Земли. Но т. к. эта величина g для всех тел на Земле одинакова, то она выносится за скобки, и мы привычно пользуемся лишь массой в килограммах. Но сила вакуумного давления никуда не девается, она обусловливает всю нашу жизнь под именем «сила тяжести».   

   Материальная среда физического вакуума – это подлинное царство энергомассы! Все частицы, квазичастицы, все поля – есть проявления различных динамик энергомассы среды физ. вакуума. Сама среда физ. вакуума – структурна, квазикристаллична, органично сочетает в своей структуре непрерывность и дискретность. Такое сочетание и позволяет элементам среды, имеющим первичную массу, вести себя, как трёхмерная система связанных осцилляторов. Но без динамики, без взаимодействия элементов эта среда мертва. Чтобы напитать среду физ. вакуума энергией – элементы среды должны получить импульс движения и взаимодействия, силу, чтобы получилась подлинная энергомасса! 

   Масса и энергия – скалярные величины. Сила – векторная величина. Принято считать, что скалярные величины массы и энергии сами по себе не порождают векторную силу напрямую. Векторная сила должна придти со стороны ускорения массы! Думаю, тут пока не время говорить о том – откуда и как пришло ускорение масс. Это дело будущего. Согласимся лишь с тем, что элементы среда физического вакуума, имеющие массу, получили нужную начальную силу, ставшую энергией движения и взаимодействия элементов среды физ. вакуума, причём – колоссальной энергией в виде энергии давления среды физ. вакуума. Энергомасса среды физ. вакуума стала реальностью! А где есть энергия давления среды – там недалеко и до новой, производной векторной силы. Конечно, прямой намёк на силу гравитации! Энергомассы больших тел, всей совокупностью волновых полей своих частиц, изменяют вокруг себя энергию давления среды физ. вакуума, создают градиент энергии давления и плотности среды физ. вакуума. А где есть градиент энергии давления и плотности среды – там и векторная сила!          

   В 1989 году академик Л. Б. Окунь в журнале «Успехи физических наук» (том 158) опубликовал свою известную статью «Понятие массы». В частности, он пишет: «Природа массы – вопрос № 1 современной физики». Но основное содержание статьи заключено в критике неверной формы написания уравнения эквивалентности массы и энергии. Мол, символ энергии E покоящегося, не движущегося тела должен писаться с нулём (Е нулевое). А в подавляющем большинстве учебников и книг, посвящённых теории относительности, символ энергии Е пишется в уравнении эквивалентности без нуля, что в корне неверно. Важнейшим отличием теории относительности от нерелятивистской механики является то, что энергия массивного тела не обращается в нуль, даже когда такое тело покоится, скорость и импульс тела равны нулю. Пафос академика Окуня понять можно. Но он не учёл важного обстоятельства: покоящихся тел вообще в природе не существует! Все тела на поверхности Земли находятся в движении вместе с вращением Земли вокруг своей оси. Представим себе гипотетическую ситуацию, что Земля вдруг, моментально прекратила осевое вращение. Что случится со всем, что на поверхности Земли и под поверхностью?! Правильно, всё сорвётся со своих мест с ураганной силой, такой, какой ещё не знала Земля! Это будет бедствие страшной разрушительной силы! Не приведи Бог! Так что всякий покой относителен; покой – это движение с одной скоростью в одном направлении! Е нулевое, абсолютного покоя, у тел и частиц никогда не бывает! Энергомасса тел включает в себя не только постоянную колебательную динамику частицы протон («дыхание вакуума») с его кольцевой, вращательной динамикой (спин-орбитальный момент), но и общее, коллективное движение всех тел и частиц с осевым вращением планеты!

   Теперь позволю себе остановиться на теме массы фотона, точнее, энергомассы фотона. Как известно, фотон – это частица, точнее, квазичастица, которая всегда движется со скоростью света в вакууме. Понятие «покой» для неё не имеет смысла, т. к. не существует такой системы отсчёта, в которой  фотон мог бы быть неподвижен. Но есть ли у фотона масса?! Есть! Если есть у фотона энергия и импульс, то есть и масса! В 1905 году А. Эйнштейн сообщил научному сообществу о том, что у фотона нет массы покоя. Но отсутствие массы покоя у фотона отнюдь не говорит о том, что массы у фотона нет вообще! Масса фотона – это масса непокоя, потому что фотон есть распространяющееся со скоростью света вихревое дипольное возбуждение в структурной среде физ. вакуума, в среде, элементы которой наделены массой. Масса непокоя фотона – это масса элементов среды физ. вакуума, приведённых в вихревое распространяющееся со скоростью света возмущение. Само рождение фотонов, обусловленное вынужденными извне или реакциями распада или деления квантовыми изменениями энергии свободных или связанных частиц, есть акт возврата затраченной прежде энергии. Фотон не может появиться из ниоткуда, без причины. Рождение и исчезновение фотонов никак не нарушают закон сохранения массы-энергии во Вселенной.   

   Да, фотон, не имеет массы покоя. Но релятивистская масса фотона при  движении – ненулевая. Приведу для примера часто встречаемые в сети математические выкладки для энергомассы фотона красного света. Энергия фотона E = h*v = m*c^2. Отсюда m = h*v/c^2. Для красного света с частотой v = 430 ТГц = 4,3*10^14 Гц масса в движении, относительно нашей неподвижной системы отсчёта, будут составлять m = 6,63*10^-34*4,3*10^14/ /(3*10^8)^2 = 3.2*10^-36 кг. Вот эту релятивистскую массу фотона и можно назвать энергомассой фотона.

   К слову сказать, формула Е = mс^2 появилась в 1900 г., до создания теории относительности. Вывел её А. Пуанкаре, который исходил из того, что плоская световая волна, несущая энергию Е, имеет и импульс р, абсолютная величина которого, в соответствии с теоремой Пойнтинга, равна Е/с. Используя нерелятивистскую формулу Ньютона для импульса (p = mv), и учитывая, что для света v = c (p = mc), Пуанкаре пришел к выводу, что фотон должен обладать инерционной массой. Пуанкаре приравнял импульсы фотона по Ньютону и Пойнтингу: mc = E/c; отсюда: m = Е/с^2. Считается, что инерционной массы у фотона нет. Но если на фотоны можно влиять и отклонять их траекторию, то энергомасса у фотонов точно есть!

   Меня умиляет, когда я слышу словосочетание – чистая энергия! «Чистая энергия» здесь рассматривается не в экологическом аспекте, а в физическом. Чистая энергия в экологическом отношении – это энергия, получаемая из возобновляемых источников (Солнце, ветер, вода и прочее). Тогда как, условно говоря, «грязная» энергия – это энергия сжигаемых углеводородов (каменный уголь, нефть, газ). Да, конечно, понятия «чистая энергия» в физике нет. Но тут «чистая энергия» понимается как безмассовая энергия, исходя из известного факта, что фотоны света  не  имеют  массы  покоя. Произносящие словосочетание «чистая энергия» хотя бы для приличия поинтересовались размерностью энергии в джоулях! А размерность такая – кг•м^2/с^2. Какую из трёх размерностей тут нужно выкинуть, чтобы получилась именно «чистая энергия»?! Килограммы? Метры или секунды с их квадратами?! Выкинь любую – и не будет никакой энергии!

   Человеку, который отрицает энергомассу фотонов, можно было бы предложить кое-что вспомнить и задуматься. Когда в физике появилось понятие «энергия» (середина 19-го века), то чистую энергию отождествляли именно с солнечным светом. Цитата: «Энергия – это способность физической системы совершать работу. Это скалярная физическая величина, которая является мерой различных форм движения и взаимодействия материи, а также мерой перехода движения материи из одних форм в другие» (Википедия). Вся энергия, которой мы пользуемся ныне, происходит от энергии Солнца. Все углеводороды, которые сжигаем сегодня в двигателях, в котельных, на кухнях, рождены когда-то Солнцем, энергией солнечных лучей. Даже вода, которая вращает турбины ГЭС, сначала была поднята теплом Солнца с   поверхности морей и океанов, и выпала позднее дождями на землю. Миллиарды и миллионы лет теплом и светом Солнца на Земле совершалась грандиозная работа, производилось движение и взаимодействие материи, масс, превращения одних форм движения материи в другие! Разве могли всю эту гигантскую работу выполнить фотоны солнечного света, не имеющие никакой реальной энергомассы?! Нет, конечно! Всю эту работы совершили за миллиарды и миллионы лет мегатонны энергомасс солнечных фотонов, переместив на Земле и заставив взаимодействовать и превращаться мегатонны атомарного вещества! Но важно понимать тут главное: фотоны, на самом деле, не переносят массы материи из одного места в другое, с Солнца на Землю! Энергомассы фотонов переносят лишь энергию и импульс в виде волн в среде энергомассы среды физ. вакуума! Лучшей аналогией такого физического процесса может служить морская волна. Волна на воде – это вертикальное глубинное кольцевое вращение жидкости, переносящее энергию и импульс (энерго-импульс). Волна на водной глади, как катящееся колесо, передающее энерго-импульс от одной области жидкости другой. Но подлинную величину энерго-импульса волны мы видим лишь тогда, когда волна встречает жёсткое препятствие, как, например, скалистый утёс. С какой мощью и силой разбиваются волны о скалистые утёсы, какой грохочущий звук издают при этом! Так и энергомассы (энерго-импульсы) фотонов, которые тоже имеют кольцевую вращательную природу (но дипольную!), встречая препятствие, отдают ему свою энергию и импульс!    

   В строгом смысле, не переносит массу среды физ. вакуума из одного места в другое и движение привычной нам атомарной, вещественной материи, а переносится лишь энерго-импульс в форме массивного тела в среде энергомассы среды физ. вакуума! Это кажется парадоксальным и странным, но в действительности так и есть. Подобная мысль возвращает нас к давним идеям энергетизма. Как известно, истоки энергетизма лежат в научных открытиях середины 19-го века (закон сохранения и превращения энергии). Учёные увидели, что разные явления (механическое движение, теплота, свет, химия) можно описать через одни и те же математические рамки – изменения энергии. Это навело некоторых учёных на мысль, что, возможно, стоит вообще отказаться от понятия материи как самостоятельной субстанции и сделать центральным именно понятие энергии. Концепция энергетизма вызвала в науке бурные споры. Материалисты Л. Больцман и М. Планк справедливо отмечали, что нельзя мыслить энергию как самостоятельную сущность, оторванную от материального носителя. Энергия – это мера движения материи, характеристика интенсивности взаимодействий, а не нечто, существующие само по себе! Энергетизм тогда потерпел поражение, но не был уничтожен совсем. Некоторые идеи энергетизма воплотились позднее в   теории релятивизма Пуанкаре-Лоренца-Эйнштейна. А ещё позднее – в квантовой механике де Бройля-Шрёдингера-Дирака.    

   Повторяю, энергомассу, причём – колоссальную, имеет сама среда физ. вакуума, в которой фотон распространяется как волна, как вихревое вращательное переменное магнитное возбуждение среды, как энергомасса. Энергомасса фотона – это энергомасса среды физ. вакуума. Чем короче длина волны фотона, больше частота – тем больше его энергомасса. Когерентные фотоны лазерного источника могут резать металл! Сфокусированные стеклянной лупой лучи Солнца способны зажечь дерево. Не имея энергомассы – фотоны не могли бы совершать подобное! Гравитационные взаимодействия тел – это тоже взаимодействие энергомасс, и не только самих тел, но и окружающей их среды с огромной энергомассой! Да, так устроен наш физический мир, что массу нельзя оторвать от энергии, и рассматривать их раздельно! Это – единое целое! Нельзя массу свести к энергии, но нельзя и энергию свести к массе! Энергия – это динамика, взаимодействие масс! В основах физического мира нет никакой кинематики, беспричинного, пассивного движения! И тот, кто в своё время сделал ставку на кинематику, – погрешил  против истины!

   В заключение мне бы хотелось коснуться темы природы так называемой тёмной материи, темы, которая периодически и настойчиво появляется в сети, как, например, материал с таким названием: «Что если тёмная материя – это не вещество, а нечто другое…». Понятие «вещество» у нас всегда  отождествляется с атомарной материей, с атомами и молекулами. Так что тёмная материя никак не может быть веществом в привычном понимании! Пресловутая путаница в понятиях! Материя – это общее понятие всех видов и форм физических субстанций, куда входит и атомарная материя (вещество), и материя в виде различных невещественных полей (эл. маг. поле, грав. поле), и невещественная материя среды физ. вакуума – основа всех форм и видов материи. Хоть материальная среда физ. вакуума и невещественная материя, но она – структурна, квазикристаллична, состоит из элементов, имеющих массу и способных колебаться при взаимодействиях друг с другом, как в системе связанных осцилляторов. Среда физ. вакуума наделена от Природы колоссальной энергией давления и огромной плотностью. Без этой энергии давления и этой плотности наш физический мир просто не мог бы существовать как единое целое, как замкнутая система, где работают законы сохранения! Частица протон, из которой сложено атомарное вещество, не  инородна среде физ. вакуума, а есть колебательная динамика элементов этой среды в локальной области планковского масштаба («дыхание вакуума»). Сверхмассивные тела изменяют вокруг себя энергию давления и плотность среды физ. вакуума, создавая градиенты энергии давления и плотностей. Тогда как вдали от сверхмассивных тел и галактик величины энергии давления среды физ. вакуума и плотности достигают максимальных значений. В войдах («пустотах») Вселенной они имеют наибольшую величину. Вот эта огромная энергия давления, плотность и масса среды физ. вакуума и есть тёмная материя и тёмная энергия! Что я и предлагаю назвать энергомассой.