Почему вовсе не "бесконечная масса" мешает разгоняться до скорости света?⁠⁠

Наверняка большинство из любителей популярной науки написали, что скорость света недостижима для объектов, обладающих массой, по причине увеличения этой массы до бесконечности при разгоне. Это самое распространенное и простое описание, которое ещё и запомнить легко.

Во главу угла ставится известная закономерность E=mc2, которая связывает массу и энергию. По этой логике очень складно получается, что увеличение скорости к световой потребует бесконечной энергии, так как и масса становится бесконечной.

Обычно такие размышления принято называть релятивистскими. Есть целая группа величин, которые меняются при увеличении скорости. Их описывал Лоренц и это явление вошло в историю, как преобразования Лоренца. Серди них, кстати говоря, есть и преобразование для расчёта массы и её изменения.

Что же, стоит тут отметить мнение самого Лоренца. Он описывал эти действия как математические, а относительно массы этак вообще говорил, что она инвариантна. Цель преобразований - описать специфику поведения пространства и, если вы посмотрите ролик выше про длину, то поймёте, что ФИЗИЧЕСКИ никакая длина не меняется. Изменяются параметры пространства-времени.

С массой всё ещё интереснее. Невозможность достижения световых скоростей посредством бесконечной энергии для ускорения бесконечной массы и правда использовали как одну из теорий. Но эта теория быстро ушла из более или менее серьезных источников. Достаточно тут только лишь проанализировать современное представление о массе.

Сегодня считается, что масса объекта появляется в результате взаимодействия объекта с полем Хиггса. Теория довольно сложная и не будем сейчас её подробно разбирать. Основная идея в том, что масса - это результат взаимодействия с полем. При таком раскладе сложно понять, как связывается бесконечная масса с увеличением скорости.

Масса никогда не изменяется со скоростью. Она инвариантна. Теория относительности Эйнштейна не говорит о том, что вы становитесь массивнее по мере приближения к скорости света. Она говорит о том, что по мере того, как измеренная скорость приближается к скорости света, ваш импульс приближается к бесконечности.

Это происходит не потому, что ваша масса изменяется. Это связано с тем, что "измеренная" скорость не может описать вашу "общую скорость".

Любое измерение позволяет узнать только реальную часть того, что на самом деле является сложным процессом. Как правило, измерения измеряют только реальные для этого направления проекции.

Изменение скорости приводит к тому, что импульс растет экспоненциально, даже несмотря на то, что масса инвариантна. Дело не в том, что масса увеличивается. Просто больше импульс.

И, в общем-то, вопрос становится ещё более прозрачным, если вы попытаетесь разобраться с возможностью достижения световых скоростей безмассовыми частицами.

Самый распространенный ответ тут тоже прозвучит как: ну ведь у фотона нет массы, значит его масса не станет бесконечной. Но подставьте нулевую массу в формулу Эйнштейна и увидите, что свет якобы не обладает энергией при его нулевой массе. Однако, очевидно, что это не так.

Тут даже если опустить простое определение о квантовой природе света, которая наделяет его такими свойствами изначально, есть и простое объяснение.

Дело в том, что почему-то основную формулу E=mc2 все помнят, а вот её правильную запись с учетом относительности забывают. Из релятивистской взаимосвязи между массой, энергией и импульсом следует, что E2 = p2 * c2 + m2 * c4.

Подставим сюда нулевую массу и в итоге получим, что применительно к фотону должно получаться E = p * c. Собственно, главная часть тут - импульс.

Так что дело совсем не в бесконечной массе.

⚡ Обязательно подпишитесь на мой Telegram! Очен нужна ваша поддержка в виде подписки. Я делюсь авторскими заметками про то, как научиться изобретать понимать физику.