1.5. Полевая масса — чудеса продолжаются

Составив первое представление о понятии полевой массы и природе ее возникновения, мы можем с большей уверенностью в адекватности наших рассуждений вернуться к формуле массы и рассмотреть другие свойства этого выражения. Перепишем формулу для полевой массы еще раз и обсудим ее особенности:

Во-первых, следует отметить не столько свойство самой массы, сколько важный аспект физических взаимодействий, как таковых. В современной физике считается, что основным и единственным результатом взаимодействий является действие сил на взаимодействующие объекты. Однако как нам стало понятно, действие силы — это только один из результатов взаимодействия. Другим немаловажным аспектом взаимодействия является изменение масс взаимодействующих объектов! Мы назовем этот аспект эффектом двойного действия.

Эффект двойного действия состоит в том, что физические взаимодействия с одной стороны приводят к действию сил, а с другой стороны к изменению инертности взаимодействующих объектов. Полным результатом взаимодействия является совокупность влияния этих двух факторов.

Например, в процессе взаимодействия исследуемой частицы и источника поля возникает сила притяжения, которая разгоняет частицу в определенном направлении. Но при этом в процессе взаимодействия появляется еще и полевая добавка к массе, что приводит к увеличению полной массы частицы. В результате частица будет разгоняться медленнее, чем этого требует классическая физика. На рубеже XIX и XX веков этот пример явился одной из причин появления теории относительности и введения формальной зависимости массы от скорости. В четвертой главе мы подробно разберемся в этом вопросе.

Во-вторых, следует особо выделить новый взгляд на массу, как на динамическую характеристику объекта. Полевая масса каждой частицы зависит от величины потенциала взаимодействия этой частицы с другими объектами и может изменяться на порядки в процессе движения частиц! Это обстоятельство коренным образом отличается от классических и современных представлений, согласно которым масса — внутренняя «врожденная» характеристика объекта. Полевая масса, напротив, является внешней характеристикой объекта, обусловленной его внешними связями. Например, для изолированной частицы, которая не взаимодействует ни с одним объектом, полевая масса равна нулю!

Понятие полевой массы позволяет нам сформулировать динамический принцип инерции, согласно которому полевая инертность объекта не является его внутренней «врожденной» характеристикой, а обусловлена характером внешних взаимодействий этого объекта с другими объектами.

В-третьих, представления о полевой массе налагают более строгие требования на нормировку потенциала. В современной физике скалярный потенциал определен только с точностью до постоянного слагаемого — все потенциалы, отличающиеся на константу эквивалентны между собой. Понятие полевой массы, напротив, требует обращение потенциала в нуль на бесконечности. Это связано с тем, что на бесконечном удалении все связи между объектами пропадают, и полевая масса должна отсутствовать.

Условие нормировки потенциала

У полевой инерции есть еще одна интересная особенность. Как уже отмечалось выше, силы полевой инерции действуют не для полных масс частиц, а только для их полевых добавок. Так обычные механические силы инерции, например на вращающемся диске, для электрона и протона отличались бы на 3 порядка из-за различия в их обычных массах. Полевые же силы инерции для электрона и протона, например магнитная сила, одинаковы по величине, так как эти частицы имеют одинаковые заряды, а следовательно, и одинаковую величину потенциала взаимодействия с одним и тем же полем и одинаковые полевые массы!

При этом электрон и протон получат разные механические ускорения. Это связано с тем, что несмотря на одинаковые по величине полевые силы инерции полные массы частиц различны. Поэтому электрон и протон получают под действием одной и той же магнитной силы разные по величине ускорения. Мы можем записать это обстоятельство в виде формулы:

Правая часть уравнения, представляющая полевую силу инерции, для электрона и протона одинаковая, а механическое ускорение разное за счет разницы в полных массах.

И наконец, полевая масса может иметь разные знаки и быть отрицательной по величине! Подобно эффективной массе электрона в кристалле. Согласно формуле полевой массы она положительна при притяжении и отрицательна при отталкивании. Природа этого явления особенно интересна.

Например, пусть по кругу вращается протон, или пучок протонов, создавая магнитное поле. Эта ситуация аналогична вращению механического диска в том же направлении. Если в этом поле начинает движение электрон, для которого полевая масса от взаимодействия с протоном положительна, то направление магнитной силы будет такое же, как у силы Кориолиса для шарика, катящегося по вращающемуся диску. Но если в поле вращающегося протона движется другой протон, полевая масса которого от этого взаимодействия уже отрицательна, то направление магнитной силы становится противоположным силе Кориолиса для катящегося шарика! В этом случае направление силы Кориолиса и магнитной силы были бы одинаковыми, если бы мы приписали шарику отрицательную массу!

Физический смысл отрицательной массы состоит в том, что ускорение частицы с такой массой не сонаправлено действующей силе, а противонаправлено ей! Используя представления о массе, как о характерном времени протекания процесса, мы можем сказать следующее. В полях притяжения полевая добавка к массе положительна, что соответствует увеличению времени реакции объекта на внешние воздействия за счет появления дополнительных полевых связей. В полях отталкивания, наоборот, полевые связи не сдерживают частицу, а способствуют ее выталкиванию из системы. Их действие как бы ускоряет процесс изменения характера движения частицы, что выражается в уменьшении характерного времени таких изменений — уменьшении полной массы.

Впрочем, в этом случае можно пойти по пути сохранения привычной положительной массы, а частице приписать заряд другого знака. С точки зрения математики это равноценная замена. Именно так и поступают с электронами в кристалле, когда их масса становится отрицательной. Их заменяют квазичастицами с положительным зарядом под названием «дырки».

Другой похожий пример мы можем найти в современной физике элементарных частиц. При высоких энергиях возникают частицы со свойствами, симметричными свойствам обычных частиц. Например, положительный электрон или отрицательный протон, которые отклоняются в магнитном поле в противоположную сторону, нежели обычные частицы. Такие объекты получили в современной физике название античастиц. Однако поведение таких частиц вполне может быть связано вовсе не с изменением знака их зарядов, а с изменением знака их масс!

В сильных полях на ускорителях, когда наблюдается рождение «античастиц», величины полевых масс в отличие от обычных условий становятся очень большими и могут превышать по величине классические массы частиц. И если полевая масса частицы в таких условиях окажется отрицательной, то и полная масса частицы также изменит свой знак! В результате реакция этой частицы на внешние воздействия за счет другого знака массы окажется противоположной реакции обычных частиц, имитируя «рождение» «античастицы» с противоположным знаком заряда. Получается, что никакой «антиматерии» может вовсе и не существовать, а все дело в динамической природе величины полевой массы, которая может быть как положительной, так и отрицательной!

Хотя следует заметить, что современная физика недолюбливает отрицательную массу. В то время как изменение знака заряда частицы является с точки зрения традиционных представлений более привычным. Впрочем, этой темой мы пока всерьез заняться не готовы, поэтому имеет смысл вернуться к более «земным» вопросам, а именно к силам инерции.