Закон сохранения массы

Закон сохранения массы - исторический закон физики, согласно которому масса как мера количества вещества сохраняется при всех природных процессах, то есть несотворима и неуничтожима.

Закон сохранения массы исторически понимался как одна из формулировок закона сохранения материи. Одним из первых его сформулировал древнегреческий философ Эмпедокл (V век до н. э.).

Закон сохранения массы вещества открыли М. В. Ломоносов и А. Л. Лавуазье почти независимо друг от друга. Они далеко продвинули развитие химии тем, что при химических реакциях применили физические методы, в частности взвешивание. Закон сохранения массы в химических процессах можно сформулировать так: сумма масс исходных веществ (соединений) равна сумме масс продуктов химической реакции.

Понимая значение законов сохранения, неуничтожимости материи для науки, М.В. Ломоносов, подтверждая свои мысли, повторил опыты английского ученого XVII в. Р. Бойля и получил тот же результат: вес металла увеличился; видоизменив опыт: после нагревания реторты на огне и охлаждения ее взвешивает сосуд, не отламывая горлышка, он доказал, что «без допущения внешнего воздуха вес сожженного металла останется в одной мере, никакой материи огня в реторту не проникает».

Закон сохранения массы звучит так: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

В общефизическом смысле закон сохранения массы можно подвергнуть сомнению. Например, электрон и позитрон, обладающие массой, могут аннигилировать в фотоны, не имеющие массы покоя. А масса дейтрона, состоящего из одного протона и одного нейтрона, не равна сумме масс своих составляющих, поскольку следует учитывать энергию взаимодействия этих частиц. Подтверждается это и тем, что при радиоактивном распаде совокупная масса вещества уменьшается. Закон сохранения массы в физике работает с известными оговорками, а на самом деле является ограниченным и частным случаем закона сохранения энергии, с учётом известного соотношения для энергии массы покоя частиц: E = mc².

Таким образом, с точки зрения современной физики, этот закон неверен.

23. Философия и физика в творчестве а. Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн родился в г. Ульме в семье небогатого еврейского торговца, владельца небольшой маcтерской электротоваров. Альберт до трех лет не говорил, но уже в ранние годы проявлял необычайное любопытство в отношении того, как устроен окружающий мир, и способность понимать сложные математические идеи. В 12-летнем возрасте он сам по книгам выучил евклидовую геометрию.

Тупая регламентация и скука в мюнхенской школе отталкивала молодого Эйнштейна. Когда постоянный деловые неудачи заставили семью в 1894 г. покинуть Германию и переехать в Италию, в Милан, 15-летний Эйнштейн воспользовался этой возможностью и бросил школу. Еще год он провел вместе с родителями в Милане, но когда стало ясно, что Эйнштейн должен определить свой путь в жизни, он закончил среднюю школу в Аррау, в Швейцарии, и поступил в Цюрихский политехникум.

Эйнштейну не очень нравились методы обучения в этом заведении. Он часто пропускал лекции, используя свободное время для самообучения физике и игре на скрипке (любимое занятие на всю жизнь). В 1900 г. Эйнштейн сумел сдать экзамены (подготовившись по записям своего сокурсника) и получить степень. Профессора были о нем невысокого мнения и не рекомендовали его для продолжения научной карьеры.

Год 1905 стал знаменательным в истории физики. В этом году Эйнштейн опубликовал три важнейшие работы, сыгравшие выдающуюся роль во всем последующем развитии физики ХХ в. В первой из них, посвященной броуновскому движению, он сделал важные предсказания о движении взвешенных в жидкости частиц, обусловленном столкновениями с молекулами. Предсказания позднее подтвердились на опыте. Во второй работе, посвященной фотоэффекту, Эйнштейн высказал революционную гипотезу о природе света: при определенных обстоятельствах свет можно рассматривать как поток частиц, фотонов, энергия которых пропорциональна частоте световой волны. Практически не нашлось физиков, которые согласились бы с этой идеей Эйнштейна. Потребовались два десятилетия напряженных усилий экспериментаторов и теоретиков, чтобы картина фотонов стала общепризнанной в рамках квантовой механики.

Но наиболее революционной стала третья работа Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел", в которой с необычайной ясностью были изложены идеи частной теории относительности (ЧТО), разрушившей классические представления о пространстве-времени, существовавшие со времени Ньютона. Ряд важных положений новой теории был сформулирован Г.А. Лоренцем и А. Пуанкаре, однако только Эйнштейну удалось ясно на физическом языке сформулировать постулаты новой теории, прежде всего, принцип относительности и принцип существования предельной скорости распространения сигнала. И сейчас еще можно встретить высказывания, что теория относительности была создана до Эйнштейна. Это не так, поскольку в ЧТО важны не столько формулы (многие из них действительно были известны ранее из работ Лоренца и Пуанкаре), сколько правильные физические основания, из которых эти формулы следуют. Только Эйнштейну удалось раскрыть физическое содержание теории относительности.

Восприятие работ Эйнштейна было неоднозначным. Многие ученые их попросту не понимали, и это происходило из-за специфических взглядов Эйнштейна на структуру правильных теорий и на связь между теорией и экспериментом. Хотя Эйнштейн и признавал, что единственным источником знаний является опыт, он был также убежден, что научные теории являются свободными творениями человеческой интуиции и что основания, на которых зиждется хорошая теория, не обязательно должны быть логически связаны с опытом. Идеальная теория, по Эйнштейну, должна базироваться на минимально возможном количестве постулатов и описывать максимально возможное количество явлений. Именно эта "скупость" на постулаты, свойственная всей научной деятельности Эйнштейна, делала его работы труднодоступными для коллег. Однако, ряд выдающихся физиков сразу поддержал молодого ученого, и среди них - Макс Планк. Он помог Эйнштейну перебраться из патентного бюро в Цюрихе сначала в Прагу, а затем в Берлин на должность директора Института физики кайзера Вильгельма.

С 1907 по 1915 гг. Эйнштейн усиленно работал над созданием новой теории тяготения, которая удовлетворяла бы принципам теории относительности. Путь, приведший Эйнштейна к успеху, был трудным и извилистым. Главная идея построенной им общей теории относительности (ОТО) заключается в неразрывной связи между полем тяготения и геометрией пространства-времени. В присутствии тяготеющих масс пространство-время становится, по Эйнштейну, неевклидовым, имеющим кривизну. Чем интенсивнее поле тяготения в данной области пространства, тем больше его кривизна. В декабре 1915 г. на заседании Академии наук в Берлине Эйнштейн доложил, наконец, окончательные уравнения ОТО. Эта теория стала вершиной творчества Эйнштейна, и по общему мнению является самой красивой из всех существующих физических теорий.

Однако понимание ОТО пришло не сразу. Первые три года эта теория интересовала узкий круг специалистов и была понятна лишь десятку избранных. Ситуация резко изменилась в 1919 г., так как в этом году удалось проверить прямыми наблюдениями одно из парадоксальных предсказаний ОТО - искривление луча света от далекой звезды полем тяготения Солнца. Такое наблюдение возможно только во время полного солнечного затмения. Именно в 1919 г. такое затмение можно было наблюдать в районах земного шара с обычно хорошей погодой, что позволяло провести максимально точное фотографирование видимого положения звезд на небе в момент полного затмения. Экспедиция, снаряженная английским астрофизиком сэром Артуром Эддингтоном, сумела получить данные, подтвердившие предсказание Эйнштейна. Буквально в один день Эйнштейн стал знаменит на весь мир. Обрушившаяся на него слава не поддается описанию. Теория относительности на долгое время стала предметом салонных бесед. Газеты всех стран были переполнены статьями о теории относительности, вышло множество популярных книг, в которых авторы пытались объяснить обывателям суть этой теории.

Пришло, наконец, признание и со стороны научных кругов. В 1921 г. Эйнштейн получил Нобелевскую премию (правда, не за теорию относительности, а за теорию квантов), он был избран почетным членом множества академий. Слово и мнение Эйнштейна стало одним из самых авторитетных в мире. В 1920-е гг. Эйнштейн много ездит по свету, участвует в международных конференциях. Особенно важна была роль Эйнштейна в дискуссиях, развернувшихся в конце 1920-х гг. по концептуальным проблемам квантовой механики. Беседы и споры Эйнштейна с Бором на эти темы стали знаменитыми. В этих спорах Эйнштейн не мог согласиться с тем, что квантовая механика в ряде случаев оперирует не точными значениями величин, а лишь вероятностями, с которыми они могут быть измерены. Эйнштейн не мог примириться с принципиальной недетерминированностью законов микромира. Его любимым выражением было: "Бог не играет в кости!". Тем не менее, в спорах с Бором Эйнштейн, по-видимому, был не прав.

К сожалению, научная деятельность Эйнштейна в последние тридцать лет его жизни была малопродуктивной. Объяснялось это тем, что он поставил перед собой грандиозную задачу построения единой теории всех взаимодействий. Как сейчас ясно, такая теория возможна только в рамках квантовой механики, кроме того, в довоенное время еще очень мало было известно о других взаимодействиях, кроме электромагнитного и гравитационного. Титанические усилия Эйнштейна завершились ничем, и это стало, может быть, одной из главных трагедий его жизни.

Величие, сделанного Эйнштейном в науке, трудно переоценить. Сейчас нет практически ни одной ветви современной физики, где, так или иначе, не присутствовали бы фундаментальные понятия квантовой механики или теории относительности. Но, пожалуй, еще важнее уверенность, которую своими трудами вселил в ученых Эйнштейн, что природа познаваема и ее законы красивы. Стремление к этой красоте и составляло смысл жизни великого ученого.