Физический энциклопедический словарь
МАССА
(лат. massa, букв.— глыба, ком, кусок), физ. величина, одна из осн. хар-к материи, определяющая её инерционные и гравитац. св-ва. Понятие «М.» было введено в механику И. Ньютоном в определении импульса (кол-ва движения) тела — импульс р пропорц. скорости свободного движения тела v:
p=mv, (1)
где коэфф. пропорциональности m — постоянная для данного тела величина, его М. Эквивалентное определение М. получается из ур-ния движения классической механики Ньютона:
f=mа. (2)
Здесь М.— коэфф. пропорциональности между действующей на тело силой f и вызываемым ею ускорением а. Определённая таким образом М. характеризует св-ва тела, явл. мерой его инерции (чем больше М. тела, тем меньшее ускорение оно приобретает под действием пост. силы) и наз. инерциальной или и н е р т н о й М.
В теории гравитации Ньютона М. выступает как источник поля тяготения. Каждое тело создаёт поле тяготения, пропорц. М. тела, и испытывает воздействие поля тяготения, создаваемого др. телами, сила к-рого также пропорц. М. Это поле вызывает притяжение тел с силой, определяемой законом тяготения Ньютона:
где r — расстояние между центрами масс тел, G — универсальная гравитационная постоянная, а m1 и m2 — М. притягивающихся тел. Из ф-лы (3) можно получить зависимость между М. тела m и его весом Р в поле тяготения Земли:
P=mg, (4)
где g=GM/r2 — ускорение свободного падения (М — М. Земли, r»R, где R — радиус Земли). М., определяемая соотношениями (3) и (4), наз. г р а в и т а ц и о н н о й.
В принципе ниоткуда не следует, что М., создающая поле тяготения, определяет и инерцию того же тела. Однако опыт показал, что инертная и гравитац. М. пропорц. друг другу (а при обычном выборе ед. измерения численно равны). Этот фундам. закон природы наз. принципом эквивалентности. Экспериментально принцип эквивалентности установлен с очень большой точностью — до 10-12 (1971). Первоначально М. рассматривалась (напр., Ньютоном) как мера кол-ва в-ва. Такое определение имеет вполне определ. смысл только для однородных тел, подчёркивает аддитивность М. и позволяет ввести понятие плотности — М. ед. объёма тела. В классич. физике считалось, что М. тела не изменяется ни в каких процессах (закон сохранения М. (в-ва)).
Понятие «М.» приобрело более глубокий смысл в спец. теории относительности А. Эйнштейна (см. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ), рассматривающей движение тел (или ч-ц) с очень большими скоростями — сравнимыми со скоростью света с»3•1010 см/с. В новой механике, наз. релятивистской, связь между импульсом и скоростью ч-цы даётся соотношением:
(при малых скоростях (v <- с) это соотношение переходит в соотношение (1)). Величину m0 называют массой покоя, а массу m движущейся ч-цы определяют как зависящий от скорости коэфф. пропорциональности между р и v.
т. е. М. ч-цы (тела) растёт с увеличением её скорости. В релятив. механике определения М. из ур-ний (1) и (2) неэквивалентны, т, к. ускорение перестаёт быть параллельным вызвавшей его силе и М. получается зависящий от направления скорости ч-цы. Согласно теории относительности, М. ч-цы связана с её энергией ? соотношением:
М. покоя m0 определяет внутр. энергию ч-цы — т. н. энергию покоя ?0=m0c2. Т.о., с М. всегда связана энергия (и наоборот), поэтому в релятив. механике не существуют по отдельности законы сохранения М. и энергии — они слиты в единый закон сохранения полной (т. е. включающей энергию покоя ч-ц) энергии. Приближённое их разделение возможно лишь в классич. физике, когда v <-c и не происходит превращения ч-ц. При соединении ч-ц друг с другом с образованием устойчивого связ. состояния выделяется избыток энергии (равный энергии связи) D?, к-рому соответствует М. Dm=D?/с2. Поэтому М. составной ч-цы меньше суммы М. образующих её ч-ц на величину D?/с2 (т. н. дефект масс). Это явление особенно заметно в ядерных реакциях.
Единицей М. в системе единиц СГС служит грамм, а в СИ — килограмм. М. атомов и молекул обычно измеряется в атомных единицах массы. М. элем. ч-ц принято выражать либо в ед. М. эл-на (mе), либо в энергетич. единицах (указывается энергия покоя соответствующей ч-цы). Так, М. эл-на (me) составляет 0,511 МэВ, М. протона — 1836,1 mе, или 938,2 МэВ, и т. д. Природа М.— одна из важнейших ещё не решённых задач физики. Принято считать, что М. элем ч-цы определяется полями, к-рые с ней связаны (эл.-магн., ядерным и др.). Однако количеств. теория М. ещё не создана. Не существует также теории, объясняющей, почему М. элем. ч-ц образуют дискр. спектр значений, и тем более позволяющей определить этот спектр.