Если какая-нибудь сила действует на какую-либо массу и сообщает ей определенную скорость, то эта масса не может оставаться постоянной. Как мы уже видели на примере с поездом, движущаяся масса имеет энергию движения, или кинетическую энергию. Следовательно, сила, увеличивая скорость массы, передает ей определенную энергию. Отсюда следует, что при увеличении скорости движения масса движущегося тела должна расти.
На первый взгляд это может показаться невероятным. Как может расти масса тела при увеличении скорости движения, если само тело остается неизменным? Например, как может увеличиться масса самолета, который летит, по сравнению с массой неподвижного самолета?
Ответ на такой вопрос требует проникновения в тончайшие детали строения вещества. Можно рассмотреть, в частности, следующий пример. Известно, что любое тело состоит из мельчайших частиц - молекул и атомов. Атомы в свою очередь построены из атомных ядер и электронов.
Атомные ядра заряжены положительным электричеством, а электроны - отрицательным. Между положительными и отрицательными электрическими зарядами имеется пространство, в котором действуют электрические силы. Это пространство называется электрическим полем. Оно заполнено электрическими силовыми линиями. Электрическое поле представляет собой особую форму материи.
Если электрическое поле или заряд перемещаются, то вокруг них появляются новые силы, называемые магнитными; их охватывает возникающее при этом магнитное поле.
Чем быстрее движение атомов, тем сильнее возникающие в них магнитные поля. Магнитное поле - это тоже особый вид материи, обладающий, как и всякая другая материя, определенной массой. Если тело увеличивает скорость, то в его атомах растут магнитные поля и за счет этого увеличивается масса тела.
Опытами и расчетами установлено, что масса магнитного поля равна энергии, заключенной в этом поле, деленной на квадрат скорости света. Таким образом, масса магнитного поля равна той наименьшей массе, какую надо передать телу при передаче ему энергии. Здесь-то и выполняется закон сохранения массы - сколько массы передано этому телу, настолько масса его и увеличится.
Отсюда становится ясным, почему масса движущихся тел растет при увеличении скорости. Отсюда также вытекает, что, для того чтобы сообщить какому-либо телу определенное ускорение, надо по мере роста скорости непрерывно увеличивать силу.
Если скорость тела приближается к скорости света, то масса тела должна была бы возрасти до бесконечности. Что это значит?
Это значит, что дальнейшее ускорение становится невозможным и скорость света является пределом скорости всякого движения. Мы видели выше, что ускорение прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе. Если масса, возрастая, стремится к бесконечности, то ускорение снижается до нуля.
Таким образом, механика очень больших скоростей должна строиться с учетом изменения массы тел при росте их скорости. При малых скоростях изменения массы не учитывают. Обычно механику, в которой изменение массы при движении не учитывается, называют классической механикой. Эта механика нашла широкое применение в технике.
Механика, в которой учтено изменение массы, рассмотренное нами, называется релятивистской механикой, т. е. основанной на теории относительности (выдвинутой Эйнштейном). Эта теория впервые установила, что масса тела при увеличении его скорости увеличивается.
Релятивистская механика имеет огромное значение для различных областей науки и техники.
В беспредельных пространствах Космоса движутся звезды, газовые облака и массы космической пыли. Кроме того, космическое пространство пронизывают элементарные частицы. Все эти тела движутся с различными скоростями. В некоторых случаях скорости достигают огромных величин. Поэтому движение тел в Космосе и вообще все явления, наблюдаемые в бескрайнем космическом пространстве, было совершенно невозможно понять без релятивистской механики. Таким образом, релятивистская механика - одна из основ современной астрономии и астрофизики (физике звезд).
