Власна енергія
Вла́сна ене́ргія — енергія тіла, виміряна у власній системі відліку, де тіло перебуває у стані спокою.
Історична довідка
Поняття «власна енергія» (енергія спокою) вперше сформулював А. Айнштайн при побудові спеціальної відносності теорії. У цій теорії енергія та імпульс тіла є компонентами 4-вектора енергії-імпульсу. Енергія є часовою компонентою. Пропорційний до швидкості 3-вектор імпульсу складається з трьох просторових компонент. При переході від однієї інерціальної системи відліку до іншої енергія E та імпульс p змінюються в такий спосіб, що різниця квадрата енергії та квадрата імпульсу, помноженого на квадрат швидкості світла у вакуумі с, не змінюється: [math]E^2 – c^2p^2 = m^2c^4[/math].
Інерціальна система відліку тіла
Власна інерціальна система відліку тіла — система відліку, в якій воно перебуває у стані спокою. Тут імпульс p дорівнює нулю, тому [math]E^2 = m^2c^4[/math].
Одним із розв’язків цього рівняння квадратного є формула А. Айнштайна [math]E = mc^2[/math], що описує еквівалентності принцип маси та енергії. Масу m, яка відрізняється від енергії спокою тіла на розмірний множник c2, називають масою спокою тіла. Її також називають інваріантною масою (не змінюється при переході від однієї системи відліку до іншої.
Особливе місце займає квант світла (фотон) — елементарна частинка, яка переносить електромагнітну взаємодію. Не існує системи відліку, в якій фотон перебував би в стані спокою: у всіх системах відліку він рухається зі швидкістю світла. У вакуумі енергія та імпульс фотона залежать лише від його частоти ν: [math]E = ћω[/math], [math]p = ћk[/math], де ћ — зведена Планка стала, [math]ω = 2πν[/math] — кутова частота, k — хвильовий вектор (вказує напрям поширення фотона). Квадрат імпульсу фотона, помножений на квадрат швидкості світла, дорівнює квадрату його енергії, тому їхня різниця [math]E^2 – c^2p^2 = 0[/math]. Маса спокою фотона дорівнює нулю.
Другий розв’язок квадратного рівняння [math]E^2 = m^2c^4[/math], а саме [math]E = – mc^2[/math], не має фізичного сенсу в повсякденному житті. У фізиці елементарних частинок цей розв’язок описує античастинку — близнюка-антипода частинки, що має таку ж масу спокою, але протилежний за знаком електричний заряд та протилежний за напрямом магнітний момент. Античастинкою електрона є позитрон, протона — антипротон, нейтрона — антинейтрон. Фотон, який не має ні електричного заряду, ні магнітного моменту, є істинно нейтральною частинкою, яка тотожна своїй античастинці. При зіткненнях частинки та античастинки відбувається реакція анігіляції, унаслідок якої вони перетворюються в інші форми матерії. Прикладом такої реакції є анігіляція електрон-позитронної пари з перетворенням їхньої власної енергії [math]2m_ec^2[/math] в енергію кінетичну двох квантів світла.
Згідно з принципом еквівалентності загальної теорії відносності, маса спокою тіла є водночас його масою гравітаційною, яка входить у тяжіння всесвітнього закон І. Ньютона. Маси астрофізичних об’єктів (планет, зір, чорних дір тощо) можуть входити в тензор енергії-імпульсу, що фігурує у правій частині рівнянь А. Айнштайна, які уточнюють та узагальнюють закон всесвітнього тяжіння І. Ньютона. Гравітація впливає і на фотони (кванти світла), зумовлюючи гравітаційне відхилення світла (гравітаційне лінзування; див. Гравітаційна лінза), яке стало одним з експериментальних підтверджень загальної теорії відносності. Гравітаційною масою фотона є його енергія [math]E = hν[/math], поділена на квадрат швидкості світла: [math]m_ν = hν /c^2[/math].
У чотиривимірному просторі, де вздовж часової осі відкладається енергія, а вздовж просторових — компоненти 3-вектора, співвідношення [math]E^2–c^2p^2 = m^2c^4[/math] задає поверхню гіперболоїда обертання, яку називають масовою оболонкою. У квантовій поля теорії власна енергія — частина енергії елементарної частинки, обумовлена її взаємодією з віртуальними частинками вакууму. Ця енергія дорівнює значенню квантового оператора власної енергії на поверхні масової оболонки, порахована за допомогою відповідних Фейнмана діаграм.
Література
- Feynman R., Morinigo F., Wagner W. et al. Feynman Lectures on Gravitation. Reading : Addison-Wesley, 1995. 232 p.
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля // Теоретическая физика : в 10 т. 8-е изд., стер. Москва : Физматлит, 2006. Т. 2. 536 с.
- Жданов В. І. Вступ до теорії відносності. Київ : ВПЦ «Київський університет», 2008. 290 с.
- Weinberg S. Quantum Theory of Fields : in 3 vol. 11th ed. Cambridge : Cambridge University Press, 2015.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Яремко Ю. Г. Власна енергія // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Власна енергія (дата звернення: 29.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 07.05.2023
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
