Маса

Маса
$m$, $M$
Вымернасьць	${\mathsf {M}}$
Адзінкі вымярэньня
СІ	кг
СГС	г

Ма́са (ад стар.-грэц. μᾶζα) — адна з найважнейшых фізычных велічынь. Першапачаткова яна характарызавала «колькасьць рэчыва» ў фізычным аб’екце, ад якой, па тагачасных уяўленьнях, залежылі як здольнасьць аб’екта аказваць супор прыкладзенай сіле (інэртнасьць), так і гравітацыйныя ўласьцівасьці.

У сучаснай фізыцы пад масай разумеюць дзьве розныя ўласьцівасьці фізычнага аб’екта:

• Інэртная маса — характарызуе меру інэртнасьці целаў і фігуруе ў другім законе Ньютана:

  У выпадку, калі адна і тая ж сіла (акрамя гравітацыі) аднолькава паскарае розныя целы, гэтым целам прыпісваюць аднолькавую масу.
  
  Маса цела не залежыць ад таго, якія сілы і ў які момант на яго ўзьдзейнічаюць.

• Гравітацыйная маса — вызначае, зь якой сілай цела ўзаемадзейнічае са зьнешнімі гравітацыйнымі палямі (пасіўная гравітацыйная маса) і якое гравітацыйнае поле стварае само гэтае цела (актыўная гравітацыйная маса).

Дасьледваньне еднасьці паняткаў масы

Як вызначана экспэрымэнтальна, гэтыя дзьве масы прапарцыйныя адна другой. Не было выяўлена ніякіх адхіленьняў ад гэтага закону, таму каэфіцыэнт прапарцыйнасьці звычайна выбіраюць роўным адзінцы і кажуць аб роўнасьці інэртнай і гравітацыйных мас. Роўнасьць інэртнай і гравітацыйнай мас складае зьмест слабога прынцыпу эквівалентнасьці — часткі прынцыпу эквівалентнасьці Айнштайна, які зьяўляецца адным з асноўных палажэньняў агульнай тэорыі рэлятыўнасьці. На роўнасьць інэртнай і гравітацыйнай мас зьвярнуў увагу яшчэ Ньютан, ён упершыню праверыў гэты закон з дакладнасьцю парадку 10⁻³. Зь іншага боку, можна казаць, што першая праверка прынцыпу эквівалентнасьці была выканана яшчэ Галілеем, які адкрыў унівэрсальнасьць вольнага падзеньня — як стала зразумела пазьней, незалежнасьць паскарэньня вольнага падзеньня ад матарыялу, зь якога складаецца цела, зьяўляецца наступствам роўнасьці інэртнай і гравітацыйнай мас. На сёньняшні дзень слабы прынцып эквівалентнасьці экспэрымэнтальна правераны з вельмі высокай дакладнасьцю (3×10⁻¹³).

Маса ў класычнай мэханіцы ёсьць велічыня адытыўная (маса сыстэмы роўная суме мас целаў, што складаюць яе) і інвырыянтная адносна зьмены сыстэмы адліку. Маса інварыянтная і ў рэлятывісцкай мэханіцы, хаця тут пад масай разумеюць масу спакою — даўжыню 4-вэктару імпульсу дадзенага цела, Лёрэнц-каварыянтную велічыню. Увядзеньне так званай рэлятывісцкай масы, якая залежыць ад хуткасьці цела, выкарыстоўвалася ў раньніх работах па тэорыі адноснасьці. У дадзены момант тэрміны «рэлятывісцкая маса» і «маса спакою» зьяўляюцца састарэлымі. У рэлятывісцкім выпадку масы не зьяўляюцца адытыўнымі.

Азначэньне масы

У сучаснай фізыцы азначэньне масе цела m даюць з раўнаньня рэлятывісцкай дынамікі

$m^{2}={\frac {E^{2}}{c^{4}}}-{\frac {{\boldsymbol {p}}^{2}}{c^{2}}}$,

дзе E — агульная энэргія вольнага цела, p — ягоны імпульс, c — хуткасьць сьвятла.

Азначаная вышэй маса зьяўляецца рэлятывісцкім інварыянтам, гэта значыць, што яна аднолькавая ва ўсіх сыстэмах адліку. Калі перайсьці ў сыстэму адліку, дзе цела знаходзіцца ў спакоі, то $m={\frac {E}{c^{2}}}$ — маса вызначаецца энэргіяй спакою.

Трэба аднак заўважыць, што часьцінкі з нулявой інварыянтнай масай (фатон, гравітон…) рухаюцца ў вакуўме з хуткасьцю сьвятла (c ≈ 300000 км/сэк) і таму не існуе сыстэмы адліку, у якой яны знаходзяцца ў спакоі.

Існаваньне масы ў часьцінак у Стандартнай Мадэлі фізыкі элемэнтарных часьцінак тлумачыцца ўзаемадзеяньнем часьцінак з полем базонаў Гігса.

Адзінкі масы

У сыстэме СІ маса вымяраецца ў кіляграмах. У сыстэме СГС выкарыстоўваюцца грамы. Часам выкарыстоўваюць і іншыя адзінкі вымярэньня масы.

Гістарычны нарыс

Панятак масы быў уведзены ў фізыку Ньютанам, да гэтага прыродазнаўцы выкарыстоўвалі панятак «вага». У навуковай працы «Матэматычныя пачаткі натуральнай філязофіі» Ньютан спачатку акрэсьліў «колькасьць матэрыі» ў фізычным целе як здабытак шчыльнасьці цела на яго аб’ём. Далей ён указаў, што ў тым самым сэнсе будзе выкарыстоўваць тэрмін «маса». І, нарэшце, Ньютан увёў масу ў законы фізыкі: спачатку ў другі закон Ньютана (праз колькасьць руху), а затым — у закон прыцягненьня, адкуль адразу вынікае, што маса прапарцыянальная вазе.

Фактычна, Ньютан выкарыстоўвае толькі два разуменьня масы: як меры інэрцыі і крыніцы прыцягненьня. Тлумачэньне яе як меры «колькасьці матэрыі» — ня болей чым наглядная ілюстрацыя, і яно было раскрытыкавана яшчэ ў XIX стагодзьдзі як нефізычнае і беззмястоўнае.