Історія виникнення поняття «енергія»

energyЗа великим рахунком поняття «енергія» вперше з’явилося в результаті філософських роздумів людства про навколишній світ. Відомі перші думки представника іонійської школи Геракліта (біля 550-470 рр. до н. е.), засновника давньогрецької діалектики, який стверджував, що вічний і незупинний рух – основний закон Всесвіту. Йому належить вислів „Все тече все змінюється”.
На відміну від матерії, яку можна спостерігати та відчувати, енергія – це результат думки людини, це поняття дає можливість описувати різні зміни в навколишньому середовищі і в той же час говорити про постійне збереження чогось, що носить назву «енергія». Для цієї фізичної величини довгий час використовувався термін „жива сила”, введений Ісаком Ньютоном (1643-1727).
Поняття „енергія ” було введено у 1807 році англійським фізиком Томасом Юнгом (1773-1829). Він вперше розглянув механічну роботу як величину, пропорційну енергії і пропорційну масі та квадрату швидкості тіла.
Вперше у історії термін „жива сила” або „енергія” з'являється у статті Роберта Юліуса Майєра (1814-1873) „Зауваження до сили неживої природи”, яка була надрукова у 1842 році. У науку поняття „енергія” в сучасному його розумінні вводить Віл’ям Томсон (1824-1907, лорд Кельвін).  У 1860 році, записавши таке відношення:

Е=U0+Uт+Eк+Eпі+Eпр

де U0+Uт = Е - внутрішня теплова енергія при температурі за Кельвіном,
Ек=mv²/2 - (кінетична енергія рухомого тіла),
Eпі(потенціальна енергія тіла)=mgH,
Eпр(енергія проштовхування)=pv (р - питомий тиск ; v - питомий об’єм (об’єм 1 кг маси речовини або газу).
Альберт Ейнштейн (1879-1955) у 1905 році вперше представив рівняння: E = mc². Це відношення як загальний закон динаміки, що відноситься до всіх видів матерії і не обмежений електромагнетизмом. Адже, дехто з учених пов'язували цей закон з існуванням особливої «електромагнітної маси», яка залежить від енергії. Альберт Ейнштейн об'єднав всі види мас і відзначив зворотну залежність - інертність будь-якого фізичного об'єкта зростає з ростом енергії.
E = mc² - рівняння, яке в теоретичній фізиці встановлює взаємозв'язок між енергією (E), в будь-якій формі, і масою (m). У цій формулі c², квадрат швидкості світла у вакуумі, є постійним множником, що переводить масу в енергію.
e=mc^2Наприклад: E (джоулі) = M (кілограми) x (299792458 м/сек)²
Популярний, і відомий багатьом, вигляд формули E = mc², є невдалим, тому що мова йде не про всяку енергію, а про енергію спокою Е0 - то слід писати формулу наступним чином: Е0=m0c², - коли тіло знаходиться у вибраній системі відліку. Це відношення показує, що тіло, яке знаходиться в стані спокою, має скриту енергію спокою, яка завжди залишається зв’язаною з цим тілом і може перетворитися як в масу, так і в енергію з маси, і одне можна перетворювати в інше, - що є основою ядерної енергії. Звичайно це рівняння застосовується до об'єкта, який спочиває по відношенню до системи відліку. Але той же об'єкт може вважатися рухомим з точки зору іншої системи відліку, так що рівняння все одно дійсно, але повна енергія (або, еквівалентна, маса) розрізняється за величиною в різних системах відліку. Тобто на відміну від ньютонівської механіки, у спеціальній теорії відносності, релятивістська маса різна в різних системах відліку.
В травні 1932 року Джон Кокрофт (1897-1967) і Ернест Томас Синтон Уолтон (1903-1995) в лабораторії Ернеста Резерфорда (1871-1937), а в жовтні Синельников, Вальтер, Лейпунський, Латишов у Харкові в Українському фізико-технічному інституті (УФТІ) на електростатичному прискорювачі типу генератора Ван де Графа піддали бомбардуванню протонами літій і розщепили ядро його атома на два альфа-промені. Було з’ясовано, що альфа промені в процесі розщеплення ядра атома літію випромінюються з енергією 8,76 МеВ (мегаелектроновольт). Виникло питання походження цієї енергії, адже енергія протона має всього 1/7 частину енергії альфа частинки. А коли скласти масу ядра атома літію з масою протона, то отримана сума буде переважати масу двох альфа частинок. Виникає так званий дефект маси: було підраховано, якщо б розщепити 7 г літію, то зникло б більше 18 мг літію, ця кількість літію перетворилася б в енергію. Таким чином, цей експеримент був не тільки прикладом штучного перетворення елементів, а і першим експериментальним доказом перетворення маси в енергію.
Установлений теорією відносності принцип пропорціональності маси і енергії мав велике значення в науці, особливо в атомній і ядерній фізиці. Формулу Альберта Ейнштейна – E = mc² використовують при розрахунках балансу енергії в ядерних реакціях і в пояснені явища анігіляції (анігіляція показує перетворення частинок однієї форми матерії (речовини) в ін. форму (поле), відповідно до основних законів природи — збереження енергії і закон збереження імпульсу. Спостерігають і зворотний процес, який називається утворенням пар, напр. утворення електрона і позитрона з фотона) частинок, і їх перетворення в фотони.foton
Але формула Альберта Ейнштейна ніколи не залишала байдужими вчених фізиків.
В Інтернеті у червні 2012 року з’явилась публікація, в якій стверджується: "До сих пір формула залишалася гіпотезою", - йдеться в прес-релізі Національного центру наукових досліджень Франції. - І ось вперше вона доведена ". Для цього було потрібно більше ста років, але знаменита формула Ейнштейна - E = mc² - нарешті, знайшла своє підтвердження, завдяки героїчним зусиллям французьких, німецьких і угорських фізиків. Консорціум наукових фахівців на чолі з Лораном Леллюшем з французького Центру теоретичної фізики, використовуючи потужні суперкомп'ютери, зробили розрахунки для оцінки маси протонів і нейтронів, часток атомного ядра, пише sunhome.ru.
Згідно традиційної моделі фізики елементарних частинок, протони і нейтрони складаються з більш дрібних частинок, відомих як кварки, в свою чергу, причиною взаємодії останніх виступають глюони. Парадокс полягає в тому, що маса глюонів дорівнює нулю, а маса кварків складає всього лише п'ять відсотків. Де ж відсутні 95 відсотків?
Відповідь, за даними дослідження, результати якого опубліковані в американському журналі «Science», полягають в тому, що "відсутня" маса перетворилася в енергію руху і взаємодії кварків і піонів. Іншими словами, енергія і маса - еквівалентні, як і припускав Ейнштейн у своїй теорії відносності, викладеній у 1905 році.
Формула E = mc² показує, що маса може бути перетворена в енергію, а енергія, в свою чергу, може бути перетворена в масу. Показує, скільки енергії буде звільнено, якщо певна кількість маси перетворити в енергію, це рівняння використовувалося безліч разів. Найбільш відомо, що воно послужило основою для створення атомної зброї. Але вирішити E = mc² шляхом зважування субатомних частинок (це рівняння з квантової хромодинаміки) було по-справжньому важко. "До цього часу формула залишалася гіпотезою", - йдеться в прес-релізі Національного центру наукових досліджень Франції. - І ось вперше вона доведена ".
Читачеві статті самому потрібно визначитись: - А чи дійсно і донині формула залишалася гіпотезою?

P.S.
Під елементарною частинкою звичайно розуміється безструктурний об’єкт, який не включає в себе складових частинок. В стандартній моделі елементарними частинками вважаються кварки, лептони та калібрувальні бозони. До певного часу до елементарних частинок відносили адрони: мезони та такі баріони, як протон та нейтрон. Важливим поняттям фізики елементарних частинок є квант, що полегшує сприйняття електромагнітного випромінювання.
Елементарні частинки можна умовно класифікувати по величині спину та по виду взаємодії. По величині спину елементарні частинки поділяються на частинки з цілим спином – бозони (фотон, глюони та мезони) та частинки з напівцілим спином – ферміони (електрон, протон, нейтрон та нейтрино). По видам взаємодії елементарні частинки діляться на адрони, які беруть участь у всіх видах взаємодії та складаються з кварків і, у свою чергу, діляться на мезони (адрони з цілим спином - бозони) та баріони (адрони з напівцілим спином – ферміони, до них, зокрема, відносяться протони та нейтрони).
Стандартна модель, прийнята у фізиці елементарних частинок, включає 12 ферміонів та 12 відповідних їм античастинок. Ця модель не включає, однак, гіпотетичну частинку гравітон, що є відповідальною за гравітаційну взаємодію деяких частинок.
quark12 фундаментальних частинок – ферміонів, у свою чергу, поділяються на три покоління, кожне з яких складається з чотирьох елементарних частинок. Шість з 12 елементарних частинок є кварками: up- кварк (верхній), down-кварк (нижній), charm-кварк (чарівний), strange-кварк (дивний), top-кварк (істинний) та bottom-кварк (чарівний). Кварки мають дробний електричний заряд. Кожен кварк має також один з трьох кольорів (ще одне квантове число, подібно до спіну чи аромату). Кожному з шести кварків відповідає своя античастинка – антикварк, що має протилежний за знаком електричний заряд, ароматове число, проекцію ізоспіну та баріонний заряд (−1/3).
Ще шість частинок є лептонами: три з них (електрон, мюон та тау) характеризуються зарядом «-1», три інші – нейтрино (електрон-нейтрино, мюон-нейтрино та тау-нейтрино). До антиферміонів, зокрема, відноситься антиелектрон (позитрон) е+ - античастинка електрона, яка має електричний заряд «+1». Відповідно, інші античастинки доповнюють групу антиферміонів: антимюон, антитау, електрон антинейтрино, мюон антинейтрино, тау антинейтрино.
Кварки та лептони виступають в якості базових об’єктів в системі елементарних частинок. Вони є головним будівельним матеріалом для речовини нашого світу, оскільки ядра атомів існують дякуючи взаємодії кварків, а формування електронних оболонок навкруги ядра приводить до створення атомів.
У стандартній моделі елементарних частинок калібрувальні бозони (глюони, фотони, W- та Z - бозони) – частинки, обміном якими забезпечується взаємодія між іншими елементарними частинками. Фотони забезпечують електромагнітну взаємодію. Глюони є відповідальними за сильну взаємодію. Векторні бозони W+, W- і Z0 забезпечують слабку взаємодію.
Гравітони забезпечують гравітаційну взаємодію. Бозон Хіггса з нульовим спіном відповідальний за масу елементарних частинок.

Володимир Циганенко

Цитування та використання будь-яких матеріалів порталу Etar на інших сайтах дозволяється лише з гіперпосиланням: www.etar.com.ua

в началов начало