Заблуждение → Масса литра холодной воды и литра кипятка одинакова

25 Дек
2011

Казалось бы, что по-другому и быть не может — вода в чайнике до и после нагрева весит совершенно одинаково. И у нас есть все основания так думать, ведь на практике мы никогда не сталкивались с тем, что горячая вода оказывалась тяжелее холодной. Но если вспомнить ОТО и выведенную Эйнштейном взаимосвязь энергии и материи (выражаемую знаменитой формулой Е = mc2), то становится очевидным, что горячая вода должна быть тяжелее холодной!
Эта простая формула выражает всю суть так называемой концепции эквивалентности массы и энергии, гласящей, что масса тела — лишь мера внутренней энергии, запасенной в этом самом теле. И здесь совершенно не важна природа тела, из какого вещества оно состоит и в каком состоянии находится. В одном грамме абсолютно любой материи — будь то кусок дерева или металла, воздух или вода, да даже сам человек — содержится одно и то же количество энергии.
Понятие энергии здесь весьма абстрактно, и из самой формулы невозможно понять всю грандиозность закона, открытого Эйнштейном. Если перевести энергию, запасенную в одном грамме любого вещества, в абсолютные величины, то откроется интересная и удивительная картина. Один грамм материи — это 21 килотонна в тротиловом эквиваленте, что примерно соответствует мощностям ядерных бомб, сброшенных 6 и 9 августа 1945 года на японские города Хиросима и Нагасаки. А 4 килограмма вещества содержат столько же энергии, сколько за год вырабатывает крупнейшая в мире гидроэлектростанция «Три ущелья», построенная в Китае на реке Янцзы. Если бы человечество научилось полностью использовать внутреннюю энергию материи, то можно было бы не думать о пресловутом «энергетическом голоде».

Но формула Е = mc2 не только говорит об эквивалентности энергии и массы, но и приводит к другим интересным выводам. Например, если каким-либо способом увеличить энергию тела, то и масса этого тела должна стать больше. Разгон тела или разогрев — вот самые простые средства добиться увеличения количества энергии, которая, прибавившись к энергии покоя, вызовет эквивалентное увеличение массы.

Так насколько потяжелеет литр воды при нагреве от 0 до 100  °С? Ненамного, потому что такой нагрев не связан с большими энергетическими затратами — увеличение массы не будет обнаружено даже самыми чувствительными приборами. А вот тонна воды уже даст показатель, находящийся на грани инструментальной погрешности, — 1000 кг воды, доведенные до кипения, станут тяжелее всего на пять миллионных долей грамма!

Энергии, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, не дают заметных следствий из закона Е = mc2. А вот физики, работающие с элементарными частицами и ускорителями, пользуются данной формулой ежедневно. Частицы, разогнанные до высоких скоростей, могут значительно прибавлять в массе. В частности, электрон, достигший скорости в 299 800 км/с (почти скорости света), становится в 20 раз тяжелее!

Да, в обычной жизни мы можем говорить об одинаковой массе литра холодной воды и литра кипятка, однако, с физической точки зрения, это неверно — любое изменение количества энергии в теле неизбежно ведет и к изменению его массы. Простая формула Е = mc2 за свое вековое существование еще ни разу не подвела.


 

Комментарии:

наверх