4.5. В чем состоит причина предельной скорости движения частиц?
Релятивистская зависимость массы от скорости, как и другие аспекты применения релятивистского множителя , приводят к возникновению предельной скорости движения частиц. Для скоростей u > c подкоренное выражение становится отрицательным, а сам релятивистский множитель – мнимым. И это – математическое следствие релятивистской механики.
Полевая физика позволяет нам понять физический механизм этого обстоятельства. В терминах полевого уравнения движения разгон частицы под действием некой силы F, сонаправленной с ее скоростью, выглядит так (соотношение 4.2.6):
Как мы уже говорили, имеет место некая сила инерции, которая возрастает по мере разгона частицы. А природа возникновения этой силы инерции состоит в следующем. Чем быстрее движется частица, тем быстрее она проходит одни и те же расстояния в полевой среде, тем больше становится темп изменения ее массы по мере приближения к источникам поля или удаления от них. А величина изменения массы частицы, в свою очередь, влияет на дальнейший рост ее скорости в виде ослабляющего коэффициента. Этот механизм приводит к тому, что в отличие от классического случая скорость частицы, движущейся в полевой среде, уже не может возрастать неограниченно.
Пределом скорости движения частицы служит скорость распространения возмущений в полевой среде с. Причем скорость движения частицы не может быть больше с не по отношению к какой-либо произвольной системе отсчета, а по отношению к источнику поля. Ведь именно в системе поля записано наше полевое уравнение движения и именно на относительную скорость движения частицы регистрации по отношению к частице-источнику налагается ограничение.
Скорость движения частиц в полевой среде по отношению к источнику поля не может превышать скорость распространения возмущений в этой среде c. Это ограничение справедливо не для абсолютных скоростей в некой системе отсчета, а для относительной скорости движения взаимодействующих частиц.
На качественном уровне это обстоятельство выглядит следующим образом. В нашей модели частицы взаимодействуют друг с другом посредством распространения возмущений в полевой среде. Но эти возмущения распространяются с конечной скоростью c. А значит, чем быстрее движется частица, тем меньшее влияние полевая среда может на нее оказывать. И ослабляющий коэффициент этого влияния как раз и представлен множителем 1 – u2/c2 в правой части уравнения движения.
Мы можем проиллюстрировать суть этого явления на простом механическом примере. Например, человек разгоняет тележку, катящуюся по ровной поверхности без трения. Он слегка подталкивает ее сзади без резких толчков, двигаясь вслед за ней. Пока тележка катится медленно, человеку легко сообщать ей дополнительную скорость. Но по мере разгона тележки ему приходиться уже бежать за ней, чтобы подтолкнуть ее еще немного. В конце концов, когда тележка разгонится до максимальной скорости движения человека, он сможет только бежать следом, не имея возможности сообщить тележке дополнительную скорость. На простом житейском языке это соответствует поговорке о том, что телега не может бежать впереди лошади!
Подобным образом эффективность влияния полевой среды на частицу падает по мере роста скорости последней. При u = c полевая среда вообще перестает разгонять частицу, и ослабляющий коэффициент становится равным нулю. Другими словами, сила инерции сравнивается с основной силой и полностью нейтрализует ее.
Подобный эффект является прямым следствием существования полевой среды. Обычные возмущения в этой среде не могут разогнать частицы выше скорости реакции самой среды. Хотя это и не исключает возможность существования каких-то более изощренных вариантов разгона тел, позволяющих превысить величину c. И это — крайне интересная тема для дальнейших исследований, хотя и очень непростая. Потому что она требует сделать еще один шаг вглубь понимания физики и осознать природу самой полевой среды.