Физика пространства - времени

Проверки эвклидовой геометрии

Проверки лоренцевой геометрии

42 000

геодезистов (согласно статистическим данным США за 1963 г.), каждый из которых производит по 20 съёмок в год, определяя при каждой по

𝑛

вершин ограничивающего многоугольника, измеряя внутренний угол при каждой вершине, складывая углы и сравнивая полученную сумму с величиной (

𝑛-2

)

⋅180°

, предсказываемой эвклидовой геометрией

50 ускорителей элементарных частиц (ориентировочно), дающих частицы с энергией выше 100

Мэв

, каждый из которых работает по 100 дней в году и каждый регистрирует по 200 столкновений в день, в которых должны были бы чувствоваться отклонения от релятивистских законов сохранения

Результат

:

800 000

проверок в год, каждая с относительной точностью

1⋅10⁻⁴

или выше

Результат

:

1 000 000

проверок в год, каждая с относительной точностью

1⋅10⁻⁴

или выше

В ядерной физике многие объекты исследования живут лишь очень короткое время. Нелегко точно определить значения масс таких короткоживущих частиц с помощью обычных масс-спектрометров. Вместо этого их массы определяются с помощью законов сохранения импульса и энергии, применяемых к процессам столкновений или превращений частиц, массы одной или более из которых нам уже известны. Уже при таких расчётах можно проверять законы сохранения, так как интересующая нас частица часто образуется в ходе нескольких различных реакций. Однако для того, чтобы непосредственно проверить равенство энергии, выделяющейся при превращениях, и энергии, вычисляемой по изменению величины массы покоя, лучше обратиться к миру ядерной физики. Там величина массы определяется непосредственно и с высокой степенью точности как для стабильных ядер, так и для некоторых нестабильных.

Ядерная физика предоставляет особенно благоприятные возможности для точной проверки законов сохранения

Возможности точного сравнения величины выделяющейся энергии и изменения массы наиболее благоприятны в случае лёгких ядер, так как при этом изменение массы в ходе рядовой ядерной реакции составляет более значительную часть полной массы и, следовательно, может быть более точно определено, чем в случае тяжёлых ядер. Мы рассмотрим поэтому реакцию между двумя самыми лёгкими атомными ядрами,— ту реакцию, которая к тому же имеет громадное значение в наш ядерный век:

⎛

⎜

⎝

Быстрый

дейтрон

⎞

⎟

⎠

+

⎛

⎜

⎝

Покоящийся

дейтрон

⎞

⎟

⎠

↗

↘

⎛

⎜

⎜

⎜

⎝

Протон

с очень

высокой

энергией

⎞

⎟

⎟

⎟

⎠

+

⎛

⎜

⎜

⎜

⎝

Ядро

трития с

высокой

энергией

⎞

⎟

⎟

⎟

⎠

⎛

⎜

⎜

⎜

⎝

Нейтрон

с очень

высокой

энергией

⎞

⎟

⎟

⎟

⎠

+

⎛

⎜

⎜

⎜

⎝

Ядро

гелия-3 с

высокой

энергией

⎞

⎟

⎟

⎟

⎠

или

𝙷²

(быстрый)

+

𝙷²

↗

↘

𝙷¹

+

𝙷³

𝑛

+

𝙷𝚎³

(93)

Обе альтернативные реакции, описываемые схемой (93), происходят со сравнимыми частотами при взрыве водородной бомбы (или «термоядерного оружия»). Они приводят к высвобождению значительной энергии, что характерно для устройств, использующих дейтерий («тяжёлый водород» 𝙷²). Кинетическая энергия продуктов такой термоядерной реакции в сотни раз превышает кинетическую энергию первоначальных дейтронов.

Масса ядра трития, определённая из законов сохранения, согласуется с его массой, измеренной с помощью спектрометра

Реакция, приводящая к возникновению ядра трития [первая из двух альтернативных реакций (93)], служит наиболее точным самостоятельным методом проверки законов сохранения, какой только возможно найти в физике вообще. Реализация этого метода возможна потому, что с помощью масс-спектрометра удаётся независимым образом точно определять массы покоя всех частиц, принимающих участие в этой реакции (дейтрона, протона и ядра трития).

Но массу покоя нейтрона невозможно определить независимым образом столь же точно. Поэтому мы не концентрируем внимания на второй реакции (93), приводящей к образованию нейтрона. Она непригодна для проведения наиболее точных проверок эквивалентности массы и энергии. Нейтрон — нестабильная частица (со средним временем жизни около 17 мин), а что важнее всего, он безразличен к воздействию электрического и магнитного полей в масс-спектрометре (электрически нейтрален!). Такая безразличность является препятствием для прецизионного независимого определения массы нейтрона.