Силовые поля или потенциалы? Х. М. Биккин
    Господь Бог изощрен,
    но не злонамерен.
    А. Эйнштейн
    Читатель, прочитавший заголовок статьи, наверняка недоуменно пожмет плечами. Весь опыт классической физики говорит о том, что описание на языке силовых полей и описание на языке потенциалов равносильны. Действительно, можно вспомнить самый простой пример действия гравитации. С одной стороны, мы можем говорить о силе тяжести
    ?
    F
     = ?
    g
     · M, действующей на любое материальное тело (M - масса тела, g- ускорение свободного падения). С другой стороны, можно ввести понятие потенциальной энергии W(Z) = M·g·Z, где Z - координата точки в пространстве, для которой определяется потенциальная энергия (ось координат Z направлена вертикально). Интересно, что потенциальная энергия определяется неоднозначно и зависит от выбора начала отсчета системы координат, а сила определяется однозначно:
    |F| = ?W(Z)
    
    ?Z , где ?W(Z) - приращение потенциальной энергии при небольшом приращении координаты ?Z. Направлена сила в сторону уменьшения потенциала. Неоднозначность потенциала, а также тот факт, что традиционно в уравнения динамики в форме Ньютона входят силы, а не потенциалы, дают некоторый приоритет описанию взаимодействий на языке силы. В то же время даже в рамках классической физики описание гравитационного взаимодействия на языке силы приводит к некоторым проблемам. Действительно, хорошо известно, что масса покоя фотона равна нулю. Казалось бы, фотоны не должны ощущать гравитационное взаимодействие. Эксперименты, однако, ясно свидетельствуют, что, двигаясь в гравитационном поле, фотоны изменяют свою частоту, и это изменение может быть описано выражением, которое впервые вывел А.Эйнштейн: ?? ? = g c2 (Z2-Z1), где ?? - изменение частоты света ? при движении фотона от точки c координатой Z1 до точки c координатой Z2. Эту формулу можно легко вывести, формально вводя массу фотона Mф, вычисленную из знаменитого соотношения ћ? = Mc2:
    Mф = ћ?
    
    c2 и используя закон сохранения энергии, согласно которому изменение энергии фотона равно изменению потенциальной энергии. Учитывая выше перечисленные соотношения, сразу получаем
    ћ?? = Mф· g· (Z2-Z1).
    Хотя это выражение и дает правильный результат для изменения частоты в гравитационном поле, получено оно совершенно формально и не отражает существо физического явления.
    Действительно, фотоны движутся в гравитационном поле с постоянной скоростью, и гравитация не приводит к изменению их скорости, а это значит, что их масса равна нулю. Изменение же частоты фотона связано с различным течением времени в точках пространства с разным гравитационным потенциалом. "Покраснение" фотона при движении вверх очень просто может быть зарегистрировано в земных условиях с помощью метода ядерной гамма - резонансной спектроскопии (описание этих экспериментов можно найти в учебнике физики за 11 класс под редакцией А. А. Пинского).
    Думаю, что этот пример вряд ли мог убедить скептически настроенного читателя в том, что описание на языке полей с точки зрения современной физики является не совсем полным; это значит, что существуют такие физические явления, которые можно понять при описании взаимодействий на языке потенциалов и нельзя понять при введении силовых полей. ............