În 1905, Albert Einstein și-a publicat teoria relativității, care a schimbat oarecum înțelegerea științei despre lumea din jurul nostru. Pe baza ipotezelor sale, a fost obținută formula masei relativiste.
Relativitate specială
Ideea este că în sistemele care se mișcă unul față de celăl alt, orice proces decurge oarecum diferit. Mai exact, acest lucru este exprimat, de exemplu, printr-o creștere a masei cu o creștere a vitezei. Dacă viteza sistemului este mult mai mică decât viteza luminii (υ << c=3 108), atunci aceste modificări practic nu vor fi vizibile, deoarece vor tinde spre zero. Cu toate acestea, dacă viteza de mișcare este aproape de viteza luminii (de exemplu, egală cu o zecime din aceasta), atunci se vor schimba indicatori precum masa corporală, lungimea acesteia și timpul oricărui proces. Folosind următoarele formule, este posibil să se calculeze aceste valori într-un cadru de referință în mișcare, inclusiv masa unei particule relativiste.
Aici l0, m0 și t0 - lungimea corpului, masa sa și timpul de proces într-un sistem staționar, iar υ este viteza obiectului.
Conform teoriei lui Einstein, niciun corp nu poate accelera mai repede decât viteza luminii.
Masa de odihnă
Întrebarea masei în repaus a unei particule relativiste apare tocmai în teoria relativității, când masa unui corp sau a unei particule începe să se schimbe în funcție de viteză. În consecință, masa în repaus este masa corpului, care în momentul măsurării este în repaus (în absența mișcării), adică viteza sa este zero.
Masa relativistă a unui corp este unul dintre principalii parametri în descrierea mișcării.
Principiul de conformitate
După apariția teoriei relativității a lui Einstein, a fost necesară o oarecare revizuire a mecanicii newtoniene utilizate timp de câteva secole, care nu a mai putut fi folosită atunci când se iau în considerare sistemele de referință care se mișcau cu o viteză comparabilă cu viteza luminii. Prin urmare, a fost necesar să se schimbe toate ecuațiile dinamicii folosind transformări Lorentz - o schimbare a coordonaților unui corp sau punct și timp al procesului în timpul tranziției între cadrele de referință inerțiale. Descrierea acestor transformări se bazează pe faptul că în fiecare cadru inerțial de referință toate legile fizice funcționează în mod egal și egal. Astfel, legile naturii nu depind în niciun caz de alegerea cadrului de referință.
Din transformările Lorentz se exprimă principalul coeficient al mecanicii relativiste, care este descris mai sus și se numește litera α.
Principiul corespondenței în sine este destul de simplu - spune că orice teorie nouă într-un anumit caz va da aceleași rezultate ca șianterior. Mai exact, în mecanica relativistă, acest lucru este reflectat de faptul că la viteze care sunt mult mai mici decât viteza luminii, sunt folosite legile mecanicii clasice.
particulă relativistă
O particulă relativistă este o particulă care se mișcă cu o viteză comparabilă cu viteza luminii. Mișcarea lor este descrisă de teoria relativității speciale. Există chiar și un grup de particule a căror existență este posibilă numai atunci când se mișcă cu viteza luminii - acestea se numesc particule fără masă sau pur și simplu fără masă, deoarece în repaus masa lor este zero, prin urmare, acestea sunt particule unice care nu au nicio opțiune analogă în non. -relatistă, mecanică clasică.
Adică, masa în repaus a unei particule relativiste poate fi zero.
O particulă poate fi numită relativistă dacă energia sa cinetică poate fi comparată cu energia exprimată prin următoarea formulă.
Această formulă determină condiția de viteză necesară.
Energia unei particule poate fi, de asemenea, mai mare decât energia ei de repaus - acestea se numesc ultrarelativiste.
Pentru a descrie mișcarea unor astfel de particule, mecanica cuantică este folosită în cazul general și teoria cuantică a câmpului pentru o descriere mai extinsă.
Aspect
Particule similare (atât relativiste, cât și ultrarelativiste) în forma lor naturală există doar în radiațiile cosmice, adică radiațiile a căror sursă se află în afara Pământului, de natură electromagnetică. Ele sunt create artificial de om.în acceleratoare speciale - cu ajutorul acestora, au fost găsite câteva zeci de tipuri de particule, iar această listă este actualizată în mod constant. O astfel de instalație este, de exemplu, Large Hadron Collider situat în Elveția.
Electronii care apar în timpul dezintegrarii β pot atinge uneori o viteză suficientă pentru a-i clasifica drept relativiști. Masa relativistă a unui electron poate fi găsită și folosind formulele indicate.
Conceptul de masă
Masa în mecanica newtoniană are câteva proprietăți obligatorii:
- Atracția gravitațională a corpurilor apare din masa lor, adică depinde direct de aceasta.
- Masa corpului nu depinde de alegerea sistemului de referință și nu se modifică atunci când se modifică.
- Inerția unui corp este măsurată prin masa acestuia.
- Dacă corpul se află într-un sistem în care nu au loc procese și care este închis, atunci masa sa practic nu se va modifica (cu excepția transferului de difuzie, care este foarte lent pentru solide).
- Masa unui corp compus este alcătuită din masele părților sale individuale.
Principii ale relativității
Principiul galilean al relativității
Acest principiu a fost formulat pentru mecanica non-relativistă și se exprimă astfel: indiferent dacă sistemele sunt în repaus sau dacă fac vreo mișcare, toate procesele din ele decurg în același mod.
Principiul relativității lui Einstein
Acest principiu se bazează pe două postulate:
- Principiul relativității al lui Galileoeste folosit și în acest caz. Adică, în orice CO, absolut toate legile naturii funcționează în același mod.
- Viteza luminii este absolut întotdeauna și în toate sistemele de referință aceeași, indiferent de viteza sursei de lumină și a ecranului (receptorul de lumină). Pentru a demonstra acest fapt, au fost efectuate o serie de experimente, care au confirmat pe deplin presupunerea inițială.
Masa în mecanica relativistă și newtoniană
Spre deosebire de mecanica newtoniană, în teoria relativistă, masa nu poate fi o măsură a cantității de material. Da, iar masa relativistă în sine este definită într-un mod mai extins, lăsând posibil să se explice, de exemplu, existența particulelor fără masă. În mecanica relativistă, o atenție deosebită este acordată energiei mai degrabă decât masei - adică principalul factor care determină orice corp sau particulă elementară este energia sau impulsul acestuia. Elanul poate fi găsit folosind următoarea formulă
Cu toate acestea, masa în repaus a unei particule este o caracteristică foarte importantă - valoarea sa este un număr foarte mic și instabil, astfel încât măsurătorile sunt abordate cu viteză și precizie maximă. Energia de repaus a unei particule poate fi găsită folosind următoarea formulă
- Asemănător teoriilor lui Newton, într-un sistem izolat, masa unui corp este constantă, adică nu se modifică în timp. De asemenea, nu se schimbă atunci când treceți de la un CO la altul.
- Nu există absolut nicio măsură a inerțieicorp în mișcare.
- Masa relativistă a unui corp în mișcare nu este determinată de influența forțelor gravitaționale asupra acestuia.
- Dacă masa unui corp este zero, atunci acesta trebuie să se miște cu viteza luminii. Reversul nu este adevărat - nu numai particulele fără masă pot atinge viteza luminii.
- Energia totală a unei particule relativiste este posibilă folosind următoarea expresie:
Natura masei
Până la un timp în știință se credea că masa oricărei particule se datorează naturii electromagnetice, dar până acum a devenit cunoscut că în acest fel este posibil să se explice doar o mică parte din ea - principala contribuția este adusă de natura interacțiunilor puternice care decurg din gluoni. Cu toate acestea, această metodă nu poate explica masa unei duzini de particule, a căror natură nu a fost încă elucidată.
Creștere relativistică a masei
Rezultatul tuturor teoremelor și legilor descrise mai sus poate fi exprimat într-un proces destul de ușor de înțeles, deși surprinzător. Dacă un corp se mișcă față de altul cu orice viteză, atunci parametrii săi și parametrii corpurilor din interior, dacă corpul original este un sistem, se schimbă. Desigur, la viteze mici, acest lucru practic nu va fi observabil, dar acest efect va fi în continuare prezent.
Se poate da un exemplu simplu - un altul care rămâne fără timp într-un tren care se deplasează cu o viteză de 60 km/h. Apoi, conform formulei următoare, se calculează coeficientul de modificare a parametrului.
Această formulă a fost, de asemenea, descrisă mai sus. Înlocuind toate datele în el (pentru c ≈ 1 109 km/h), obținem următorul rezultat:
Evident că schimbarea este extrem de mică și nu schimbă ceasul într-un mod care este vizibil.
