Masa relativistă a unei particule

În 1905, Albert Einstein și-a publicat teoria relativității, care a schimbat oarecum ideea științei lumii înconjurătoare. Pe baza ipotezelor sale, a fost obținută formula de masă relativistă.

Teoria specială a relativității

Întregul punct este că în sistemele care se mișcă unul față de celălalt, orice proces are loc într-o oarecare măsură. În mod specific, acest lucru este exprimat, de exemplu, în creșterea masei cu viteză în creștere. Dacă viteza de mișcare a sistemului este mult mai mică decât viteza luminii (upsilon- << c = 3 middot- 10⁸ ), atunci aceste modificări nu vor fi practic observabile, deoarece acestea vor tinde la zero. Cu toate acestea, dacă viteza de mișcare este apropiată de viteza luminii (de exemplu, este egală cu o zecime), atunci indicatorii cum ar fi masa corporală, lungimea și timpul oricărui proces se vor schimba. Cu ajutorul următoarelor formule, este posibilă calcularea acestor valori într-un cadru de referință în mișcare, inclusiv masa unei particule relativiste.

Aici l₀, m₀ și t₀ - Lungimea corpului, masa acestuia și timpul procesului în sistemul staționar și upsilon- - viteza obiectului.

Conform teoriei lui Einstein, niciun corp nu este capabil să dezvolte o viteză mai mare decât viteza luminii.

Restul maselor

Problema masei de odihnă a unei particule relativiste apare tocmai în teoria relativității, atunci când masa unui corp sau a unei particule începe să se schimbe ca o funcție a vitezei. În consecință, masa de odihnă este masa corpului, care la momentul măsurării este conținut în repaus (în absența mișcării), adică viteza sa este zero.

Masa relativistă a corpului este unul dintre parametrii principali ai descrierii mișcării.

Principiul conformității

După apariția teoriei lui Einstein necesita unele de revizuire folosite pentru mai multe secole mecanicii newtoniene, care nu au putut fi utilizate atunci când se analizează cadrele de referință, se deplasează cu o viteză comparabilă cu viteza luminii. Prin urmare, tot ce a luat pentru a schimba dinamic ecuațiile folosind transformarea Lorentz - corpul de coordonate sau un punct și timpul de schimbare, atunci când procesul de tranziție între sistemele de referință inerțiale. Descrierea acestor transformări se bazează pe faptul că în fiecare cadru inerțial de referință toate legile fizice funcționează identic și în mod egal. Astfel, legile naturii nu depind deloc de alegerea cadrului de referință.

Din transformările Lorentz, principalul coeficient de mecanică relativistă, care este descris mai sus și se numește litera alfa-.

Principiul corespondenței în sine este suficient de simplu - spune că orice teorie nouă într-un caz special va da aceleași rezultate ca și cea precedentă. Mai exact, în mecanica relativistă, acest lucru este reflectat de faptul că, la viteze mult mai mici decât viteza luminii, se folosesc legile mecanicii clasice.

Particula relativistă

O particulă relativistă este o particulă care se mișcă la o viteză comparabilă cu viteza luminii. Mișcarea lor este descrisă de o teorie specială a relativității. Există chiar și un grup de particule a căror existență este posibilă numai în timpul conducerii cu viteza luminii - acestea sunt numite particule fără masă sau doar fără masă, din moment ce restul masei este zero, deci este particule unice, care nu au nici opțiuni similare în non-relativiste, mecanicii clasice .

Adică, masa restului particulei relativiste poate fi egală cu zero.

O particulă poate fi numită relativistă dacă energia ei cinetică poate fi comparabilă cu energia exprimată de următoarea formulă.

Această formulă determină condiția de viteză necesară.

Energia unei particule poate fi, de asemenea, mai mare decât energia de odihnă - acestea sunt numite ultrarelativiste.

Pentru a descrie mișcarea unor astfel de particule, se folosesc mecanica cuantică în cazul general și teoria câmpului cuantic pentru o descriere mai amplă.

apariție

Astfel de particule (relativiste și ultra-relativiste) există în formă naturală numai în radiația cosmică, adică radiație, a cărei sursă este în afara naturii electromagnetic al Pământului. Omule, acestea sunt create în mod artificial în acceleratoare speciale - folosindu-le ca o duzină de câteva tipuri de particule au fost găsite, iar această listă este actualizată în mod constant. O instalare similară este, de exemplu, Large Hadron Collider, situat în Elveția.

Urmează la beta, electronii pot ajunge uneori la o viteză suficientă pentru a le clasifica drept relativisti. Masa relativistă a electronului poate fi găsită și din formulele de mai sus.

Conceptul de masă

Masa din mecanica lui Newton are câteva proprietăți obligatorii:

• Atracția gravitațională a corpurilor apare din cauza masei lor, care depinde direct de ea.
• Masa corpului nu depinde de alegerea cadrului de referință și nu se schimbă odată cu schimbarea sa.
• Inerția corpului este măsurată prin masa sa.
• Dacă corpul se află într-un sistem în care nu au loc procese și care este închis, atunci masa sa nu se va schimba practic (cu excepția transferului de difuzie, care are loc foarte încet în solide).
• Masa unui corp compozit constă în masele părților sale individuale.

Principiile relativității

• Principiul relativității lui Galileo.

Acest principiu a fost formulat pentru mecanică non-relativistă, și este exprimată după cum urmează: indiferent dacă sistemul este în repaus, sau face orice mișcare, toate procesele din ele proceda în același mod.

• Principiul relativității lui Einstein.

Acest principiu se bazează pe două postulate:

1. Principiul Relativității Galileene este folosit și în acest caz. Adică, în orice SO, toate legile naturii funcționează în același mod.
2. Viteza luminii este absolut întotdeauna aceeași în toate cadrele de referință, indiferent de viteza de mișcare a sursei de lumină și a ecranului (receptorul luminii). Pentru a dovedi acest lucru, au fost efectuate mai multe experimente, ceea ce a confirmat complet ghicitul inițial.

Masă în mecanica relativistă și newtoniană

• Spre deosebire de mecanica newtoniană, în teoria relativistă masa nu poate fi o măsură a cantității de material. Masa relativistă în sine este determinată de o metodă mai extinsă, lăsând astfel posibilă explicarea, de exemplu, a existenței particulelor fără masă. În mecanica relativistă, o atenție specială este acordată mai degrabă energiei decât masei - adică principalul factor care determină orice organism sau particulă elementară este energia sau impulsul său. Impulsul poate fi găsit prin următoarea formulă.

• Cu toate acestea, masa de odihnă a particulelor este o caracteristică foarte importantă - valoarea sa este un număr foarte mic și instabil, astfel încât măsurătorile sunt abordate cu viteza maximă și acuratețea. Energia de odihnă a particulei poate fi găsită prin următoarea formulă.

• Similar cu teoriile lui Newton, într-un sistem izolat masa corporală este constantă, adică nu se schimbă odată cu timpul. De asemenea, nu se schimbă atunci când se trece de la un CO la altul.
• Nu există absolut nici o măsură de inerție a corpului în mișcare.
• Masa relativistă a unui corp în mișcare nu este determinată de acțiunea forțelor gravitaționale asupra ei.
• Dacă masa corpului este zero, atunci trebuie să se miște în mod necesar cu viteza luminii. Conversia nu este adevărată - vitezele luminii pot fi atinse nu numai prin particule fără masă.
• Energia totală a unei particule relativiste este posibilă cu ajutorul următoarei expresii:

Natura masei

Până de curând, știința sa crezut că masa tuturor particulelor este cauzată de natură electromagnetică, dar până în prezent a devenit cunoscut faptul că, în acest fel este posibil să se explice doar o mică parte din ea - este principala contribuție vine de la natura interacțiunii puternice, care rezultă din gluoni. Cu toate acestea, această metodă nu poate fi explicată prin masa de o duzină de particule, natura care nu a fost încă elucidat.

Creșterea relativistă a masei

Rezultatul tuturor teoremelor și legilor descrise mai sus poate fi exprimat într-un proces destul de ușor de înțeles, deși uimitor. Dacă un corp se mișcă relativ la altul cu orice viteză, atunci parametrii și parametrii corpurilor care sunt în interior, dacă corpul original este un sistem, se schimbă. Desigur, la viteze mici, acest lucru nu va fi vizibil, dar acest efect va fi în continuare prezent.

Se poate da un exemplu simplu - o altă dată într-un tren care se deplasează cu o viteză de 60 km / h. Apoi, conform următoarei formule, se calculează coeficientul de modificare a parametrilor.

Această formulă a fost, de asemenea, descrisă mai sus. Înlocuind toate datele în el (cu c asymp- 1middot-10⁹ km / h), obținem următorul rezultat:

Evident, schimbarea este extrem de mică și nu modifică performanțele orelor astfel încât să fie vizibilă.