Relativna masa čestice

Godine 1905. Albert Einstein objavio je svoju teoriju o relativnosti, što je donekle promijenilo pojam znanosti o okolnom svijetu. Na temelju njegovih pretpostavki dobiva se formula relativističke mase.

Posebna teorija relativnosti

Cijela točka je u tome da se u sustavu koji se kreću jedan u odnosu na drugi, svi procesi počinju nešto drugačije. Naime, to se izražava, na primjer, u povećanju mase s povećanjem brzine. Ako je brzina sustava mnogo manja od brzine svjetlosti (υ << c = 3 · 10 ⁸ ), tada te promjene neće biti praktički primjetne, jer će oni nulta. Međutim, ako je brzina kretanja blizu brzine svjetlosti (na primjer, to je desetina brzine svjetlosti), tada će se takvi pokazatelji kao tjelesna težina, dužina i vrijeme bilo kojeg procesa mijenjati. Pomoću sljedećih formula moguće je izračunati ove vrijednosti u pokretnom referentnom sustavu, uključujući masu relativističke čestice.

Ovdje ₀ , m ₀ i t ₀ su duljina tijela, njegova masa i vrijeme procesa u stacionarnom sustavu, a υ je brzina kretanja objekta.

Prema Einsteinovoj teoriji, nijedno tijelo nije sposobno razviti brzinu veću od brzine svjetlosti.

Ostatak misa

Pitanje ostatka mase relativističke čestice nastaje upravo u teoriji relativnosti, kada se masa tijela ili čestice počinje mijenjati kao funkcija brzine. Prema tome, ostatak masa je masa tijela koja se u trenutku mjerenja nalazi u mirovanju (u odsustvu gibanja), tj. Brzina je nula.

Relativna masa tijela je jedan od glavnih parametara u opisu pokreta.

Načelo usklađenosti

Nakon pojave Einsteinove teorije relativnosti, potrebna je neka revizija newtonske mehanike koja se koristi za nekoliko stoljeća, koja više nije mogla biti korištena u razmatranju referentnih okvira koji se kreću brzinom koja je usporediva s brzinom svjetlosti. Stoga je bilo potrebno promijeniti sve jednadžbe dinamike pomoću Lorentzovih transformacija - promjena u koordinatama tijela ili točka i vrijeme procesa pri prijelazu između inercijalnih referentnih okvira. Opis tih transformacija temelji se na činjenici da u svakom inercijskom referentnom okviru svi fizički zakoni djeluju jednako i jednako. Dakle, zakoni prirode ne ovise ni na koji način o izboru referentnog okvira.

Iz Lorentzovih transformacija, izražava se glavni koeficijent relativističke mehanike, koji je gore opisan i zove se slovo α.

Sam po sebi korespondentni princip je dovoljno jednostavan: kaže da svaka nova teorija u nekom konkretnom slučaju donosi iste rezultate kao i prethodna. Naime, u relativističkoj mehanici to se odražava i na činjenici da se pri brzinama koje su mnogo manje od brzine svjetlosti koriste se zakoni klasične mehanike.

Relativna čestica

Relativna čestica je čestica koja se kreće brzinom koja je usporediva s brzinom svjetlosti. Njihov pokret opisan je posebnom teorijom relativnosti. Postoji čak i grupa čestica čije je postojanje moguće samo kad se kreću pri brzini svjetlosti - oni se nazivaju čestice bez mase ili jednostavno bez mase, jer u stanju mirovanja njihova masa je nula, stoga su one jedinstvene čestice koje nemaju analognu varijantu u ne-relativističkoj, klasičnoj mehanici ,

To jest, ostatak mase relativističke čestice može biti nula.

Čestica se može nazvati relativistička ako njegova kinetička energija može biti usporediva s energijom izraženom sljedećom formulom.

Ova formula određuje potrebnu brzinu.

Energija čestice također može biti veća od njegove energije odmora - one se nazivaju ultrarelativistički.

Za opisivanje gibanja takvih čestica koristi se kvantna mehanika u općem slučaju i teorija kvantne polja za opsežniju opisu.

izgled

Takve čestice (i relativističke i ultrarelativne) prirodno postoje samo u kozmičkom zračenju, tj. Zračenju čiji je izvor izvan Zemlje, elektromagnetske prirode. Čovjek, umjetno su stvoreni u posebnim akceleratorima - uz pomoć njih pronađeno je nekoliko desetaka vrsta čestica, a ovaj popis se stalno ažurira. Slična instalacija je primjerice Large Hadron Collider, koji se nalazi u Švicarskoj.

Elektroni koji se pojavljuju u β-propadanju mogu ponekad dostignuti dovoljnu brzinu kako bi ih klasificirali kao relativistički. Relativna masa elektrona također se može naći iz gore navedenih formula.

Koncept mase

Masa u Newtonovoj mehanici ima nekoliko obveznih svojstava:

• Gravitacijska privlačnost tijela proizlazi zbog njihove mase, tj. Izravno ovisi o tome.
• Masa tijela ne ovisi o izboru referentnog okvira i ne mijenja se kada se mijenja.
• Inercija tijela mjeri se njezinom masom.
• Ako je tijelo u sustavu u kojem se ne pojavljuje nikakav proces i koji je zatvoren, onda njegova masa praktički ne mijenja (osim difuznog prijenosa, koji se odvija vrlo sporo u krutinama).
• Masa složenog tijela sastoji se od mase svojih pojedinih dijelova.

Načela relativnosti

• Princip relativnosti Galilea.

Ovo je načelo formulirano za ne-relativističku mehaniku i izraženo je kako slijedi: bez obzira na to jesu li sustavi u mirovanju ili čine li neki pokret, svi procesi u njima nastavljaju se na isti način.

• Princip Einsteinove relativnosti.

Ovo načelo temelji se na dva postulata:

1. Galilejsko načelo relativnosti također se koristi u ovom slučaju. To jest, u bilo kojem apsolutno svi zakoni prirode rade na isti način.
2. Brzina svjetlosti je apsolutno ista u svim referentnim okvirima, bez obzira na brzinu kretanja izvora svjetlosti i zaslona (prijemnik svjetla). Da bi se dokazala ova činjenica, provedeno je nekoliko eksperimenata, što je u potpunosti potvrdilo početno nagađanje.

Misa u relativističkoj i newtonskoj mehanici

• Za razliku od Newtonovske mehanike, u relativističkoj teoriji masa ne može biti mjera količine materijala. A sama relativistička masa određena je nekom opširnijom metodom, ostavljajući to moguće objasniti, na primjer, postojanje čestica bez mase. U relativističkoj mehanici, posebna se pozornost posvećuje energiji, a ne masi - to jest, glavni čimbenik koji određuje bilo koje tijelo ili elementarne čestice je njegova energija ili zamah. Impuls se može naći sljedećom formulom.

• Međutim, masa ostatka čestice je vrlo važna karakteristika - njegova je vrijednost vrlo mali i nestabilan broj, pa su mjerenja prikladna maksimalnom brzinom i točnosti. Ostatak energije čestice može se pronaći sljedećom formulom.

• Slično Newtonovim teorijama, u izoliranom sustavu tjelesna masa je konstantna, tj. Ne mijenja se s vremenom. Također se ne mijenja kada se kreće iz jednog u drugu.
• Nema apsolutno nikakve mjere inercije pokretnog tijela.
• Relativna masa pokretnog tijela nije određena djelovanjem gravitacijskih sila na njemu.
• Ako je masa tijela nula, mora nužno kretati brzinom svjetlosti. Razgovor nije istinit - brzine svjetlosti mogu se postići ne samo bez masivnih čestica.
• Ukupna energija relativističke čestice je moguća uz pomoć sljedećeg izraza:

Priroda mase

Do neko vrijeme u znanosti vjerovalo se da je masa bilo koje čestice uzrokovana elektromagnetskom prirodom, ali je do sada postalo poznato da je na taj način moguće objasniti samo mali dio njega - glavni doprinos je priroda jakih interakcija koje nastaju zbog gluona. Međutim, na taj je način nemoguće objasniti masu desetak čestica čija priroda još nije razjašnjena.

Relativno povećanje mase

Rezultat svih gore opisanih teorema i zakona može se izraziti u prilično razumljivom, iako nevjerojatnom procesu. Ako se jedno tijelo pomiče u odnosu na drugu s bilo kojom brzinom, onda se mijenjaju njegovi parametri i parametri tijela unutar, ako je izvorno tijelo sustav. Naravno, pri malim brzinama to neće biti vidljivo, ali taj će efekt i dalje biti prisutan.

Može se dati jednostavan primjer - drugi put odlazak u vlaku koji se kreće brzinom od 60 km / h. Zatim, prema sljedećoj formuli, izračunava se koeficijent promjene parametara.

Ova formula je također opisana gore. Zamjenjujući sve podatke u njemu (za c ≈ 1 · 10 ⁹ km / h) dobivamo sljedeći rezultat:

Očito, promjena je izuzetno mala i ne mijenja performanse sata tako da je vidljiva.