1905 m. Albertas Einšteinas paskelbė savo reliatyvumo teoriją, kuri šiek tiek pakeitė mokslo supratimą apie mus supantį pasaulį. Remiantis jo prielaidomis, buvo gauta reliatyvistinės masės formulė.
Specialusis reliatyvumas
Esmė ta, kad sistemose, kurios juda viena kitos atžvilgiu, bet kokie procesai vyksta šiek tiek skirtingai. Tiksliau, tai išreiškiama, pavyzdžiui, masės padidėjimu didėjant greičiui. Jei sistemos greitis yra daug mažesnis už šviesos greitį (υ << c=3 108), tada šie pokyčiai praktiškai nebus pastebimi, nes jie bus linkę į nulį. Tačiau jei judėjimo greitis artimas šviesos greičiui (pavyzdžiui, lygus vienai jo dešimtajai daliai), tuomet pasikeis tokie rodikliai kaip kūno masė, jo ilgis ir bet kokio proceso laikas. Naudojant šias formules, galima apskaičiuoti šias vertes judančiame atskaitos rėmelyje, įskaitant reliatyvistinės dalelės masę.
Čia l0, m0 ir t0 - kūno ilgis, jo masė ir proceso laikas stacionarioje sistemoje, o υ yra objekto greitis.
Pagal Einšteino teoriją, joks kūnas negali įsibėgėti greičiau nei šviesos greitis.
Poilsio masė
Klausimas apie reliatyvistinės dalelės likusią masę kyla būtent reliatyvumo teorijoje, kai kūno ar dalelės masė pradeda keistis priklausomai nuo greičio. Atitinkamai, ramybės masė yra kūno masė, kuri matavimo momentu yra ramybės būsenoje (nesant judėjimo), ty jo greitis lygus nuliui.
Reliatyvistinė kūno masė yra vienas iš pagrindinių judėjimą apibūdinančių parametrų.
Atitikties principas
Atsiradus Einšteino reliatyvumo teorijai, reikėjo šiek tiek peržiūrėti kelis šimtmečius naudotą Niutono mechaniką, kuri nebegalėjo būti naudojama svarstant atskaitos sistemas, judančias greičiu, panašiu į šviesos greitį. Todėl reikėjo pakeisti visas dinamikos lygtis naudojant Lorenco transformacijas – kūno koordinačių arba taško ir proceso laiko pasikeitimą pereinant tarp inercinių atskaitos sistemų. Šių transformacijų aprašymas grindžiamas tuo, kad kiekvienoje inercinėje atskaitos sistemoje visi fizikiniai dėsniai veikia vienodai ir vienodai. Taigi gamtos dėsniai jokiu būdu nepriklauso nuo atskaitos sistemos pasirinkimo.
Iš Lorenco transformacijų išreiškiamas pagrindinis reliatyvistinės mechanikos koeficientas, kuris aprašytas aukščiau ir vadinamas raide α.
Pats atitikimo principas yra gana paprastas – jis sako, kad bet kokia nauja teorija tam tikru konkrečiu atveju duos tokius pačius rezultatus kaipankstesnis. Tiksliau, reliatyvistinėje mechanikoje tai atsispindi tuo, kad esant greičiui, kuris yra daug mažesnis už šviesos greitį, taikomi klasikinės mechanikos dėsniai.
Reliatyvistinė dalelė
Reliatyvistinė dalelė yra dalelė, kuri juda greičiu, panašiu į šviesos greitį. Jų judėjimą apibūdina specialioji reliatyvumo teorija. Yra net grupė dalelių, kurių egzistavimas įmanomas tik judant šviesos greičiu - tai vadinamos dalelėmis be masės arba tiesiog bemasės, nes ramybės būsenoje jų masė lygi nuliui, todėl tai yra unikalios dalelės, neturinčios analogiško pasirinkimo. -reliatyvistinė, klasikinė mechanika.
Tai yra, likusi reliatyvistinės dalelės masė gali būti lygi nuliui.
Dalelė gali būti vadinama reliatyvistine, jei jos kinetinę energiją galima palyginti su energija, išreikšta pagal šią formulę.
Ši formulė nustato reikiamą greičio sąlygą.
Dalelės energija taip pat gali būti didesnė už jos ramybės energiją – tai vadinama ultrareliatyvistine.
Norint apibūdinti tokių dalelių judėjimą, kvantinė mechanika naudojama bendruoju atveju, o kvantinio lauko teorija plačiau aprašyti.
Išvaizda
Panašios dalelės (ir reliatyvistinės, ir ultrareliatyvistinės) savo natūralia forma egzistuoja tik kosminėje spinduliuotėje, ty spinduliuotėje, kurios š altinis yra už Žemės, elektromagnetinio pobūdžio. Juos dirbtinai sukuria žmogus.specialiuose greitintuvuose – jų pagalba buvo rasta keliasdešimt rūšių dalelių, šis sąrašas nuolat atnaujinamas. Toks įrenginys yra, pavyzdžiui, didelis hadronų greitintuvas, esantis Šveicarijoje.
Elektronai, atsirandantys β skilimo metu, taip pat kartais gali pasiekti pakankamai greitį, kad būtų galima priskirti juos reliatyvistiniams. Reliatyvistinę elektrono masę taip pat galima rasti naudojant nurodytas formules.
Masės samprata
Masė Niutono mechanikoje turi keletą privalomų savybių:
- Kūnų gravitacinis potraukis kyla iš jų masės, tai yra, nuo jos tiesiogiai priklauso.
- Kūno masė nepriklauso nuo atskaitos sistemos pasirinkimo ir nesikeičia jai keičiantis.
- Kūno inercija matuojama pagal jo masę.
- Jei kūnas yra sistemoje, kurioje nevyksta jokie procesai ir kuri yra uždara, tai jo masė praktiškai nesikeis (išskyrus difuzijos perdavimą, kuris kietosioms medžiagoms vyksta labai lėtai).
- Sudėtinio kūno masę sudaro atskirų jo dalių masės.
Reliatyvumo principai
Galilėjos reliatyvumo principas
Šis principas buvo suformuluotas nereliatyvistinei mechanikai ir išreiškiamas taip: nepriklausomai nuo to, ar sistemos yra ramybės būsenoje, ar jos daro kokį nors judėjimą, visi procesai jose vyksta vienodai.
Einšteino reliatyvumo principas
Šis principas pagrįstas dviem postulatais:
- Galileo reliatyvumo principastaip pat naudojamas šiuo atveju. Tai yra, bet kuriame CO absoliučiai visi gamtos dėsniai veikia vienodai.
- Šviesos greitis absoliučiai visada ir visose atskaitos sistemose yra vienodas, nepaisant šviesos š altinio ir ekrano (šviesos imtuvo) greičio. Norint įrodyti šį faktą, buvo atlikta daugybė eksperimentų, kurie visiškai patvirtino pradinį spėjimą.
Masė reliatyvistinėje ir Niutono mechanikoje
Skirtingai nei Niutono mechanika, reliatyvistinėje teorijoje masė negali būti medžiagos kiekio matas. Taip, ir pati reliatyvistinė masė apibrėžiama kiek plačiau, paliekant galimybę paaiškinti, pavyzdžiui, dalelių be masės egzistavimą. Reliatyvistinėje mechanikoje ypatingas dėmesys skiriamas energijai, o ne masei – tai yra pagrindinis veiksnys, lemiantis bet kurį kūną ar elementariąją dalelę, yra jo energija arba impulsas. Impulsą galima rasti naudojant šią formulę
Tačiau likusi dalelės masė yra labai svarbi charakteristika – jos reikšmė yra labai mažas ir nestabilus skaičius, todėl matavimai atliekami maksimaliai greitai ir tiksliai. Likusią dalelės energiją galima rasti pagal šią formulę
- Panašiai kaip Niutono teorijose, izoliuotoje sistemoje kūno masė yra pastovi, tai yra, laikui bėgant nekinta. Jis taip pat nesikeičia perėjus iš vieno CO į kitą.
- Nėra jokio inercijos matojudantis kūnas.
- Reliatyvistinė judančio kūno masė nėra nulemta gravitacinių jėgų įtakos jam.
- Jei kūno masė lygi nuliui, jis turi judėti šviesos greičiu. Priešingai – ne tik bemasės dalelės gali pasiekti šviesos greitį.
- Suminė reliatyvistinės dalelės energija galima naudojant šią išraišką:
Masės pobūdis
Iki tam tikro laiko moksle buvo manoma, kad bet kurios dalelės masė atsiranda dėl elektromagnetinės prigimties, tačiau dabar jau tapo žinoma, kad tokiu būdu galima paaiškinti tik nedidelę jos dalį – pagrindinę indėlį įneša stiprios sąveikos, kylančios iš gliuonų, prigimtis. Tačiau šiuo metodu negalima paaiškinti keliolikos dalelių masės, kurių pobūdis dar nebuvo išaiškintas.
Reliatyvistinis masės padidėjimas
Visų aukščiau aprašytų teoremų ir dėsnių rezultatas gali būti išreikštas gana suprantamu, nors ir stebinančiu procesu. Jei vienas kūnas juda kito atžvilgiu bet kokiu greičiu, tai jo parametrai ir viduje esančių kūnų parametrai, jei pirminis kūnas yra sistema, pasikeičia. Žinoma, važiuojant mažu greičiu to praktiškai nebus pastebima, tačiau šis efektas vis tiek išliks.
Galima pateikti paprastą pavyzdį – kitam pritrūksta laiko traukinyje, važiuojančiame 60 km/h greičiu. Tada pagal šią formulę apskaičiuojamas parametro kitimo koeficientas.
Ši formulė taip pat aprašyta aukščiau. Pakeisdami į jį visus duomenis (kai c ≈ 1 109 km/h), gauname tokį rezultatą:
Akivaizdu, kad pokytis yra labai mažas ir nekeičia laikrodžio taip, kad būtų pastebima.
