في عام 1905 ، نشر ألبرت أينشتاين كتابهنظرية النسبية ، التي غيرت إلى حد ما وجهة نظر علم العالم المحيط. استنادا إلى افتراضاته ، تم الحصول على صيغة لكتلة نسبية.
نظرية النسبية الخاصة
بيت القصيد هو أنه في النظمتتحرك بالنسبة لبعضها البعض ، أي عمليات المضي قدما إلى حد ما. يتم التعبير عن هذا على وجه التحديد ، على سبيل المثال ، في زيادة الكتلة مع زيادة في السرعة. إذا كانت سرعة النظام أقل بكثير من سرعة الضوء (υ << c = 3 · 108 ) ، هذه التغييرات لن تكون ملحوظة ،لأنها سوف تميل إلى الصفر. ومع ذلك ، إذا كانت سرعة الحركة قريبة من سرعة الضوء (على سبيل المثال ، تساوي عُشره) ، فإن مؤشرات مثل كتلة الجسم وطولها ووقت أي عملية ستتغير. باستخدام الصيغ التالية ، من الممكن حساب هذه القيم في إطار مرجعي متحرك ، بما في ذلك كتلة جسيم نسبي.
هنا ل0، م0 ور0 - طول الجسم وكتلته ووقت العملية في نظام ثابت ، و υ - سرعة حركة الكائن.
وفقا لنظرية أينشتاين ، لا يمكن لأي جسم أن يصل إلى سرعة أكبر من سرعة الضوء.
بقية الكتلة
مسألة بقية الكتلة من الجسيمات النسبيةينشأ بالضبط في نظرية النسبية ، عندما تبدأ كتلة الجسم أو الجسيم بالتغير حسب السرعة. تبعاً لذلك ، فإن كتلة الباقي هي كتلة الجسم ، والتي تبقى في وقت القياس عند الراحة (في غياب الحركة) ، أي أن سرعتها هي صفر.
كتلة الجسم النسبية هي واحدة من المعالم الرئيسية في وصف الحركة.
مبدأ الامتثال
بعد ظهور نظرية أينشتاين النسبيةاستغرق الأمر بعض المراجعة من الميكانيكا النيوتونية المستخدمة لعدة قرون ، والتي لم يعد من الممكن استخدامها عند النظر في الإطارات المرجعية تتحرك بسرعة مماثلة لسرعة الضوء. لذلك ، كان من الضروري تغيير جميع معادلات الديناميكيات باستخدام تحويلات لورنتز - التغيير في إحداثيات الجسم أو نقطة ووقت العملية أثناء الانتقال بين الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي. ويستند وصف هذه التحولات إلى حقيقة أنه في كل إطار مرجعي بالقصور الذاتي ، تعمل جميع القوانين الفيزيائية بالطريقة نفسها وبالمثل. وبالتالي ، فإن قوانين الطبيعة لا تعتمد بأي حال على اختيار النظام المرجعي.
من التحولات لورنتز ، وأعرب عن معامل الأساسية للميكانيكا النسبية ، والذي هو موضح أعلاه ويسمى الحرف α.
مبدأ المطابقة بحد ذاته بسيط للغايةيقول أن أي نظرية جديدة في حالة معينة ستعطي نفس النتائج مثل السابقة. على وجه التحديد في الميكانيكا النسبية ، ينعكس ذلك من خلال حقيقة أنه في السرعات التي هي أقل بكثير من سرعة الضوء ، يتم استخدام قوانين الميكانيكا الكلاسيكية.
الجسيمات النسبية
الجسيمات النسبية هي جسيم ،الذي يتحرك بسرعة مماثلة لسرعة الضوء. يتم وصف حركتهم من خلال نظرية خاصة للنسبية. هناك حتى مجموعة من الجسيمات التي لا يمكن وجودها إلا عند التحرك بسرعة الضوء - تسمى هذه الجسيمات غير الكتلة أو ببساطة غير الكتلة ، لأن كتلتها عند نقطة الصفر ، لذا فهي جسيمات فريدة ليس لها شكل مماثل في الميكانيكا الكلاسيكية غير النسبية. .
وهذا يعني أن كتلة بقية الجسيمات النسبية يمكن أن تكون صفرا.
يمكن أن يسمى الجسيم نسبيًا ، إذا كانت طاقته الحركية قابلة للمقارنة مع الطاقة ، والتي يتم التعبير عنها بالصيغة التالية.
تحدد هذه الصيغة حالة السرعة المطلوبة.
يمكن أن تكون طاقة الجسيم أيضًا أكثر من طاقتها الباقية - وتسمى هذه الطاقة بـ ultrarelativistic.
لوصف حركة هذه الجسيمات ، يتم استخدام ميكانيكا الكم في الحالة العامة ونظرية المجال الكمي للحصول على وصف أكثر شمولاً.
مظهر
جسيمات مماثلة (على حد سواء النسبية وفي شكلها الطبيعي موجودة فقط في الإشعاع الكوني ، أي ، الإشعاع ، الذي يقع مصدره خارج الأرض ، للطبيعة الكهرومغناطيسية. من قبل رجل ، تم إنشاؤها بشكل مصطنع في مسرعات خاصة - مع مساعدة منهم تم العثور على عدة عشرات من أنواع الجسيمات ، ويتم تحديث هذه القائمة باستمرار. مثل هذا التركيب ، على سبيل المثال ، مصادم الهادرون الكبير ، الموجود في سويسرا.
يمكن أن تظهر الإلكترونات التي تظهر أثناء تسوس also أيضًاتحقق في بعض الأحيان السرعة الكافية لكي تنسبها إلى الطبقة النسبية. يمكن العثور على كتلة الإلكترون النسبية من الصيغ أعلاه.
مفهوم الكتلة
قداس في ميكانيكا نيوتن لديها العديد من الخصائص الإلزامية:
- ينشأ جاذبية الأجسام بسبب كتلتها ، أي أنها تعتمد بشكل مباشر عليها.
- لا يعتمد وزن الجسم على اختيار النظام المرجعي ولا يتغير عندما يتغير.
- يقاس الجمود الجسم من خلال كتلته.
- إذا كان الجسم في نظام فيهلا تحدث أي عمليات والتي يتم إغلاقها ، فإن كتلتها لن تتغير عمليا (باستثناء نقل الانتشار ، والذي يحدث ببطء شديد في المواد الصلبة).
- تتكون كتلة الجسم المركب من كتل أجزاءه الفردية.
مبادئ النسبية
- مبدأ النسبية الجليل.
وقد تم صياغة هذا المبدأ لالميكانيكا غير النسبية ، ويتم التعبير عنها على النحو التالي: بغض النظر عما إذا كانت الأنظمة في حالة راحة أو إجراء أي حركة ، فإن جميع العمليات فيها تسير بالطريقة نفسها.
- مبدأ اينشتاين النسبية.
هذا المبدأ مبني على فكرتين:
- مبدأ الجليل النسبية يستخدم في هذه الحالة. وهذا هو ، في أي SB على الاطلاق تعمل جميع قوانين الطبيعة بنفس الطريقة.
- سرعة الضوء دائمًا وبشكل مطلقالإطارات المرجعية هي نفسها ، بغض النظر عن سرعة حركة مصدر الضوء والشاشة (مستقبل الضوء). لإثبات هذه الحقيقة ، تم إجراء عدد من التجارب ، والتي أكدت تمامًا التخمين الأولي.
كتلة في الميكانيكا النسبية ونيوتون
- على عكس آليات نيوتن ، في النسبيةلا يمكن أن تكون نظرية الكتلة مقياسًا لمقدار المادة. وتتحدد الكتلة النسبية نفسها بطريقة أكثر اتساعًا ، تاركةً من الممكن تفسير ، على سبيل المثال ، وجود جسيمات بدون كتلة. في الميكانيكا النسبية ، يتم إيلاء اهتمام خاص للطاقة بدلاً من الكتلة - أي أن العامل الرئيسي الذي يحدد الجسد أو الجسيم الأولي هو طاقته أو زخمه. يمكن العثور على الدافع عن طريق الصيغة التالية.
- ومع ذلك ، فإن بقية كتلة الجسيماتسمة مهمة جدا - قيمتها هي رقم صغير جدا وغير مستقر ، وبالتالي ، يتم الاقتراب من القياسات بأقصى سرعة ودقة. يمكن العثور على الطاقة المتبقية من الجسيمات عن طريق الصيغة التالية.
- على غرار نظريات نيوتن ، في نظام معزول ، تكون كتلة الجسم ثابتة ، أي أنها لا تتغير بمرور الوقت. كما أنه لا يتغير عند الانتقال من CO إلى آخر.
- لا يوجد أي مقياس على الإطلاق لقصور الجسم المتحرك.
- لا يتم تحديد الكتلة النسبية لجسم متحرك بفعل قوى الجاذبية عليه.
- إذا كانت كتلة الجسم تساوي صفرًا ، فيجب بالضرورة أن تتحرك بسرعة الضوء. العكس ليس صحيحًا - لا تصل الجسيمات عديمة الكتلة فقط إلى سرعة الضوء.
- الطاقة الكلية للجسيم النسبي ممكنة باستخدام التعبير التالي:
طبيعة الكتلة
حتى وقت ما في العلم كان يعتقد ذلكترجع كتلة أي جسيم إلى الطبيعة الكهرومغناطيسية ، ولكن أصبح من المعروف الآن أنه بهذه الطريقة يمكن تفسير جزء صغير منها فقط - الإسهام الرئيسي هو طبيعة التفاعلات القوية الناشئة عن الغلوونات. ومع ذلك ، لا يمكن لهذه الطريقة تفسير كتلة عشرة جسيمات ، والتي لم يتم توضيح طبيعتها بعد.
زيادة الكتلة النسبية
نتيجة كل النظريات والقوانين المذكورة أعلاهيمكن التعبير عنها بطريقة مفهومة إلى حد ما ، وإن كانت عملية مفاجئة. إذا كان جسم ما يتحرك بالنسبة إلى آخر بأي سرعة ، فإن معلماته ومعاييره الخاصة بالأجسام بالداخل ، إذا كان الجسم الأصلي عبارة عن نظام ، تتغير. بالطبع ، عند السرعات المنخفضة لن يكون هذا ملحوظًا ، لكن هذا التأثير سيظل موجودًا.
يمكن الاستشهاد بمثال بسيط - انتهاء صلاحية آخر للوقت في قطار يتحرك بسرعة 60 كم / ساعة. ثم يتم حساب معامل تغيير المعلمة باستخدام الصيغة التالية.
تم وصف هذه الصيغة أيضًا أعلاه. استبدال جميع البيانات فيه (لـ c ≈ 1 109 km / h) ، تحصل على النتيجة التالية:
من الواضح أن التغيير صغير للغاية ولا يغير الساعة بطريقة ملحوظة.
