Когнитивни факти за всичко / образуване / Релативистка маса на частиците

Релативистична маса на частиците

През 1905 г. Алберт Айнщайн публикува своетотеорията на относителността, която леко промени представата на науката за света. Въз основа на неговите предположения е получена формулата на релативистката маса.

Специална теория на относителността

Целият смисъл е, че в системите,движейки се един към друг, всички процеси протичат някак по различен начин. По-конкретно, това се изразява например в увеличаване на масата с увеличаване на скоростта. Ако скоростта на системата е много по-малка от скоростта на светлината (υ << c = 3 · 10⁸ ), тези промени практически не се забелязват,тъй като те ще имат тенденция към нула. Ако обаче скоростта на движение е близка до скоростта на светлината (например равна на една десета от нея), тогава индикатори като телесно тегло, дължината и времето на всеки процес ще се променят. Използвайки следните формули, е възможно да се изчислят тези стойности в движеща се референтна рамка, включително масата на релативистична частица.

Тук аз₀, м₀ и t₀ е дължината на тялото, неговата маса и времето на процеса във фиксирана система, а υ е скоростта на обекта.

Според теорията на Айнщайн никое тяло не е в състояние да развие скорост, по-голяма от скоростта на светлината.

Маса за почивка

Въпросът за останалата маса на релативистка частицавъзниква именно в теорията на относителността, когато масата на тяло или частица започва да се променя в зависимост от скоростта. Съответно масата на покой се нарича масата на тялото, която по време на измерване се поддържа в покой (при липса на движение), тоест скоростта му е нула.

Релативистката телесна маса е един от основните параметри при описанието на движението.

Принцип на съответствие

След появата на теорията на относителността на Айнщайнтова изисква известна ревизия на нютоновата механика, използвана в продължение на няколко века, която вече не може да се използва, когато се разглеждат референтни рамки, движещи се със скорост, сравнима със скоростта на светлината. Следователно, беше необходимо да се променят всички уравнения на динамиката, използвайки преобразуванията на Лоренц - промяна на координатите на тяло или точка и време на процес по време на прехода между инерционните референтни системи. Описанието на тези трансформации се основава на факта, че във всеки инерционен референтен кадър всички физически закони работят еднакво и еднакво. Така законите на природата по никакъв начин не зависят от избора на референтна рамка.

От преобразуванията на Лоренц се изразява основният коефициент на релативистката механика, който е описан по-горе и се нарича буквата α.

Самият принцип за кореспонденция е доста прост - тойказва, че всяка нова теория в конкретен конкретен случай ще даде същите резултати като предишната. По-конкретно, в релативистката механика това се отразява във факта, че при скорости, които са много по-малки от скоростта на светлината, се използват законите на класическата механика.

Релативистка частица

Релативистка частица се нарича частица, т.е.която се движи със скорост, сравнима със скоростта на светлината. Движението им се описва от специална теория на относителността. Има дори група частици, чието съществуване е възможно само при движение със скоростта на светлината - такива се наричат частици без маса или просто без маса, защото в покой масата им е нула, следователно те са уникални частици, които нямат аналогичен вариант в нерелативистката, класическа механика ,

Тоест, останалата маса на релативистична частица може да бъде равна на нула.

Една частица може да се нарече релативистка, ако нейната кинетична енергия може да бъде сравнима с енергията, изразена със следната формула.

Тази формула определя необходимото условие за скорост.

Енергията на частиците също може да бъде по-голяма от енергията й на покой - това се нарича ултрарелативистка.

За да се опише движението на такива частици, се използва квантовата механика в общия случай и теорията на квантовото поле за по-обширно описание.

вид

Подобни частици (както релативистични, така иултрарелативистични) в естествения си вид съществуват само в космическото излъчване, тоест радиация, чийто източник е извън Земята, от електромагнитна природа. Като човек те са създадени изкуствено в специални ускорители - с помощта на тях са открити няколко десетки видове частици и този списък постоянно се актуализира. Подобна инсталация е например Големият адронов колайдер, разположен в Швейцария.

Електрони, появяващи се по време на β разпад, също могатпонякога постигат достатъчна скорост, за да ги класифицират като релативистки. Релативистката маса на електрон може да бъде намерена и чрез посочените формули.

Масова концепция

Масата в нютоновата механика има няколко основни свойства:

Гравитационното привличане на телата възниква от тяхната маса, т.е. директно зависи от нея.
Телесната маса не зависи от избора на референтна система и не се променя, когато се промени.
Инерцията на едно тяло се измерва с неговата маса.
Ако тялото е в система, в коятоне се случват процеси и който е затворен, масата му практически няма да се промени (с изключение на дифузионното предаване, което в твърди частици протича много бавно).
Масата на съставно тяло е съставена от масите на отделните му части.

Принципи на относителността

Принципът на относителността Галилей.

Този принцип е формулиран занерелативистка механика и се изразява по следния начин: независимо дали системите са в покой или извършват някакво движение, всички процеси в тях протичат по същия начин.

Принципът на относителността на Айнщайн.

Този принцип се основава на два постулата:

В този случай се използва и принципът на относителността на Галилей. Тоест във всеки CO абсолютно всички природни закони работят по един и същи начин.
Скоростта на светлината е абсолютно винаги и във всичкореферентните рамки са еднакви, независимо от скоростта на движение на източника на светлина и екрана (светлинния приемник). За да се докаже този факт, бяха проведени редица експерименти, които напълно потвърдиха първоначалното предположение.

Маса в релативистката и нютонова механика

За разлика от нютоновата механика, в релативисткатаНа теория масата не може да бъде мярка за количеството материал. А самата релативистка маса се определя по някакъв по-обширен начин, оставяйки възможно да се обясни например съществуването на частици без маса. В релативистката механика се обръща специално внимание на енергията, а не на масата - тоест основният фактор, определящ всяко тяло или елементарна частица, е неговата енергия или импулс. Инерцията може да бъде намерена по следната формула.

В този случай обаче масата на покой на частицата емного важна характеристика - стойността му е много малко и нестабилно число, така че измерванията се извършват с максимална скорост и точност. Останалата енергия на частица може да бъде намерена по следната формула.

Подобно на теориите на Нютон, в изолирана система телесната маса е постоянна, тоест не се променя с времето. Също така не се променя при преминаване от един CO към друг.
Няма абсолютно никаква мярка за инерцията на движещо се тяло.
Релативистката маса на движещо се тяло не се определя от действието на гравитационни сили върху него.
Ако масата на тялото е нула, то то непременно трябва да се движи със скоростта на светлината. Обратното твърдение не е вярно - не само безмасовите частици могат да достигнат скоростта на светлината.
Общата енергия на релативистка частица е възможна, използвайки следния израз:

Естеството на масата

До известно време в науката се смяташе, чемасата на която и да е частица се дължи на електромагнитната природа, но досега стана известно, че по този начин е възможно да се обясни само малка част от нея - основният принос е от естеството на силните взаимодействия, произтичащи от глуоните . Този метод обаче не може да обясни масата на десет частици, чиято природа все още не е изяснена.

Релативистко увеличение на масата

Резултатът от всички описани по-горе теореми и закониможе да се изрази в доста разбираем, макар и изненадващ процес. Ако едно тяло се движи спрямо друго с някаква скорост, тогава неговите параметри и параметрите на телата вътре, ако оригиналното тяло е система, се променят. Разбира се, при ниски скорости това едва ли ще бъде забележимо, но този ефект все пак ще е налице.

Може да се цитира прост пример - поредното изтичане на времето във влак, движещ се със скорост 60 км / ч. След това коефициентът на промяна на параметъра се изчислява, като се използва следната формула.