Relativistická hmotnost částice

V roce 1905, Albert Einstein publikoval jehoteorie relativity, která mírně změnila myšlenku vědy o světě. Na základě jeho předpokladů byl získán vzorec relativistické hmoty.

Speciální teorie relativity

Celé je to v systémech,Pohybují se vůči sobě navzájem, všechny procesy probíhají poněkud odlišně. Konkrétně se to projevuje například zvýšením hmotnosti se zvyšující se rychlostí. Pokud je rychlost systému mnohem nižší než rychlost světla (υ << c = 3,10⁸ ), pak tyto změny nebudou prakticky patrné,protože budou mít sklon k nule. Pokud se však rychlost pohybu blíží rychlosti světla (například rovná jedné desetině), pak se změní indikátory, jako je tělesná hmotnost, délka a doba jakéhokoli procesu. Pomocí následujících vzorců je možné tyto hodnoty vypočítat v pohyblivém referenčním rámci, včetně hmotnosti relativistické částice.

Tady jsem₀, m₀ at₀ je délka těla, jeho hmotnost a doba procesu v pevném systému a υ je rychlost objektu.

Podle Einsteinovy ​​teorie není žádné tělo schopné vyvinout rychlost vyšší než rychlost světla.

Zbytek hmoty

Otázka zbytkové hmoty relativistické částicevzniká právě v teorii relativity, kdy se hmota těla nebo částice mění v závislosti na rychlosti. Podle toho se zbytková hmota nazývá hmotou těla, která je v době měření v klidu (při absenci pohybu), to znamená, že jeho rychlost je nulová.

Relativistická tělesná hmotnost je jedním z hlavních parametrů při popisu pohybu.

Zásada dodržování předpisů

Po příchodu Einsteinovy ​​teorie relativityto vyžadovalo nějakou revizi newtonovské mechaniky používané po několik staletí, což již nemohlo být použito při zvažování referenčních rámců pohybujících se rychlostí srovnatelnou s rychlostí světla. Proto bylo nutné změnit všechny rovnice dynamiky pomocí Lorentzových transformací - změnu souřadnic těla nebo bodu a času procesu během přechodu mezi inerciálními referenčními systémy. Popis těchto transformací je založen na skutečnosti, že v každém inerciálním referenčním rámci pracují všechny fyzikální zákony stejně a stejně. Zákony přírody tak v žádném případě nezávisí na volbě referenčního rámce.

Z Lorentzových transformací je vyjádřen hlavní koeficient relativistické mechaniky, který je popsán výše a nazývá se písmeno α.

Samotný princip korespondence je docela jednoduchý - toříká, že jakákoli nová teorie v konkrétním konkrétním případě poskytne stejné výsledky jako předchozí. Konkrétně se to v relativistické mechanice odráží ve skutečnosti, že při rychlostech, které jsou mnohem menší než rychlost světla, se používají zákony klasické mechaniky.

Relativistická částice

Relativistická částice se nazývá částice,který se pohybuje rychlostí srovnatelnou s rychlostí světla. Jejich pohyb je popsán speciální teorií relativity. Existuje dokonce i skupina částic, jejichž existence je možná pouze při pohybu rychlostí světla - nazývají se částice bez hmoty nebo jednoduše bez hmoty, protože v klidu je jejich hmotnost nulová, proto jsou to jedinečné částice, které nemají analogickou variantu v nerelativistické klasické mechanice. .

To znamená, že zbytek hmoty relativistické částice může být roven nule.

Částici lze nazvat relativistickou, pokud její kinetická energie může být srovnatelná s energií vyjádřenou následujícím vzorcem.

Tento vzorec určuje nezbytnou rychlostní podmínku.

Částečná energie může být také větší než její zbytková energie - ty se nazývají ultrarelativistické.

K popisu pohybu takových částic je v obecném případě použita kvantová mechanika a pro rozsáhlejší popis teorie kvantového pole.

Vzhled

Podobné částice (relativistické iultrarelativistické) ve své přirozené formě existují pouze v kosmickém záření, to jest záření, jehož zdroj je mimo Zemi, elektromagnetické přírody. Jako člověk jsou uměle vytvořeni ve speciálních urychlovačích - pomocí nich bylo nalezeno několik desítek typů částic a tento seznam je neustále aktualizován. Podobná instalace je například Large Hadron Collider se sídlem ve Švýcarsku.

Появляющиеся при β-распаде электроны также могут někdy dosáhnout dostatečné rychlosti, aby je klasifikovat jako relativistické. Relativistická hmotnost elektronu může být také nalezena podle uvedených vzorců.

Hromadné pojetí

Hmota v newtonovské mechanice má několik povinných vlastností:

• Gravitační přitažlivost těl vzniká díky jejich hmotnosti, tj. Přímo na ní závisí.
• Hmotnost těla nezávisí na výběru referenčního systému a nemění se, když se mění.
• Setrvačnost těla se měří podle jeho hmotnosti.
• Pokud je tělo v systému, ve kterémnedochází k žádným procesům a který je uzavřen, jeho hmotnost se prakticky nezmění (s výjimkou difúzního přenosu, ke kterému dochází v pevných látkách velmi pomalu).
• Hmota složeného těla je složena z hmot jednotlivých částí.

Principy relativity

• Princip relativity Galileo.

Tento princip byl formulován prononrelativistické mechaniky a je vyjádřen takto: bez ohledu na to, zda jsou systémy v klidu nebo zda dělají nějaký pohyb, všechny procesy v nich probíhají stejným způsobem.

• Princip relativity Einsteina.

Tento princip je založen na dvou postulátech:

1. V tomto případě se také používá Galileův princip relativity. To znamená, že v každém SO fungují naprosto všechny zákony přírody stejně.
2. Rychlost světla je absolutně vždy a ve všechreferenční systémy jsou stejné, bez ohledu na rychlost pohybu světelného zdroje a obrazovky (světelný přijímač). K prokázání této skutečnosti byla provedena řada experimentů, které plně potvrdily počáteční domněnku.

Hmota v relativistické a newtonské mechanice

• Na rozdíl od newtonovské mechaniky, v relativisticemasová teorie nemůže být měřítkem množství materiálu. A samotná relativistická hmota je určována mnohem extenzivnějším způsobem, takže je možné vysvětlit například existenci částic bez hmoty. V relativistické mechanice je zvláštní pozornost věnována více energii než hmotě - to znamená, že hlavním faktorem určujícím každé tělo nebo elementární částici je její energie nebo impuls. Momentum lze nalézt podle následujícího vzorce.

• Avšak zbytek hmoty částice jevelmi důležitá vlastnost - jeho hodnota je velmi malé a nestabilní číslo, takže jsou vhodné pro měření s maximální rychlostí a přesností. Zbytek energie částice lze nalézt podle následujícího vzorce.

• Podobně jako v Newtonových teoriích je v izolovaném systému tělesná hmota konstantní, to znamená, že se časem nemění. Během přechodu z jednoho CO na druhé se také nemění.
• Neexistuje absolutně žádná míra setrvačnosti pohybujícího se těla.
• Relativistická hmotnost pohybujícího se těla není určována vlivem gravitačních sil na něj.
• Pokud je hmotnost těla nulová, musí se nutně pohybovat rychlostí světla. Obrácení není pravda - nejen hmoty bez hmoty mohou dosáhnout rychlosti světla.
• Plná energie relativistické částice je možná pomocí následujícího výrazu:

Povaha masy

Až do nějaké doby ve vědě se tomu věřilohmota jakékoli částice je způsobena elektromagnetickou povahou, ale nyní je známo, že tímto způsobem je možné vysvětlit pouze její malou část - hlavní příspěvek je způsoben povahou silných interakcí vznikajících z gluonů. Tato metoda však nemůže vysvětlit hmotnost tuctu částic, jejichž podstata dosud nebyla objasněna.

Relativistický hromadný zisk

Výsledek všech výše uvedených vět a zákonůmůže být vyjádřena poměrně pochopitelným, byť překvapujícím procesem. Pokud se jedno těleso pohybuje jakoukoli rychlostí vůči druhému, změní se jeho parametry a parametry těl uvnitř, pokud je původní těleso systémem. Při nízkých rychlostech to samozřejmě nebude patrné, ale tento efekt bude stále přítomen.

Můžete uvést jednoduchý příklad - další čas vypršení platnosti ve vlaku pohybujícím se rychlostí 60 km / h. Poté se podle následujícího vzorce vypočítá koeficient změny parametrů.

Tento vzorec byl také popsán výše. Nahrazení všech dat do ní (při c ≈ 1,10⁹ km / h), získáte následující výsledek:

Je zřejmé, že změna je extrémně malá a nemění výkon hodinek, takže je patrná.