Massa particellare relativistica

Nel 1905, Albert Einstein pubblicò il suola teoria della relatività, che in qualche modo ha cambiato l'idea della scienza sul mondo che ci circonda. Sulla base delle sue ipotesi, è stata ottenuta una formula per la massa relativistica.

Teoria speciale della relatività

Il punto è che nei sistemi,muovendosi l'uno rispetto all'altro, qualsiasi processo procede in modo leggermente diverso. Nello specifico, questo si esprime, ad esempio, in un aumento di massa con un aumento di velocità. Se la velocità del sistema è molto inferiore alla velocità della luce (υ << c = 3 10⁸ ), allora questi cambiamenti non saranno praticamente evidenti,poiché tenderanno a zero. Tuttavia, se la velocità del movimento è vicina alla velocità della luce (ad esempio, pari a un decimo di essa), allora gli indicatori come la massa del corpo, la sua lunghezza e il tempo di qualsiasi processo cambieranno. Utilizzando le seguenti formule, è possibile calcolare questi valori in un sistema di riferimento mobile, inclusa la massa di una particella relativistica.

qui io₀, m₀ e T₀ è la lunghezza del corpo, la sua massa e il tempo del processo in un sistema stazionario, e è la velocità di movimento dell'oggetto.

Secondo la teoria di Einstein, nessun corpo è in grado di sviluppare una velocità maggiore di quella della luce.

massa a riposo

La questione della massa a riposo di una particella relativisticanasce proprio nella teoria della relatività, quando la massa di un corpo o di una particella inizia a cambiare a seconda della velocità. Di conseguenza, la massa a riposo è la massa del corpo, che al momento della misurazione è mantenuta a riposo (in assenza di movimento), cioè la sua velocità è uguale a zero.

La massa corporea relativistica è uno dei parametri principali nella descrizione del movimento.

Principio di conformità

Dopo l'avvento della teoria della relatività di Einsteinrichiese una revisione della meccanica newtoniana usata per diversi secoli, che non poteva più essere utilizzata quando si consideravano sistemi di riferimento che si muovessero con una velocità paragonabile a quella della luce. Pertanto, era necessario modificare tutte le equazioni della dinamica, utilizzando le trasformazioni di Lorentz - il cambiamento delle coordinate di un corpo o di un punto e il tempo del processo durante la transizione tra sistemi di riferimento inerziali. La descrizione di queste trasformazioni si basa sul fatto che in ogni sistema di riferimento inerziale tutte le leggi fisiche funzionano allo stesso modo e allo stesso modo. Pertanto, le leggi della natura non dipendono in alcun modo dalla scelta del quadro di riferimento.

Il coefficiente di base della meccanica relativistica, che è descritto sopra e chiamato lettera α, è espresso dalle trasformazioni di Lorentz.

Il principio di corrispondenza stesso è abbastanza semplice - itsuggerisce che qualsiasi nuova teoria in qualche caso particolare darà gli stessi risultati della precedente. In particolare nella meccanica relativistica, ciò si riflette nel fatto che a velocità molto inferiori a quella della luce vengono utilizzate le leggi della meccanica classica.

Particella relativistica

Una particella relativistica è una particellache si muove ad una velocità paragonabile a quella della luce. Il loro movimento è descritto dalla teoria della relatività ristretta. Esiste persino un gruppo di particelle, la cui esistenza è possibile solo quando si muove alla velocità della luce - queste sono chiamate particelle senza massa o semplicemente senza massa, poiché a riposo la loro massa è uguale a zero, quindi queste sono particelle uniche che lo fanno non hanno alcuna variante analoga nella meccanica classica non relativistica ...

Cioè, la massa a riposo di una particella relativistica può essere zero.

Una particella può essere detta relativistica se la sua energia cinetica può essere paragonabile all'energia espressa dalla seguente formula.

Questa formula determina la condizione per la velocità richiesta.

L'energia di una particella può anche essere maggiore della sua energia a riposo - queste sono chiamate ultrarelativistiche.

Per descrivere il moto di tali particelle, la meccanica quantistica viene utilizzata nel caso generale e la teoria quantistica dei campi per una descrizione più ampia.

aspetto

Tali particelle (sia relativistiche cheultrarelativistiche) nella loro forma naturale esistono solo nella radiazione cosmica, cioè radiazione, la cui sorgente è esterna alla Terra, di natura elettromagnetica. Sono creati artificialmente dall'uomo in speciali acceleratori: con l'aiuto di essi sono state trovate diverse dozzine di tipi di particelle e questo elenco viene costantemente aggiornato. Un'installazione simile è, ad esempio, il Large Hadron Collider, situato in Svizzera.

Gli elettroni che compaiono nel decadimento possono anchetalvolta raggiungono una velocità sufficiente per classificarli come relativistici. La massa relativistica di un elettrone può essere trovata anche utilizzando le formule indicate.

Il concetto di massa

La massa nella meccanica newtoniana ha diverse proprietà essenziali:

• L'attrazione gravitazionale dei corpi deriva dalla loro massa, cioè dipende direttamente da essa.
• Il peso corporeo non dipende dalla scelta del quadro di riferimento e non cambia quando cambia.
• L'inerzia di un corpo si misura dalla sua massa.
• Se il corpo è in un sistema in cui non lo ènon si verificano processi e che è chiuso, quindi la sua massa praticamente non cambierà (ad eccezione del trasferimento per diffusione, che avviene molto lentamente nei solidi).
• La massa di un corpo composito è costituita dalle masse delle sue singole parti.

I principi della relatività

• Il principio di relatività di Galileo.

Questo principio è stato formulato permeccanica non relativistica ed è espresso come segue: indipendentemente dal fatto che i sistemi siano a riposo o stiano eseguendo un movimento, tutti i processi in essi procedono allo stesso modo.

• Il principio di relatività di Einstein.

Questo principio si basa su due postulati:

1. Anche in questo caso viene utilizzato il principio di relatività di Galileo. Cioè, in qualsiasi CO, assolutamente tutte le leggi della natura funzionano allo stesso modo.
2. La velocità della luce è assolutamente sempre e in tuttii quadri di riferimento sono gli stessi, indipendentemente dalla velocità di movimento della sorgente luminosa e dello schermo (ricevitore di luce). Per dimostrare questo fatto, sono stati effettuati numerosi esperimenti, che hanno pienamente confermato l'ipotesi iniziale.

La massa nella meccanica relativistica e newtoniana

• A differenza della meccanica newtoniana, in relativisticaIn teoria, la massa non può essere una misura della quantità di materiale. E la stessa massa relativistica è determinata in qualche modo più esteso, lasciando possibile spiegare, ad esempio, l'esistenza di particelle senza massa. Nella meccanica relativistica, viene prestata particolare attenzione all'energia piuttosto che alla massa, ovvero il fattore principale che determina qualsiasi corpo o particella elementare è la sua energia o quantità di moto. La quantità di moto può essere trovata utilizzando la seguente formula.

• Tuttavia, in questo caso, la massa a riposo della particella èuna caratteristica molto importante: il suo valore è un numero molto piccolo e instabile, quindi le misurazioni vengono eseguite con la massima velocità e precisione. L'energia a riposo di una particella può essere trovata con la seguente formula.

• Simile alle teorie di Newton, in un sistema isolato, la massa corporea è costante, cioè non cambia nel tempo. Inoltre non cambia quando si passa da un CO all'altro.
• Non c'è assolutamente alcuna misura dell'inerzia di un corpo in movimento.
• La massa relativistica di un corpo in movimento non è determinata dall'azione delle forze gravitazionali su di esso.
• Se la massa di un corpo è zero, allora deve necessariamente muoversi alla velocità della luce. L'affermazione opposta non è vera: non solo le particelle prive di massa possono raggiungere la velocità della luce.
• L'energia totale di una particella relativistica è possibile usando la seguente espressione:

La natura della massa

Fino a qualche tempo nella scienza si credeva chela massa di qualsiasi particella è dovuta alla natura elettromagnetica, ma ormai si è saputo che in questo modo è possibile spiegarne solo una piccola parte - il contributo principale è dato dalla natura delle interazioni forti derivanti dai gluoni . Tuttavia, questo metodo non può spiegare la massa di una dozzina di particelle, la cui natura non è stata ancora chiarita.

Aumento di massa relativistico

Il risultato di tutti i teoremi e le leggi sopra descrittipuò essere espresso in un processo abbastanza comprensibile, anche se sorprendente. Se un corpo si muove rispetto a un altro con qualsiasi velocità, i suoi parametri e i parametri dei corpi all'interno, se il corpo originale è un sistema, cambiano. Naturalmente, a basse velocità questo sarà difficilmente percepibile, ma questo effetto sarà ancora presente.

Si può citare un semplice esempio: un'altra scadenza del tempo in un treno che si muove a una velocità di 60 km / h. Quindi il coefficiente di modifica del parametro viene calcolato utilizzando la seguente formula.

Questa formula è stata anche descritta sopra. Sostituendo tutti i dati al suo interno (per c ≈ 1 10⁹ km/h), si ottiene il seguente risultato:

Ovviamente, il cambiamento è estremamente piccolo e non cambia l'orologio in modo da renderlo evidente.