ב- 1905 פרסם אלברט איינשטיין את ספרותורת היחסות, ששינתה במקצת את השקפת עולמו של העולם הסובב. על פי הנחותיו, הושגה נוסחת המסה רלטיביסטית.
תורת היחסות הפרטית
כל העניין הוא במערכותנעים יחסית זה לזה, כל התהליכים מתנהלים אחרת במקצת. באופן ספציפי, זה בא לידי ביטוי, למשל, הגדלת המונית עם מהירות גוברת. אם המהירות של המערכת היא הרבה פחות ממהירות האור (υ << c = 3 · 108 ), אז השינויים הללו כמעט ולא יהיו מורגשים,מכיוון שהם ישתו לאפס. עם זאת, אם מהירות התנועה קרובה למהירות האור (לדוגמה, שווה לעשירית ממנה), אז אינדיקטורים כמו מסת גוף, אורכו וזמן כל תהליך ישתנו. באמצעות הנוסחאות הבאות, ניתן לחשב ערכים אלו במסגרת ייחוס נע, כולל המסה של חלקיק רלטיביסטי.
כאן ל0, M0 ו t0 - אורך הגוף, מסתו וזמן התהליך במערכת נייחת, ו-υ - מהירות העצם.
לפי התיאוריה של איינשטיין, אף גוף אינו מסוגל למהירויות גדולות ממהירות האור.
מסת מנוחה
שאלת מסת המנוחה של חלקיק רלטיביסטימתעוררת דווקא בתורת היחסות, כאשר המסה של גוף או חלקיק מתחילה להשתנות בהתאם למהירות. בהתאם, מסת המנוחה היא מסת הגוף, שברגע המדידה נמצאת במנוחה (בהיעדר תנועה), כלומר מהירותו היא אפס.
המסה היחסית של גוף היא אחד הפרמטרים העיקריים בתיאור התנועה.
עקרון הקונפורמיות
אחרי תורת היחסות של איינשטייןנדרשה עדכון מסוים של המכניקה הניוטונית ששימשה במשך כמה מאות שנים, שלא ניתן היה להשתמש בה עוד כאשר בוחנים מסגרות ייחוס הנעות במהירות הדומה למהירות האור. לכן, היה צורך לשנות את כל משוואות הדינמיקה באמצעות טרנספורמציות לורנץ - שינוי בקואורדינטות של גוף או נקודה וזמן של התהליך במהלך המעבר בין מסגרות ייחוס אינרציאליות. התיאור של טרנספורמציות אלו מבוסס על העובדה שבכל מסגרת ייחוס אינרציאלית כל החוקים הפיזיקליים פועלים באופן שווה ושווה. לפיכך, חוקי הטבע אינם תלויים בשום צורה בבחירת מסגרת ההתייחסות.
מהתמורות לורנץ בא לידי ביטוי המקדם העיקרי של המכניקה הרלטיביסטית, המתואר לעיל ונקרא האות α.
עקרון ההתאמה עצמו הוא די פשוט - זהאומר שכל תיאוריה חדשה במקרה מסוים ספציפית תיתן את אותן תוצאות כמו הקודמת. ספציפית, במכניקה רלטיביסטית, הדבר בא לידי ביטוי בכך שבמהירויות הנמוכות בהרבה ממהירות האור, נעשה שימוש בחוקי המכניקה הקלאסית.
חלקיק רלטיביסטי
חלקיק רלטיביסטי הוא חלקיקשנע במהירות הדומה למהירות האור. תנועתם מתוארת על ידי תורת היחסות המיוחדת. יש אפילו קבוצת חלקיקים שקיומם אפשרי רק כאשר נעים במהירות האור - אלה נקראים חלקיקים ללא מסה או פשוט חסרי מסה, שכן במנוחה המסה שלהם היא אפס, לכן אלו חלקיקים ייחודיים שאין להם אפשרות מקבילה בלא. -מכניקה רטיביסטית, קלאסית.
כלומר, מסת המנוחה של חלקיק רלטיביסטי יכולה להיות שווה לאפס.
ניתן לכנות חלקיק רלטיביסטי אם ניתן להשוות את האנרגיה הקינטית שלו לאנרגיה המתבטאת בנוסחה הבאה.
נוסחה זו קובעת את מצב המהירות הנדרשת.
האנרגיה של חלקיק יכולה להיות גם גדולה יותר מאנרגיית המנוחה שלו - אלה נקראים אולטרה-יחסיות.
כדי לתאר את תנועתם של חלקיקים כאלה, נעשה שימוש במכניקת הקוונטים במקרה הכללי ובתורת השדות הקוונטיים לתיאור נרחב יותר.
מראה
חלקיקים דומים (גם רלטיביסטי וגםultrarelativistic) בצורתם הטבעית קיימים רק בקרינה קוסמית, כלומר, קרינה שמקורה מחוץ לכדור הארץ, בעלת אופי אלקטרומגנטי. הם נוצרים באופן מלאכותי על ידי האדם במאיצים מיוחדים - בעזרתם נמצאו כמה עשרות סוגי חלקיקים, והרשימה הזו מתעדכנת כל הזמן. מתקן כזה הוא, למשל, מאיץ ההדרונים הגדול שנמצא בשוויץ.
אלקטרונים המופיעים במהלך ריקבון β יכולים גם כןלפעמים מגיעים למהירות מספקת כדי לסווג אותם כיחסיות. ניתן למצוא את המסה היחסית של אלקטרון גם באמצעות הנוסחאות המצוינות.
מושג המסה
למסה במכניקה הניוטונית יש מספר תכונות חובה:
- משיכה הכבידה של גופים נובעת מהמסה שלהם, כלומר תלויה בה ישירות.
- מסת הגוף אינה תלויה בבחירת מערכת הייחוס ואינה משתנה כאשר היא משתנה.
- האינרציה של הגוף נמדדת במסה שלו.
- אם הגוף נמצא במערכת שלאלא מתרחשים תהליכים ואשר סגור, אז המסה שלו כמעט לא תשתנה (למעט העברת דיפוזיה, שבמוצקים מתרחשת לאט מאוד).
- המסה של גוף מורכב מורכבת מהמסה של חלקיו הבודדים.
עקרונות תורת היחסות
- עקרון היחסות של גלילאו.
עיקרון זה גובש עבורמכניקה לא רלטיביסטית ומתבטאת באופן הבא: ללא קשר לשאלה אם המערכת במצב מנוחה או אם הם מבצעים תנועה כלשהי, כל התהליכים בהם מתנהלים באותו אופן.
- עקרון היחסות של איינשטיין.
עיקרון זה מבוסס על שתי הנחות:
- עיקרון היחסות של גלילאו משמש גם במקרה זה. כלומר, בכל CO, לחלוטין כל חוקי הטבע פועלים באותו אופן.
- מהירות האור היא לחלוטין תמיד ובכלמערכות הייחוס זהות, ללא קשר למהירות מקור האור והמסך (מקלט אור). כדי להוכיח עובדה זו, בוצעו מספר ניסויים, אשר אישרו לחלוטין את הניחוש הראשוני.
מסה במכניקה רלטיביסטית וניוטונית
- בניגוד למכניקה הניוטונית, ברלטיביסטיתתיאוריה, מסה לא יכולה להיות מדד לכמות החומר. כן, והמסה הרלטיביסטית עצמה מוגדרת בצורה רחבה יותר, ומותירה את האפשרות להסביר, למשל, את קיומם של חלקיקים ללא מסה. במכניקה רלטיביסטית מוקדשת תשומת לב מיוחדת לאנרגיה ולא למסה – כלומר, הגורם העיקרי הקובע כל גוף או חלקיק יסודי הוא האנרגיה או התנע שלו. ניתן למצוא את המומנטום באמצעות הנוסחה הבאה.
- עם זאת, מסת המנוחה של החלקיק היאמאפיין חשוב מאוד - ערכו הוא מספר קטן מאוד ולא יציב, לכן ניגשים למדידות במהירות ובדיוק מירביים. ניתן למצוא את שאר האנרגיה של חלקיק באמצעות הנוסחה הבאה.
- בדומה לתיאוריות של ניוטון, במערכת מבודדת המסה של הגוף קבועה, כלומר אינה משתנה עם הזמן. זה גם לא משתנה כאשר עוברים מCO אחד לאחר.
- אין שום מדד לאינרציה של גוף נע.
- המסה היחסית של גוף נע לא נקבעת על ידי פעולת כוחות הכבידה עליו.
- אם המסה של גוף היא אפס, אז הוא חייב בהכרח לנוע במהירות האור. האמירה ההפוכה אינה נכונה - לא רק חלקיקים חסרי מסה יכולים להגיע למהירות האור.
- האנרגיה הכוללת של חלקיק רלטיביסטי אפשרית באמצעות הביטוי הבא:
אופי המסה
עד זמן מה, האמינו במדע כךהמסה של כל חלקיק נובעת מהטבע האלקטרומגנטי, אבל עד עכשיו נודע שרק חלק קטן ממנו ניתן להסביר בצורה זו - התרומה העיקרית היא טבען של אינטראקציות חזקות הנובעות מגלואונים. אולם בדרך זו אי אפשר להסביר את המסה של תריסר חלקיקים, שטבעם טרם הובהר.
גידול מסה יחסי
התוצאה של כל המשפטים והחוקים שתוארו לעיליכול לבוא לידי ביטוי בתהליך מובן למדי, אם כי מפתיע. אם גוף אחד נע ביחס לאחר בכל מהירות, אז הפרמטרים שלו והפרמטרים של הגופים שבתוכו, אם הגוף המקורי הוא מערכת, משתנים. כמובן, במהירויות נמוכות, זה כמעט לא יהיה מורגש, אבל השפעה זו עדיין תהיה קיימת.
ניתן לתת דוגמה פשוטה - תפוגה נוספת של זמן ברכבת שנעה במהירות של 60 קמ"ש. לאחר מכן, לפי הנוסחה הבאה, מחושב מקדם שינוי הפרמטר.
נוסחה זו תוארה גם לעיל. החלפת כל הנתונים לתוכו (עבור c ≈ 1 109 קמ"ש), אתה מקבל את התוצאה הבאה:
ברור שהשינוי קטן ביותר ואינו משנה את השעון בצורה מורגשת.
