Relativistická hmotnosť častíc

V roku 1905 vydal Albert Einstein svojuteória relativity, ktorá trochu zmenila predstavu vedy o svete okolo nás. Na základe jeho predpokladov bol získaný vzorec pre relativistickú hmotnosť.

Špeciálna teória relativity

Ide o to, že v systémochpri vzájomnom pohybe prebiehajú akékoľvek procesy trochu inak. Konkrétne sa to vyjadruje napríklad v prírastku hmotnosti so zvýšením rýchlosti. Ak je rýchlosť systému oveľa menšia ako rýchlosť svetla (υ << c = 3 10⁸ ), potom tieto zmeny nebudú prakticky viditeľné,pretože budú mať tendenciu k nule. Ak sa však rýchlosť pohybu blíži rýchlosti svetla (napríklad rovná sa jej desatine), potom sa zmenia také ukazovatele ako hmotnosť tela, jeho dĺžka a čas ľubovoľného procesu. Pomocou nasledujúcich vzorcov je možné vypočítať tieto hodnoty v pohyblivom referenčnom rámci vrátane hmotnosti relativistickej častice.

Tu l₀, m₀ a t₀ je dĺžka tela, jeho hmotnosť a čas procesu v stacionárnom systéme a υ je rýchlosť pohybu objektu.

Podľa Einsteinovej teórie nie je žiadne teleso schopné vyvinúť rýchlosť väčšiu ako rýchlosť svetla.

Odpočívajte

Otázka zvyškovej hmotnosti relativistickej časticevzniká práve v teórii relativity, keď sa hmotnosť tela alebo častice začne meniť v závislosti od rýchlosti. V súlade s tým je pokojová hmotnosť hmotnosť tela, ktorá sa v okamihu merania udržiava v pokoji (pri absencii pohybu), to znamená, že jeho rýchlosť je nulová.

Relativistická telesná hmotnosť je jedným z hlavných parametrov pri opise pohybu.

Princíp súladu

Po nástupe Einsteinovej teórie relativityvyžadovala určitú revíziu newtonovskej mechaniky používanej niekoľko storočí, ktorú už nebolo možné použiť pri zvažovaní referenčných rámcov pohybujúcich sa rýchlosťou porovnateľnou s rýchlosťou svetla. Preto bolo potrebné zmeniť všetky rovnice dynamiky pomocou Lorentzových transformácií - zmena súradníc telesa alebo bodu a času procesu počas prechodu medzi zotrvačnými referenčnými rámcami. Opis týchto transformácií je založený na skutočnosti, že v každom zotrvačnom referenčnom rámci fungujú všetky fyzikálne zákony rovnako a rovnako. Prírodné zákony teda nijako nezávisia od voľby referenčného rámca.

Základný koeficient relativistickej mechaniky, ktorý je popísaný vyššie a nazýva sa písmeno α, je vyjadrený z Lorentzových transformácií.

Samotný princíp korešpondencie je dosť jednoduchýnaznačuje, že každá nová teória v konkrétnom konkrétnom prípade prinesie rovnaké výsledky ako predchádzajúca. Konkrétne v relativistickej mechanike sa to odráža v skutočnosti, že pri rýchlostiach, ktoré sú oveľa menšie ako rýchlosť svetla, sa používajú zákony klasickej mechaniky.

Relativistická častica

Relativistická častica je časticaktorá sa pohybuje rýchlosťou porovnateľnou s rýchlosťou svetla. Ich pohyb je opísaný špeciálnou teóriou relativity. Existuje dokonca skupina častíc, ktorých existencia je možná iba pri pohybe rýchlosťou svetla - hovorí sa im častice bez hmoty alebo jednoducho bezhmotné, pretože v pokoji sa ich hmotnosť rovná nule, jedná sa teda o jedinečné častice, ktoré áno nemá analogický variant v nerelativistickej, klasickej mechanike ...

To znamená, že zvyšná hmotnosť relativistickej častice môže byť nula.

Častica možno nazvať relativistickou, ak jej kinetická energia môže byť porovnateľná s energiou vyjadrenou nasledujúcim vzorcom.

Tento vzorec určuje podmienku požadovanej rýchlosti.

Energia častice môže byť tiež väčšia ako jej pokojová energia - hovorí sa im ultrarelativistická.

Na opísanie pohybu takýchto častíc sa používa kvantová mechanika vo všeobecnom prípade a kvantová teória poľa na rozsiahlejší popis.

vzhľad

Takéto častice (relativistické ajultrarelativistické) vo svojej prirodzenej podobe existujú iba v kozmickom žiarení, to znamená v žiarení, ktorého zdroj je mimo Zeme, elektromagnetickej povahy. Sú umelo vytvárané ľuďmi v špeciálnych urýchľovačoch - pomocou nich bolo nájdených niekoľko desiatok druhov častíc a tento zoznam je neustále aktualizovaný. Podobnou inštaláciou je napríklad Veľký hadrónový urýchľovač, ktorý sa nachádza vo Švajčiarsku.

Elektróny objavujúce sa v β-rozpade môžu tiežniekedy dosiahnuť dostatočnú rýchlosť na to, aby sa dali klasifikovať ako relativistické. Relativistickú hmotnosť elektrónu možno zistiť aj pomocou naznačených vzorcov.

Pojem omša

Hmotnosť v newtonovskej mechanike má niekoľko základných vlastností:

• Gravitačná príťažlivosť telies vzniká v dôsledku ich hmotnosti, to znamená, že od nej priamo závisí.
• Telesná hmotnosť nezávisí od voľby referenčného rámca a nemení sa, keď sa mení.
• Zotrvačnosť telesa sa meria jeho hmotnosťou.
• Ak je telo v systéme, v ktorom nie jenedochádza k žiadnym procesom a ktorá je uzavretá, potom sa jej hmotnosť prakticky nezmení (okrem difúzneho prenosu, ktorý v pevných látkach prebieha veľmi pomaly).
• Hmotnosť zloženého telesa sa skladá z hmotností jeho jednotlivých častí.

Princípy relativity

• Galileiho princíp relativity.

Tento princíp bol formulovaný prenerelativistická mechanika a vyjadruje sa nasledovne: bez ohľadu na to, či sú systémy v stave pokoja alebo vykonávajú akýkoľvek pohyb, všetky procesy v nich prebiehajú rovnako.

• Einsteinov princíp relativity.

Tento princíp je založený na dvoch postulátoch:

1. V tomto prípade sa používa aj Galileov princíp relativity. To znamená, že v každom CO absolútne všetky prírodné zákony fungujú rovnako.
2. Rýchlosť svetla je absolútne vždy a vo všetkýchreferenčné rámce sú rovnaké bez ohľadu na rýchlosť pohybu svetelného zdroja a obrazovky (prijímača svetla). Na preukázanie tejto skutočnosti bolo vykonaných množstvo experimentov, ktoré úplne potvrdili počiatočný odhad.

Omša v relativistickej a newtonovskej mechanike

• Na rozdiel od newtonovskej mechaniky, v relativistickejteoreticky hmotnosť nemôže byť mierou množstva materiálu. A samotná relativistická hmotnosť je určená nejakým rozsiahlejším spôsobom, takže je možné vysvetliť napríklad existenciu častíc bez hmotnosti. V relativistickej mechanike sa osobitná pozornosť venuje energii skôr ako hmote - to znamená, že hlavným činiteľom určujúcim akékoľvek teleso alebo elementárnu časticu je jej energia alebo hybnosť. Hybnosť možno zistiť pomocou nasledujúceho vzorca.

• V tomto prípade však zostáva zvyšná hmotnosť časticeveľmi dôležitá charakteristika - jej hodnota je veľmi malé a nestabilné číslo, takže merania sa vykonávajú s maximálnou rýchlosťou a presnosťou. Zvyškovú energiu častice nájdete podľa nasledujúceho vzorca.

• Podobne ako v Newtonových teóriách, aj v izolovanom systéme je telesná hmotnosť konštantná, to znamená, že sa časom nemení. Nezmení sa to ani pri prechode z jedného CO do druhého.
• Neexistuje absolútne žiadna miera zotrvačnosti pohybujúceho sa tela.
• Relativistická hmotnosť pohybujúceho sa telesa nie je určená pôsobením gravitačných síl na ňu.
• Ak je hmotnosť telesa nulová, musí sa nevyhnutne pohybovať rýchlosťou svetla. Opačné tvrdenie nie je pravdivé - nielen bezhmotné častice môžu dosiahnuť rýchlosť svetla.
• Celková energia relativistickej častice je možná pomocou nasledujúceho výrazu:

Povaha omše

Až do určitej doby vo vede sa verilo, že tomu tak jehmotnosť ktorejkoľvek častice je spôsobená elektromagnetickou povahou, ale už je známe, že týmto spôsobom je možné vysvetliť iba jej malú časť - hlavný prínos predstavuje povaha silných interakcií vznikajúcich z gluónov. . Táto metóda však nedokáže vysvetliť hmotnosť tucta častíc, ktorých podstata zatiaľ nie je objasnená.

Relativistické zvyšovanie hmotnosti

Výsledok všetkých vyššie opísaných viet a zákonovmožno vyjadriť pomerne zrozumiteľným, aj keď prekvapujúcim procesom. Ak sa jedno teleso pohybuje relatívnou rýchlosťou k druhej pri akejkoľvek rýchlosti, potom sa zmenia jeho parametre a parametre telies vo vnútri, ak je pôvodným telesom systém. Samozrejme, pri nízkych otáčkach to bude sotva viditeľné, ale tento efekt bude stále pretrvávať.

Možno uviesť jednoduchý príklad - ďalšie uplynutie času vo vlaku idúcom rýchlosťou 60 km / h. Potom sa koeficient zmeny parametra vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca.

Tento vzorec bol tiež opísaný vyššie. Nahradením všetkých údajov (pre c ≈ 1 10⁹ km / h), získate nasledujúci výsledok:

Je zrejmé, že zmena je extrémne malá a nemení hodinky tak, aby boli viditeľné.