Релативистичка маса честица

1905. године Алберт Ајнштајн је објавио својетеорија релативности, која је донекле променила концепт науке о свету око нас. На основу његових претпоставки добијена је формула за релативистичку масу.

Посебна теорија релативности

Цела ствар је у томе што у системима,крећући се међусобно, било који процеси се одвијају на мало другачије начине. Конкретно, ово се изражава, на пример, у повећању масе са повећањем брзине. Ако је брзина система много мања од брзине светлости (υ << ц = 3 10⁸ ), тада ове промене практично неће бити приметне,пошто ће тежити нули. Међутим, ако је брзина кретања блиска брзини светлости (на пример, једнака једној десетини од ње), тада ће се променити такви показатељи као што су маса тела, његова дужина и време било ког процеса. Користећи следеће формуле, могуће је израчунати ове вредности у покретном референтном оквиру, укључујући масу релативистичке честице.

Ево л₀, м₀ и т₀ је дужина тела, његова маса и време процеса у непокретном систему, а υ брзина кретања предмета.

Према Ајнштајновој теорији, ниједно тело није способно да развије брзину већу од брзине светлости.

Маса за одмор

Питање масе мировања релативистичке честиценастаје управо у теорији релативности, када маса тела или честице почиње да се мења у зависности од брзине. Сходно томе, маса мировања је маса тела које се у тренутку мерења држи у мировању (у одсуству кретања), односно његова брзина је нула.

Релативистичка телесна маса један је од главних параметара у описивању кретања.

Принцип усклађености

Након појаве Ајнштајнове теорије релативностизахтевала је ревизију Невтонове механике која се користила неколико векова, а која се више није могла користити при разматрању референтних оквира који се крећу брзином упоредивом са брзином светлости. Због тога је било потребно променити све једначине динамике, користећи Лоренцове трансформације - промену координата тела или тачке и времена процеса током преласка између инерцијалних референтних оквира. Опис ових трансформација заснован је на чињеници да у сваком инерцијалном референтном оквиру сви физички закони раде на исти начин и подједнако. Дакле, закони природе ни на који начин не зависе од избора референтног оквира.

Основни коефицијент релативистичке механике, који је горе описан и назива се словом α, изражен је из Лоренцових трансформација.

Сам принцип кореспонденције је прилично једноставан - онсугерише да ће било која нова теорија у одређеном конкретном случају дати исте резултате као и претходна. Конкретно у релативистичкој механици, то се одражава чињеницом да се при брзинама које су много мање од брзине светлости користе закони класичне механике.

Релативистичка честица

Релативистичка честица је честицакоји се креће брзином упоредивом са брзином светлости. Њихово кретање описује посебна теорија релативности. Постоји чак и група честица, чије је постојање могуће само при кретању брзином светлости - оне се називају честицама без масе или једноставно без масе, јер је у мировању њихова маса једнака нули, па су то јединствене честице које чине немају ниједну аналогну варијанту у нерелативистичкој, класичној механици ...

Односно, маса мировања релативистичке честице може бити нула.

Честица се може назвати релативистичком ако њена кинетичка енергија може бити упоредива са енергијом израженом следећом формулом.

Ова формула одређује услов за потребну брзину.

Енергија честице такође може бити већа од енергије њеног мировања - оне се називају ултрарелативистичким.

За описивање кретања таквих честица користе се квантна механика у општем случају и квантна теорија поља за опширнији опис.

Изглед

Такве честице (и релативистичке иултрарелативистички) у свом природном облику постоје само у космичком зрачењу, односно зрачењу чији је извор изван Земље, електромагнетне природе. Вештачки их стварају људи у посебним акцелераторима - уз помоћ њих пронађено је неколико десетина врста честица, а ова листа се непрестано ажурира. Слична инсталација је, на пример, Велики хадронски сударач, смештен у Швајцарској.

Електрони који се појављују у β-распаду такође могупонекад постигну довољну брзину да их класификују као релативистичке. Релативистичка маса електрона се такође може наћи помоћу назначених формула.

Појам масе

Маса у Невтоновој механици има неколико основних својстава:

• Гравитационо привлачење тела произлази из њихове масе, односно директно зависи од ње.
• Телесна тежина не зависи од избора референтног оквира и не мења се када се мења.
• Инерција тела мери се његовом масом.
• Ако је тело у систему у коме нијене дешавају се процеси и који је затворен, тада се његова маса практично неће променити (осим дифузионог преноса, који се у чврстим супстанцама јавља врло споро).
• Маса композитног тела састоји се од маса његових појединачних делова.

Принципи релативности

• Галилејев принцип релативности.

Овај принцип је формулисан занерелативистичка механика и изражава се на следећи начин: без обзира да ли системи мирују или врше било какво кретање, сви процеси у њима се одвијају на исти начин.

• Ајнштајнов принцип релативности.

Овај принцип заснован је на два постулата:

1. У овом случају се користи и Галилејев принцип релативности. Односно, у било којој ЦО апсолутно сви закони природе делују на исти начин.
2. Брзина светлости је апсолутно увек и у свемуреферентни оквири су исти, без обзира на брзину кретања извора светлости и екрана (пријемника светлости). Да би се доказала ова чињеница, спроведени су бројни експерименти који су у потпуности потврдили почетну претпоставку.

Маса у релативистичкој и њутновској механици

• За разлику од Њутнове механике, у релативистичкоју теорији, маса не може бити мера количине материјала. А сама релативистичка маса одређена је на неки опсежнији начин, остављајући могуће објаснити, на пример, постојање честица без масе. У релативистичкој механици се посебна пажња посвећује енергији, а не маси - то јест, главни фактор који одређује било које тело или елементарну честицу је његова енергија или импулс. Замах се може наћи помоћу следеће формуле.

• Међутим, у овом случају маса мировања честице јеврло важна карактеристика - његова вредност је врло мали и нестабилан број, стога се мере врше са максималном брзином и тачношћу. Енергија одмора честице може се наћи према следећој формули.

• Слично Невтоновим теоријама, у изолованом систему, телесна маса је константна, односно не мења се током времена. Такође се не мења приликом преласка са једног ЦО на други.
• Не постоји апсолутно никаква мера инерције тела у покрету.
• Релативистичка маса тела у покрету није одређена дејством гравитационих сила на њега.
• Ако је маса тела нула, онда се оно нужно мора кретати брзином светлости. Обрнута изјава није тачна - не само честице без масе могу достићи брзину светлости.
• Укупна енергија релативистичке честице је могућа коришћењем следећег израза:

Природа масе

До извесног времена у науци се веровало дамаса било које честице је због електромагнетне природе, али до сада је постало познато да је на овај начин могуће објаснити само њен мали део - главни допринос даје природа јаких интеракција које произилазе из глуоната . Међутим, овом методом се не може објаснити маса десетак честица, чија природа још није разјашњена.

Релативистички пораст масе

Резултат свих горе описаних теорема и законаможе се изразити у прилично разумљивом, иако изненађујућем процесу. Ако се једно тело креће у односу на друго било којом брзином, тада се мењају његови параметри и параметри тела изнутра, ако је оригинално тело систем. Наравно, при малим брзинама ово тешко да ће бити приметно, али овај ефекат ће и даље бити присутан.

Може се навести једноставан пример - још један истек времена у возу који се креће брзином од 60 км / х. Тада се коефицијент промене параметра израчунава помоћу следеће формуле.

Ова формула је такође горе описана. Заменом свих података у њега (за ц ≈ 1 10⁹ км / х), добићете следећи резултат:

Очигледно је да је промена изузетно мала и не мења сат на начин који га чини уочљивим.