Leta 1905 je Albert Einstein objavil svojo teorijo relativnosti, ki je nekoliko spremenila razumevanje znanosti o svetu okoli nas. Na podlagi njegovih predpostavk je bila pridobljena formula za relativistično maso.
Posebna relativnost
Bistvo je v tem, da v sistemih, ki se premikajo drug glede drugega, vsi procesi potekajo nekoliko drugače. Natančneje, to se izraža na primer v povečanju mase s povečanjem hitrosti. Če je hitrost sistema veliko manjša od hitrosti svetlobe (υ << c=3 108), potem te spremembe praktično ne bodo opazne, saj se bodo nagibale k nič. Če pa je hitrost gibanja blizu svetlobne hitrosti (na primer enaka eni desetini), se bodo spremenili kazalniki, kot so telesna masa, njegova dolžina in čas katerega koli procesa. Z uporabo naslednjih formul je mogoče izračunati te vrednosti v gibljivem referenčnem okviru, vključno z maso relativističnega delca.
Tukaj l0, m0 in t0 - dolžina telesa, njegova masa in procesni čas v stacionarnem sistemu, υ pa je hitrost predmeta.
Po Einsteinovi teoriji nobeno telo ne more pospešiti hitreje od svetlobne hitrosti.
masa počitka
Vprašanje o masi mirovanja relativističnega delca se pojavi ravno v teoriji relativnosti, ko se masa telesa ali delca začne spreminjati glede na hitrost. V skladu s tem je masa mirovanja masa telesa, ki v trenutku merjenja miruje (če ni gibanja), to pomeni, da je njegova hitrost enaka nič.
Relativistična masa telesa je eden od glavnih parametrov pri opisovanju gibanja.
Načelo skladnosti
Po pojavu Einsteinove teorije relativnosti je bila potrebna revizija Newtonove mehanike, ki se je uporabljala več stoletij, ki je ni bilo več mogoče uporabiti pri obravnavanju referenčnih sistemov, ki se gibljejo s hitrostjo, primerljivo s svetlobno hitrostjo. Zato je bilo treba spremeniti vse enačbe dinamike z uporabo Lorentzove transformacije - spremembe koordinat telesa ali točke in časa procesa med prehodom med inercialnimi referenčnimi okvirji. Opis teh transformacij temelji na dejstvu, da v vsakem inercialnem referenčnem okviru vsi fizikalni zakoni delujejo enako in enako. Tako zakoni narave nikakor niso odvisni od izbire referenčnega okvira.
Iz Lorentzove transformacije je izražen glavni koeficient relativistične mehanike, ki je opisan zgoraj in se imenuje črka α.
Samo načelo korespondence je precej preprosto - pravi, da bo vsaka nova teorija v določenem primeru dala enake rezultate kotprejšnji. Natančneje, v relativistični mehaniki se to odraža v dejstvu, da se pri hitrostih, ki so veliko manjše od svetlobne hitrosti, uporabljajo zakoni klasične mehanike.
Relativistični delec
Relativistični delec je delec, ki se giblje s hitrostjo, primerljivo s svetlobno hitrostjo. Njihovo gibanje opisuje posebna teorija relativnosti. Obstaja celo skupina delcev, katerih obstoj je možen le pri gibanju s svetlobno hitrostjo - imenujemo jih delci brez mase ali preprosto brez mase, saj je njihova masa v mirovanju enaka nič, zato so to edinstveni delci, ki nimajo analogne možnosti v ne. -relativistična, klasična mehanika.
To pomeni, da je masa mirovanja relativističnega delca lahko enaka nič.
Delec lahko imenujemo relativističen, če lahko njegovo kinetično energijo primerjamo z energijo, izraženo z naslednjo formulo.
Ta formula določa zahtevani pogoj hitrosti.
Energija delca je lahko tudi večja od njegove energije mirovanja - to se imenuje ultrarelativistično.
Za opis gibanja takšnih delcev se uporablja kvantna mehanika v splošnem primeru in kvantna teorija polja za obsežnejši opis.
Videz
Podobni delci (tako relativistični kot ultrarelativistični) v svoji naravni obliki obstajajo le v kozmičnem sevanju, torej sevanju, katerega vir je zunaj Zemlje, elektromagnetne narave. Umetno jih je ustvaril človek.v posebnih pospeševalnikih - z njimi je bilo najdenih več deset vrst delcev in ta seznam se nenehno posodablja. Takšen objekt je na primer Veliki hadronski trkalnik, ki se nahaja v Švici.
Elektroni, ki se pojavijo med β-razpadom, lahko včasih dosežejo zadostno hitrost, da jih razvrstijo kot relativistične. Relativistično maso elektrona lahko najdemo tudi z navedenimi formulami.
Koncept mase
Masa v Newtonovi mehaniki ima več obveznih lastnosti:
- Gravitacijska privlačnost teles izhaja iz njihove mase, torej je neposredno odvisna od nje.
- Masa telesa ni odvisna od izbire referenčnega sistema in se ne spremeni, ko se spremeni.
- Vztrajnost telesa se meri z njegovo maso.
- Če je telo v sistemu, v katerem ne potekajo procesi in je zaprt, se njegova masa praktično ne bo spremenila (razen pri difuzijskem prenosu, ki je pri trdnih snoveh zelo počasen).
- Masa sestavljenega telesa je sestavljena iz mas njegovih posameznih delov.
Načela relativnosti
Galilejevo načelo relativnosti
To načelo je bilo oblikovano za nerelativistično mehaniko in je izraženo takole: ne glede na to, ali sistemi mirujejo ali se premikajo, vsi procesi v njih potekajo na enak način.
Einsteinovo načelo relativnosti
To načelo temelji na dveh postulatih:
- Galilejevo načelo relativnostise uporablja tudi v tem primeru. To pomeni, da v katerem koli CO popolnoma vsi zakoni narave delujejo na enak način.
- Svetlobna hitrost je popolnoma vedno in v vseh referenčnih sistemih enaka, ne glede na hitrost svetlobnega vira in zaslona (svetlobnega sprejemnika). Za dokaz tega dejstva so bili izvedeni številni poskusi, ki so v celoti potrdili prvotno ugibanje.
Masa v relativistični in Newtonovi mehaniki
Za razliko od Newtonove mehanike v relativistični teoriji masa ne more biti merilo količine materiala. Da, in sama relativistična masa je definirana na nek obsežnejši način, tako da je mogoče razložiti, na primer, obstoj delcev brez mase. V relativistični mehaniki se posebna pozornost namenja energiji in ne masi – to pomeni, da je glavni dejavnik, ki določa katero koli telo ali elementarni delec, njegova energija ali zagon. Zagon lahko najdete z naslednjo formulo
Vendar je masa mirovanja delca zelo pomembna lastnost - njena vrednost je zelo majhna in nestabilna številka, zato se meritvam približujemo z največjo hitrostjo in natančnostjo. Preostalo energijo delca lahko najdemo z naslednjo formulo
- Podobno kot pri Newtonovih teorijah je v izoliranem sistemu masa telesa konstantna, torej se ne spreminja s časom. Prav tako se ne spremeni pri prehodu iz enega CO v drugega.
- Popolnoma ni merila vztrajnostipremikajoče se telo.
- Relativistične mase premikajočega se telesa ne določa vpliv gravitacijskih sil nanj.
- Če je masa telesa nič, se mora premikati s svetlobno hitrostjo. Nasprotno ne drži – ne samo brezmasni delci lahko dosežejo svetlobno hitrost.
- Celotna energija relativističnega delca je možna z naslednjim izrazom:
Narava mase
Do nekega časa je v znanosti veljalo, da je masa katerega koli delca posledica elektromagnetne narave, zdaj pa je postalo znano, da je na ta način mogoče razložiti le majhen del - glavni prispeva narava močnih interakcij, ki izhajajo iz gluonov. Vendar ta metoda ne more razložiti mase ducata delcev, katerih narava še ni razjasnjena.
Relativistično povečanje mase
Rezultat vseh zgoraj opisanih izrekov in zakonov je mogoče izraziti v dokaj razumljivem, čeprav presenetljivem procesu. Če se eno telo premika glede na drugo s poljubno hitrostjo, se njegovi parametri in parametri teles znotraj, če je prvotno telo sistem, spremenijo. Seveda pri nizkih hitrostih to praktično ne bo opazno, vendar bo ta učinek še vedno prisoten.
Lahko navedemo preprost primer - še en iztekanje časa v vlaku, ki se giblje s hitrostjo 60 km/h. Nato se po naslednji formuli izračuna koeficient spremembe parametra.
Ta formula je bila tudi opisana zgoraj. Če vanj nadomestimo vse podatke (za c ≈ 1 109 km/h), dobimo naslednji rezultat:
Očitno je sprememba izjemno majhna in ne spremeni ure na način, ki bi bil opazen.
