In 1905 het Albert Einstein sy relatiwiteitsteorie gepubliseer, wat die begrip van wetenskap oor die wêreld om ons ietwat verander het. Op grond van sy aannames is die formule vir die relativistiese massa verkry.
Spesiale Relatiwiteit
Die hele punt is dat in stelsels wat relatief tot mekaar beweeg, enige prosesse ietwat anders verloop. Spesifiek word dit byvoorbeeld uitgedruk in 'n toename in massa met 'n toename in spoed. As die spoed van die stelsel baie minder is as die spoed van lig (υ << c=3 108), dan sal hierdie veranderinge feitlik nie opmerklik wees nie, aangesien hulle na nul sal neig. As die spoed van beweging egter naby die spoed van lig is (byvoorbeeld gelyk aan een tiende daarvan), sal aanwysers soos liggaamsmassa, die lengte daarvan en die tyd van enige proses verander. Deur die volgende formules te gebruik, is dit moontlik om hierdie waardes in 'n bewegende verwysingsraamwerk te bereken, insluitend die massa van 'n relativistiese deeltjie.
Hier l0, m0 en t0 - liggaamslengte, sy massa en die prosestyd in 'n stilstaande stelsel, en υ is die spoed van die voorwerp.
Volgens Einstein se teorie kan geen liggaam vinniger as die spoed van lig versnel nie.
Rusmassa
Die vraag na die rusmassa van 'n relativistiese deeltjie ontstaan juis in die relatiwiteitsteorie, wanneer die massa van 'n liggaam of deeltjie begin verander na gelang van die spoed. Gevolglik is die rusmassa die massa van die liggaam wat op die oomblik van meting in rus is (in die afwesigheid van beweging), dit wil sê sy spoed is nul.
Die relativistiese massa van 'n liggaam is een van die hoofparameters in die beskrywing van beweging.
Konformiteitsbeginsel
Na die koms van Einstein se relatiwiteitsteorie, was 'n mate van hersiening van die Newtoniaanse meganika wat vir etlike eeue gebruik is, nodig, wat nie meer gebruik kon word wanneer verwysingstelsels oorweeg word wat teen 'n spoed vergelykbaar is met die spoed van lig nie. Daarom was dit nodig om al die dinamikavergelykings te verander deur Lorentz-transformasies te gebruik - 'n verandering in die koördinate van 'n liggaam of punt en tyd van die proses tydens die oorgang tussen traagheidsverwysingsraamwerke. Die beskrywing van hierdie transformasies is gebaseer op die feit dat in elke traagheidsverwysingsraamwerk alle fisiese wette gelyk en gelyk werk. Die natuurwette is dus geensins afhanklik van die keuse van verwysingsraamwerk nie.
Uit die Lorentz-transformasies word die hoofkoëffisiënt van relativistiese meganika uitgedruk, wat hierbo beskryf word en die letter α genoem word.
Die korrespondensiebeginsel self is redelik eenvoudig - dit sê dat enige nuwe teorie in een of ander spesifieke geval dieselfde resultate sal gee asvorige. Spesifiek, in relativistiese meganika word dit weerspieël deur die feit dat teen snelhede wat baie minder as die spoed van lig is, die wette van klassieke meganika gebruik word.
Relativistiese deeltjie
'n Relativistiese deeltjie is 'n deeltjie wat teen 'n spoed beweeg wat vergelykbaar is met die spoed van lig. Hulle beweging word beskryf deur die spesiale relatiwiteitsteorie. Daar is selfs 'n groep deeltjies wie se bestaan slegs moontlik is wanneer hulle teen die spoed van lig beweeg - dit word deeltjies sonder massa of bloot massaloos genoem, aangesien hul massa in rus nul is, daarom is dit unieke deeltjies wat geen soortgelyke opsie het in nie -relativistiese, klassieke meganika.
Dit wil sê, die rusmassa van 'n relativistiese deeltjie kan nul wees.
'n Deeltjie kan relativisties genoem word as sy kinetiese energie vergelyk kan word met die energie wat deur die volgende formule uitgedruk word.
Hierdie formule bepaal die vereiste spoedtoestand.
Die energie van 'n deeltjie kan ook groter as sy rusenergie wees - dit word ultrarelativisties genoem.
Om die beweging van sulke deeltjies te beskryf, word kwantummeganika in die algemene geval- en kwantumveldteorie gebruik vir 'n meer uitgebreide beskrywing.
Voorkoms
Soortgelyke deeltjies (beide relativisties en ultrarelativisties) in hul natuurlike vorm bestaan slegs in kosmiese straling, dit wil sê straling waarvan die bron buite die Aarde is, van 'n elektromagnetiese aard. Hulle word kunsmatig deur die mens geskep.in spesiale versnellers - met die hulp van hulle is 'n paar dosyn soorte deeltjies gevind, en hierdie lys word voortdurend opgedateer. So 'n fasiliteit is byvoorbeeld die Large Hadron Collider wat in Switserland geleë is.
Elektrone wat tydens β-verval verskyn, kan ook soms voldoende spoed bereik om hulle as relativisties te klassifiseer. Die relativistiese massa van 'n elektron kan ook gevind word deur die aangeduide formules te gebruik.
Die konsep van massa
Mass in Newtoniaanse meganika het verskeie verpligte eienskappe:
- Die gravitasie-aantrekkingskrag van liggame spruit uit hul massa, dit wil sê, dit hang direk daarvan af.
- Die massa van die liggaam hang nie af van die keuse van verwysingstelsel nie en verander nie wanneer dit verander nie.
- Die traagheid van 'n liggaam word gemeet aan sy massa.
- As die liggaam in 'n sisteem is waarin geen prosesse plaasvind nie en wat gesluit is, sal sy massa feitlik nie verander nie (behalwe vir diffusie-oordrag, wat baie stadig is vir vaste stowwe).
- Die massa van 'n saamgestelde liggaam bestaan uit die massas van sy individuele dele.
Beginsels van Relatiwiteit
Galileaanse relatiwiteitsbeginsel
Hierdie beginsel is geformuleer vir nie-relativistiese meganika en word soos volg uitgedruk: ongeag of die sisteme in rus is en of hulle enige beweging maak, verloop alle prosesse daarin op dieselfde manier.
Einstein se relatiwiteitsbeginsel
Hierdie beginsel is gebaseer op twee postulate:
- Galileo se relatiwiteitsbeginselword ook in hierdie geval gebruik. Dit wil sê, in enige CO werk absoluut al die natuurwette op dieselfde manier.
- Die spoed van lig is absoluut altyd en in alle verwysingstelsels dieselfde, ongeag die spoed van die ligbron en die skerm (ligontvanger). Om hierdie feit te bewys, is 'n aantal eksperimente uitgevoer, wat die aanvanklike raaiskoot ten volle bevestig het.
Massa in relativistiese en Newtoniaanse meganika
Anders as Newtoniaanse meganika, in relativistiese teorie, kan massa nie 'n maatstaf van die hoeveelheid materiaal wees nie. Ja, en die relativistiese massa self word op 'n meer uitgebreide manier gedefinieer, wat dit moontlik maak om byvoorbeeld die bestaan van deeltjies sonder massa te verduidelik. In relativistiese meganika word spesiale aandag aan energie gegee eerder as massa – dit wil sê die hooffaktor wat enige liggaam of elementêre deeltjie bepaal, is sy energie of momentum. Die momentum kan gevind word deur die volgende formule te gebruik
Die rusmassa van 'n deeltjie is egter 'n baie belangrike eienskap - die waarde daarvan is 'n baie klein en onstabiele getal, so metings word met maksimum spoed en akkuraatheid benader. Die res-energie van 'n deeltjie kan gevind word deur die volgende formule te gebruik
- Soortgelyk aan Newton se teorieë, in 'n geïsoleerde sisteem, is die massa van 'n liggaam konstant, dit wil sê, verander nie met tyd nie. Dit verander ook nie wanneer van een CO na 'n ander beweeg word nie.
- Daar is absoluut geen mate van traagheid niebewegende liggaam.
- Die relativistiese massa van 'n bewegende liggaam word nie bepaal deur die invloed van gravitasiekragte daarop nie.
- As die massa van 'n liggaam nul is, moet dit teen die spoed van lig beweeg. Die omgekeerde is nie waar nie - nie net massalose deeltjies kan die spoed van lig bereik nie.
- Die totale energie van 'n relativistiese deeltjie is moontlik deur die volgende uitdrukking te gebruik:
Aard van massa
Tot 'n geruime tyd in die wetenskap is geglo dat die massa van enige deeltjie te wyte is aan die elektromagnetiese aard, maar dit het nou bekend geword dat dit op hierdie manier moontlik is om slegs 'n klein deel daarvan te verklaar - die belangrikste bydrae word gemaak deur die aard van sterk interaksies wat voortspruit uit gluone. Hierdie metode kan egter nie die massa van 'n dosyn deeltjies verklaar nie, waarvan die aard nog nie toegelig is nie.
Relativistiese massatoename
Die resultaat van al die stellings en wette wat hierbo beskryf word, kan in 'n redelik verstaanbare, alhoewel verrassende, proses uitgedruk word. As een liggaam teen enige spoed relatief tot 'n ander beweeg, verander sy parameters en die parameters van die liggame binne, as die oorspronklike liggaam 'n sisteem is. Natuurlik sal dit by lae snelhede feitlik nie opmerklik wees nie, maar hierdie effek sal steeds teenwoordig wees.
'n Mens kan 'n eenvoudige voorbeeld gee - 'n ander een wat min tyd raak in 'n trein wat teen 'n spoed van 60 km/h beweeg. Dan, volgens die volgende formule, word die parameterveranderingskoëffisiënt bereken.
Hierdie formule is ook hierbo beskryf. Deur al die data daarin te vervang (vir c ≈ 1 109 km/h), kry ons die volgende resultaat:
Natuurlik is die verandering uiters klein en verander nie die horlosie op 'n manier wat opvallend is nie.
