Godine 1905. Albert Einstein je objavio svoju teoriju relativnosti, koja je donekle promijenila razumijevanje znanosti o svijetu oko nas. Na temelju njegovih pretpostavki dobivena je formula za relativističku masu.
Specijalna relativnost
Cijela stvar je u tome da se u sustavima koji se kreću jedan u odnosu na drugi, svi procesi odvijaju nešto drugačije. Točnije, to se izražava, na primjer, povećanjem mase s povećanjem brzine. Ako je brzina sustava mnogo manja od brzine svjetlosti (υ << c=3 108), tada te promjene praktički neće biti vidljive, jer će težiti nuli. Međutim, ako je brzina kretanja bliska brzini svjetlosti (na primjer, jednaka jednoj desetini), tada će se promijeniti pokazatelji kao što su masa tijela, njegova duljina i vrijeme bilo kojeg procesa. Koristeći sljedeće formule, moguće je izračunati ove vrijednosti u pokretnom referentnom okviru, uključujući masu relativističke čestice.
Ovdje l0, m0 i t0 - duljina tijela, njegova masa i vrijeme procesa u stacionarnom sustavu, a υ je brzina objekta.
Prema Einsteinovoj teoriji, nijedno tijelo ne može ubrzati brže od brzine svjetlosti.
Masa odmora
Pitanje mase mirovanja relativističke čestice postavlja se upravo u teoriji relativnosti, kada se masa tijela ili čestice počinje mijenjati ovisno o brzini. Prema tome, masa mirovanja je masa tijela koje u trenutku mjerenja miruje (u nedostatku kretanja), odnosno njegova brzina je nula.
Relativistička masa tijela jedan je od glavnih parametara u opisivanju gibanja.
Načelo usklađenosti
Nakon pojave Einsteinove teorije relativnosti, bila je potrebna određena revizija Newtonove mehanike korištene nekoliko stoljeća, koja se više nije mogla koristiti kada se razmatraju referentni sustavi koji se kreću brzinom usporedivom sa brzinom svjetlosti. Stoga je bilo potrebno promijeniti sve jednadžbe dinamike koristeći Lorentzove transformacije – promjenu koordinata tijela ili točke i vremena procesa tijekom prijelaza između inercijalnih referentnih okvira. Opis ovih transformacija temelji se na činjenici da u svakom inercijskom referentnom okviru svi fizikalni zakoni djeluju jednako i jednako. Dakle, zakoni prirode ni na koji način ne ovise o izboru referentnog okvira.
Iz Lorentzove transformacije izražen je glavni koeficijent relativističke mehanike, koji je gore opisan i naziva se slovom α.
Sam princip korespondencije je prilično jednostavan - kaže da će svaka nova teorija u nekom konkretnom slučaju dati iste rezultate kaoprethodni. Konkretno, u relativističkoj mehanici to se odražava činjenicom da se pri brzinama koje su mnogo manje od brzine svjetlosti koriste zakoni klasične mehanike.
Relativistička čestica
Relativistička čestica je čestica koja se kreće brzinom usporedivom sa brzinom svjetlosti. Njihovo gibanje opisuje specijalna teorija relativnosti. Postoji čak i skupina čestica čije je postojanje moguće samo kada se kreću brzinom svjetlosti - one se nazivaju česticama bez mase ili jednostavno bez mase, budući da je u mirovanju njihova masa nula, dakle to su jedinstvene čestice koje nemaju analognu opciju u ne. -relativistička, klasična mehanika.
To jest, masa mirovanja relativističke čestice može biti nula.
Čestica se može nazvati relativističkom ako se njezina kinetička energija može usporediti s energijom izraženom sljedećom formulom.
Ova formula određuje traženi uvjet brzine.
Energija čestice također može biti veća od energije mirovanja - to se naziva ultrarelativističkim.
Za opis gibanja takvih čestica, kvantna mehanika se koristi u općem slučaju i kvantna teorija polja za opsežniji opis.
Izgled
Slične čestice (i relativističke i ultrarelativističke) u svom prirodnom obliku postoje samo u kozmičkom zračenju, odnosno zračenju čiji je izvor izvan Zemlje, elektromagnetske prirode. Čovjek ih je umjetno stvorio.u posebnim akceleratorima - uz pomoć njih pronađeno je nekoliko desetaka vrsta čestica, a ovaj se popis stalno ažurira. Takav objekt je, na primjer, Veliki hadronski sudarač koji se nalazi u Švicarskoj.
Elektroni koji se pojavljuju tijekom β-raspada također ponekad mogu postići dovoljnu brzinu da ih klasificiraju kao relativističke. Relativistička masa elektrona također se može pronaći pomoću navedenih formula.
Koncept mase
Masa u Newtonovskoj mehanici ima nekoliko obaveznih svojstava:
- Gravitacijsko privlačenje tijela proizlazi iz njihove mase, odnosno izravno ovisi o njoj.
- Masa tijela ne ovisi o izboru referentnog sustava i ne mijenja se kada se mijenja.
- Inercija tijela mjeri se njegovom masom.
- Ako se tijelo nalazi u sustavu u kojem se ne odvijaju nikakvi procesi i koji je zatvoren, tada se njegova masa praktički neće promijeniti (osim difuzijskog prijenosa, koji je vrlo spor za čvrste tvari).
- Masa složenog tijela sastoji se od masa njegovih pojedinačnih dijelova.
Principi relativnosti
Galilejev princip relativnosti
Ovaj princip je formuliran za nerelativističku mehaniku i izražava se na sljedeći način: bez obzira na to miruju li sustavi ili se kreću, svi procesi u njima se odvijaju na isti način.
Einsteinov princip relativnosti
Ovaj princip se temelji na dva postulata:
- Galilejev princip relativnostise također koristi u ovom slučaju. To jest, u bilo kojem CO, apsolutno svi zakoni prirode djeluju na isti način.
- Brzina svjetlosti je apsolutno uvijek iu svim referentnim sustavima ista, bez obzira na brzinu izvora svjetlosti i ekrana (prijamnika svjetla). Da bi se dokazala ova činjenica, proveden je niz eksperimenata koji su u potpunosti potvrdili početnu nagađanje.
Masa u relativističkoj i Newtonovskoj mehanici
Za razliku od Newtonove mehanike, u relativističkoj teoriji, masa ne može biti mjera količine materijala. Da, i sama relativistička masa definirana je na neki opširniji način, čime je moguće objasniti, na primjer, postojanje čestica bez mase. U relativističkoj mehanici posebna se pažnja posvećuje energiji, a ne masi – to jest, glavni čimbenik koji određuje bilo koje tijelo ili elementarnu česticu je njegova energija ili zamah. Zamah se može pronaći pomoću sljedeće formule
Međutim, masa mirovanja čestice je vrlo važna karakteristika - njezina vrijednost je vrlo mali i nestabilan broj, pa se mjerenjima pristupa maksimalnom brzinom i točnošću. Energija mirovanja čestice može se pronaći pomoću sljedeće formule
- Slično Newtonovim teorijama, u izoliranom sustavu, masa tijela je konstantna, odnosno ne mijenja se s vremenom. Također se ne mijenja kada se prelazi iz jednog CO u drugi.
- Ne postoji apsolutno nikakva mjera inercijetijelo u pokretu.
- Relativistička masa tijela koje se kreće nije određena utjecajem gravitacijskih sila na njega.
- Ako je masa tijela nula, onda se ono mora kretati brzinom svjetlosti. Obratno nije točno - ne samo čestice bez mase mogu postići brzinu svjetlosti.
- Ukupna energija relativističke čestice moguća je korištenjem sljedećeg izraza:
Priroda mase
Do nekog vremena u znanosti se vjerovalo da je masa bilo koje čestice posljedica elektromagnetske prirode, no do sada je postalo poznato da je na taj način moguće objasniti samo njen mali dio - glavni doprinos daje priroda jakih interakcija koje proizlaze iz gluona. Međutim, ova metoda ne može objasniti masu desetak čestica, čija priroda još nije razjašnjena.
Relativistički porast mase
Rezultat svih gore opisanih teorema i zakona može se izraziti u prilično razumljivom, iako iznenađujućem, procesu. Ako se jedno tijelo giba u odnosu na drugo bilo kojom brzinom, tada se mijenjaju njegovi parametri i parametri tijela unutar, ako je izvorno tijelo sustav. Naravno, pri malim brzinama to se praktički neće primijetiti, ali će ovaj efekt i dalje biti prisutan.
Može se navesti jednostavan primjer - još jedan kratak vremena u vlaku koji se kreće brzinom od 60 km/h. Zatim se, prema sljedećoj formuli, izračunava koeficijent promjene parametra.
Ova formula je također gore opisana. Zamjenom svih podataka u njega (za c ≈ 1 109 km/h), dobivamo sljedeći rezultat:
Očito je promjena iznimno mala i ne mijenja sat na način koji je vidljiv.
