Zarralarning nisbiy massasi

1905-yilda Albert Eynshteyn o'zining nisbiylik nazariyasini e'lon qildi, bu esa atrof-muhit ilmining fikrini biroz o'zgartirdi. Uning taxminlariga asoslanib, relativistik massa uchun formula qabul qilindi.

Maxsus nisbiylik nazariyasi

Umuman olganda, tizimlar bir-biriga nisbatan harakat qilayotganida, har qanday jarayonlar bir-biridan farq qiladi. Xususan, bu, masalan, massani ortib boruvchi tezlikni oshirishda ifodalanadi. Agar sistema tezligi yorug'lik tezligidan (y = 3 × 10 ⁸ ) ancha past bo'lsa, bu o'zgarishlar amalda sezilarli bo'lmaydi, chunki ular nolga teng bo'ladi. Biroq, agar harakat tezligi yorug'lik tezligiga yaqin bo'lsa (masalan, yorug'lik tezligining o'ndan biri bo'lsa), tana massasi, uning uzunligi va jarayoni vaqti kabi ko'rsatkichlar o'zgaradi. Quyidagi formulalardan foydalanib, bu qiymatlarni rel'oviy zaharli modda massasi, shu jumladan harakatlanadigan mos yozuvlar tizimida hisoblash mumkin.

Bu erda l ₀ , m ₀ va t ₀ - tananing uzunligi, uning massasi va statsionar tizimdagi jarayon vaqti, va y - ob'ektning harakat tezligi.

Eynshteynning nazariyasiga ko'ra, hech bir jism yorug'lik tezligidan kattaroq tezlikni rivojlantira olmaydi.

Dam olish massasi

Relativistik zarrachaning qolgan massasining masalasi, nisbiylik nazariyasida aniqlanadi, bunda tananing yoki zarrachalarning massasi tezligi funktsiyasi sifatida o'zgaradi. Shunga ko'ra, qolgan massa o'lchash vaqtida (harakatsiz holda), ya'ni uning tezligi nolga teng bo'lgan tananing massasi hisoblanadi.

Tananing nisbiy massasi harakatni tasvirlashda asosiy parametrlardan biridir.

Muvofiqlik printsipi

Eynshteynning nisbiylik nazariyasi paydo bo'lganidan keyin, bir necha yuz yillar davomida ishlatilgan Nyuton mexanikasining ayrim reviziyalari talab qilinar edi, bu endi nur tezligiga o'xshash tezlikda harakatlanadigan mos yozuvlar frekanslarini ko'rib chiqishda foydalanish mumkin bo'lmadi. Shuning uchun, Lorentz konvertatsiyasi yordamida tananing barcha tenglamalarini o'zgartirish kerak edi - bu tananing koordinatalari o'zgarishi yoki jarayonning nuqtasi va vaqti indikatsion inertial ramkalar orasidagi o'tish davrida. Ushbu o'zgarishlarning ta'rifi har bir inertial doirada barcha jismoniy qonunlar bir xil va teng ishlaydi. Shunday qilib, tabiat qonunlari hech qanday tarzda referendum doirasini tanlashga bog'liq emas.

Lorenz transformatsiyalaridan yuqorida ta'riflangan va "a" harfi deb ataladigan nisbiy mexanikaning asosiy koeffitsienti ifodalanadi.

Xat yozish tamoyilining o'zi etarli darajada soddadir: u ma'lum bir muayyan holatda yangi nazariya avvalgi natijalar bilan bir xil natijalarni beradi. Xususan, nisbiy mexanikada, bu nur tezligidan ancha past bo'lgan tezliklarda klassik mexanika qonunlari qo'llanilganidan dalolat beradi.

Nisbiy zarralar

Relativistik zarralar nurning tezligiga o'xshash tezlikda harakatlanadigan zarrachadir. Ularning harakati maxsus nisbiylik nazariyasi bilan tasvirlangan. Hattoki yorug'lik tezligida harakat qilganda faqat mavjud bo'ladigan zarralar guruhi ham mavjud - ular massa bo'lmagan yoki oddiygina massiv bo'lmagan zarralar deb ataladi, chunki ularning massasi nolga teng, shuning uchun ular neytrartivistik, klassik mexanikada o'xshash variantlarga ega bo'lmagan noyob zarralardir .

Ya'ni, nisbiy zarralarning qolgan massasi nol bo'lishi mumkin.

Agar zarrachaning kinetik energiyasi quyidagi formulada ifodalangan energiyaga o'xshashi mumkin bo'lsa, uni nisbiy deb atash mumkin.

Ushbu formula kerakli tezlik holatini belgilaydi.

Zarrachalarning energiyasi ham uning ortiqcha energiyasidan katta bo'lishi mumkin - bular ultrarativistik deb ataladi.

Ushbu turdagi zarralarning harakatlarini tavsiflash uchun, umumiy holatda kvant mexanikasi va kengroq ta'riflash uchun kvant sohasi nazariyasi qo'llaniladi.

Tashqi ko'rinishi

Bunday zarralar (ham rölativistik, ham ultraboistativ) tabiiy ravishda faqat kosmik nurlanishda, ya'ni manbai Erdan tashqarida bo'lgan elektromagnit ta'sirga ega bo'lgan radiatsiyada mavjuddir. Inson, ular sun'iy ravishda maxsus tezlatkichlarda yaratilgan - ulardan bir nechta o'nlab turdagi zarralar topilgan va bu ro'yxat doimiy yangilanadi. Shu kabi o'rnatish, masalan, Shveytsariyada joylashgan Buyuk Hadron Collider.

B-parchalanishida paydo bo'ladigan elektronlar, ba'zida ularni nisbiy deb tasniflash uchun etarli tezlikka ega bo'lishi mumkin. Elektronning nisbatan bir massasi yuqoridagi formuladan ham topilishi mumkin.

Ommaviy tushunchalar

Nyuton mexanikasidagi massa bir necha majburiy xususiyatlarga ega:

• Jismlarning tortishish kuchi ularning massasi, ya'ni to'g'ridan-to'g'ri bog'liqligi tufayli paydo bo'ladi.
• Tananing massasi mos yozuvlar doirasini tanlashga bog'liq emas va u o'zgarganda o'zgarmaydi.
• Tananing inertligi uning massasi bilan o'lchanadi.
• Agar tanani hech qanday jarayonlar sodir bo'lmaydigan va yopiq bo'lgan tizimda bo'lsa, unda uning massasi deyarli o'zgarmaydi (diffuzion uzatishdan tashqari, qattiq moddalarda juda sekin sodir bo'ladi).
• Kompozit tananing massasi uning alohida qismlarining massasidan iborat.

Nisbiylik printsiplari

• Galileyning nisbiylik printsipi.

Ushbu tamoyil noreativistik mexanika uchun ishlab chiqilgan va quyidagicha ifodalanadi: tizimlar dam olish yoki bo'lishidan qat'iy nazar, ular har qanday harakatni amalga oshiradimi, ulardagi barcha jarayonlar xuddi shu tarzda davom etadi.

• Eynshteynning nisbiyligi printsipi.

Ushbu tamoyil ikki postulatsiyaga asoslangan:

1. Galileyning nisbiylik printsipi ham bu holatda qo'llaniladi. Ya'ni har qanday SOda tabiatning barcha qonunlari xuddi shu tarzda ishlaydi.
2. Nur manbai va ekranning (yorug'lik oluvchisi) harakat tezligidan qat'i nazar, yorug'lik tezligi mutlaq bir xil bo'ladi. Ushbu faktni isbotlash uchun dastlabki tasavvurni to'liq tasdiqlagan bir qator eksperimentlar o'tkazildi.

Nisbiy va nyuton mexanikasida massa

• Nyuton mexanikasidan farqli o'laroq, relativistik nazariyada massa material miqdori o'lchovi bo'la olmaydi. Va rölativistik massa yanada keng usul bilan aniqlanadi, masalan, ommaviy bo'lmagan zarrachalar mavjudligini tushuntirishga imkon beradi. Raviyaviy mexanikada massaga emas, balki energiyaga, ya'ni har qanday jismni yoki elementar zarrachani aniqlaydigan asosiy omil energiya yoki momentumdir. Bu impulsni quyidagi formulada topish mumkin.

• Biroq, zarrachaning qolgan massasi juda muhim xarakterga ega - uning qiymati juda kichik va beqaror sondir, shuning uchun o'lchovlar maksimal tezlik va aniqlikka mos keladi. Zarralarning qolgan energiyasi quyidagi formulada topiladi.

• Nyuton nazariyalariga o'xshab, izolyatsiya qilingan tizimda ham tana massasi doimiy, ya'ni vaqt bilan o'zgarmaydi. Bir CO dan ikkinchisiga o'tishda ham u o'zgarmaydi.
• Harakatlanuvchi jismning harakatsiz harakati yo'q.
• Uning harakatlanadigan jismning nisbiy massasi unga tortish kuchlarining ta'siri bilan aniqlanmaydi.
• Agar tananing massasi nol bo'lsa, unda u nurning tezligida harakatlanishi kerak. Konversiya to'g'ri emas - yorug'lik tezligi faqat masssiz zarrachalar bilan erishilmaydi.
• Relativistik zarralarning jami energiyasi quyidagi ifodalash yordamida mumkin:

Ommaviy tabiat

Ilm-fanga ma'lum vaqtgacha har qanday zarrachaning massasi elektromagnit moslashuvdan kelib chiqqani, ammo hozirgi kunga kelib uning ma'lum bir qismini tushuntirish mumkinligi ma'lum bo'ldi - asosiy hissasi gluonlarga bog'liq bo'lgan kuchli o'zaro ta'sirlarning tabiati bilan bog'liq. Ammo, shu bilan birga, uning tabiati hali aniqlanmagan o'nlab zarrachalarning massasini tushuntirish mumkin emas.

Massaning nisbiy o'sishi

Yuqorida keltirilgan barcha teoremalar va qonunlarning natijasi juda hayratlanarli, ammo ajoyib jarayonda ifodalanishi mumkin. Agar tananing har qanday tezligi bilan boshqasi harakat qilsa, uning parametrlari va ichki organlarning parametrlari, agar asl korpus tizim bo'lsa, o'zgartiriladi. Albatta, past tezlikda bu sezilarli bo'lmaydi, lekin bu ta'sir hali mavjud bo'ladi.

Masalan, 60 km / s tezlikda harakatlanadigan poezdda yana bir marta chiqish mumkin. Keyin, quyidagi formula bo'yicha parametrlarni o'zgartirish koeffitsienti hisoblab chiqiladi.

Ushbu formuladan yuqorida ham ta'riflangan. Undagi barcha ma'lumotlarni (c ≈ 1 · 10 ⁹ km / s) almashtirish uchun biz quyidagi natijalarni qo'lga kiritamiz:

Shubhasiz, o'zgarish juda kichik va soatning ish faoliyatini sezilarli darajada farq qilmaydi.