1905 жылы Альберт Эйнштейн өзінің салыстырмалылық теориясын жариялады, бұл бізді қоршаған әлем туралы ғылым түсінігін біршама өзгертті. Оның болжамдарына сүйене отырып, релятивистік массаның формуласы алынды.
Арнайы салыстырмалылық
Мәселе мынада: бір-біріне қатысты қозғалатын жүйелерде кез келген процесс басқаша жүреді. Нақтырақ айтқанда, бұл, мысалы, жылдамдықтың ұлғаюымен массаның ұлғаюымен көрінеді. Егер жүйенің жылдамдығы жарық жылдамдығынан әлдеқайда аз болса (υ << c=3 108), онда бұл өзгерістер іс жүзінде байқалмайды, өйткені олар нөлге бейім болады. Бірақ қозғалыс жылдамдығы жарық жылдамдығына жақын болса (мысалы, оның оннан біріне тең), онда дене массасы, оның ұзындығы және кез келген процестің уақыты сияқты көрсеткіштер өзгереді. Келесі формулаларды пайдалана отырып, релятивистік бөлшектің массасын қоса алғанда, жылжымалы анықтамалық жүйеде бұл мәндерді есептеуге болады.
Мұнда l0, m0 және t0 - дене ұзындығы, оның массасы және стационарлық жүйедегі процесс уақыты, ал υ - объектінің жылдамдығы.
Эйнштейн теориясына сәйкес, ешбір дене жарық жылдамдығынан жылдам үдей алмайды.
Тыныштық массасы
Релятивистік бөлшектің тыныштық массасы туралы мәселе дәл салыстырмалылық теориясында дененің немесе бөлшектің массасы жылдамдыққа байланысты өзгере бастағанда туындайды. Сәйкесінше, тыныштық массасы – өлшеу сәтінде тыныштықта болатын (қозғалыс болмаған кезде) дененің массасы, яғни оның жылдамдығы нөлге тең.
Дененің релятивистік массасы қозғалысты сипаттайтын негізгі параметрлердің бірі болып табылады.
Сәйкестік принципі
Эйнштейннің салыстырмалылық теориясы пайда болғаннан кейін бірнеше ғасырлар бойы қолданылған Ньютон механикасын кейбір қайта қарау қажет болды, оны енді жарық жылдамдығымен салыстырылатын жылдамдықпен қозғалатын анықтамалық жүйелерді қарастырғанда пайдалану мүмкін болмады. Сондықтан динамиканың барлық теңдеулерін Лоренц түрлендірулерін – дененің координаталарының немесе инерциялық санақ жүйелері арасындағы ауысу кезіндегі процестің нүктесі мен уақытының өзгеруін қолдану арқылы өзгерту қажет болды. Бұл түрлендірулердің сипаттамасы әрбір инерциялық санақ жүйесінде барлық физикалық заңдардың бірдей және бірдей жұмыс істейтіндігіне негізделген. Осылайша, табиғат заңдары анықтамалық жүйені таңдауға ешбір жағдайда тәуелді емес.
Лоренц түрлендірулерінен релятивистік механиканың негізгі коэффициенті өрнектеледі, ол жоғарыда сипатталған және α әрпі деп аталады.
Сәйкестік принципінің өзі өте қарапайым - ол белгілі бір жағдайда кез келген жаңа теорияның нәтижелермен бірдей нәтиже беретінін айтады.алдыңғы. Нақтырақ айтсақ, релятивистік механикада бұл жарық жылдамдығынан әлдеқайда аз жылдамдықтарда классикалық механика заңдарының қолданылуынан көрінеді.
Релятивистік бөлшек
Релятивистік бөлшек – жарық жылдамдығымен салыстырылатын жылдамдықпен қозғалатын бөлшек. Олардың қозғалысы арнайы салыстырмалылық теориясымен сипатталады. Тіпті жарық жылдамдығымен қозғалғанда ғана өмір сүруі мүмкін болатын бөлшектер тобы бар - олар массасы жоқ немесе жай массасы жоқ бөлшектер деп аталады, өйткені тыныштықта олардың массасы нөлге тең, сондықтан олар емес бөлшектерде ұқсас опциясы жоқ бірегей бөлшектер. -релятивистік, классикалық механика.
Яғни, релятивистік бөлшектің қалған массасы нөлге тең болуы мүмкін.
Бөлшекті релятивистік деп атауға болады, егер оның кинетикалық энергиясын келесі формуламен өрнектелген энергиямен салыстыруға болады.
Бұл формула қажетті жылдамдық жағдайын анықтайды.
Бөлшектердің энергиясы оның тыныштық энергиясынан да көп болуы мүмкін - олар ультрарелятивистік деп аталады.
Мұндай бөлшектердің қозғалысын сипаттау үшін жалпы жағдайда кванттық механика және кеңірек сипаттау үшін өрістің кванттық теориясы қолданылады.
Сыртқы түрі
Ұқсас бөлшектер (релятивистік те, ультрарелятивистік те) табиғи түрінде тек ғарыштық сәулеленуде, яғни көзі Жерден тыс, электромагниттік сипаттағы сәулеленуде ғана болады. Оларды адам жасанды түрде жасайды.арнайы үдеткіштерде - олардың көмегімен бөлшектердің бірнеше ондаған түрі табылды және бұл тізім үнемі жаңартылып отырады. Мұндай қондырғы, мысалы, Швейцарияда орналасқан Үлкен адрондық коллайдер.
β-ыдырау кезінде пайда болатын электрондар да кейде оларды релятивистік деп жіктеу үшін жеткілікті жылдамдыққа жетеді. Электронның релятивистік массасын көрсетілген формулалар арқылы да табуға болады.
Масса туралы түсінік
Ньютон механикасындағы массаның бірнеше міндетті қасиеттері бар:
- Денелердің тартылыс күші олардың массасынан туындайды, яғни оған тікелей байланысты.
- Дененің массасы анықтамалық жүйені таңдауға байланысты емес және ол өзгерген кезде де өзгермейді.
- Дененің инерциясы оның массасымен өлшенеді.
- Егер дене ешбір процесс жүрмейтін және тұйық жүйеде болса, онда оның массасы іс жүзінде өзгермейді (қатты заттар үшін өте баяу жүретін диффузиялық тасымалдауды қоспағанда).
- Құрама дененің массасы оның жеке бөліктерінің массаларынан тұрады.
Салыстырмалылық принциптері
Галилейлік салыстырмалық принципі
Бұл принцип релятивистік емес механика үшін тұжырымдалған және келесідей өрнектеледі: жүйелердің тыныштықта болуына немесе қандай да бір қозғалыс жасауына қарамастан, олардағы барлық процестер бірдей жүреді.
Эйнштейннің салыстырмалылық принципі
Бұл принцип екі постулатта негізделген:
- Галилейдің салыстырмалылық принципібұл жағдайда да қолданылады. Яғни, кез келген СО-да табиғаттың барлық заңдары бірдей жұмыс істейді.
- Жарық жылдамдығы жарық көзінің және экранның (жарық қабылдағыш) жылдамдығына қарамастан, әрқашан және барлық анықтамалық жүйелерде бірдей. Бұл фактіні дәлелдеу үшін бастапқы болжамды толығымен растайтын бірқатар эксперименттер жүргізілді.
Релятивистік және Ньютон механикасындағы масса
Ньютон механикасынан айырмашылығы, релятивистік теорияда масса материал мөлшерінің өлшемі бола алмайды. Иә, және релятивистік массаның өзі біршама кеңірек түрде анықталады, мысалы, массасы жоқ бөлшектердің болуын түсіндіруге мүмкіндік береді. Релятивистік механикада массаға емес, энергияға ерекше көңіл бөлінеді - яғни кез келген денені немесе элементар бөлшекті анықтайтын негізгі фактор оның энергиясы немесе импульсі болып табылады. Импульсті келесі формула арқылы табуға болады
Алайда бөлшектің тыныштық массасы өте маңызды сипаттама болып табылады - оның мәні өте аз және тұрақсыз сан, сондықтан өлшеулерге максималды жылдамдықпен және дәлдікпен жақындайды. Бөлшектің тыныштық энергиясын келесі формула арқылы табуға болады
- Ньютонның теорияларына ұқсас, оқшауланған жүйеде дененің массасы тұрақты, яғни уақыт бойынша өзгермейді. Ол бір СО-дан екіншісіне ауысқанда да өзгермейді.
- Инерция өлшемі мүлдем жоққозғалатын дене.
- Қозғалыстағы дененің релятивистік массасы оған тартылыс күштерінің әсерімен анықталмайды.
- Егер дененің массасы нөлге тең болса, онда ол жарық жылдамдығымен қозғалуы керек. Керісінше, жарық жылдамдығына тек массасы жоқ бөлшектер ғана жете алмайды.
- Релятивистік бөлшектің толық энергиясы келесі өрнек арқылы мүмкін болады:
Массаның табиғаты
Ғылымда біраз уақытқа дейін кез келген бөлшектің массасы электромагниттік табиғатқа байланысты деп есептелді, бірақ қазіргі уақытта бұл әдіспен оның аз ғана бөлігін түсіндіруге болатыны белгілі болды - негізгі үлесі глюондардан туындайтын күшті өзара әрекеттесулердің табиғатымен жасалады. Дегенмен, бұл әдіс табиғаты әлі анықталмаған ондаған бөлшектердің массасын түсіндіре алмайды.
Релятивистік массаның өсуі
Жоғарыда сипатталған барлық теоремалар мен заңдардың нәтижесі таңқаларлық болса да, жеткілікті түсінікті процесс түрінде көрсетілуі мүмкін. Егер бір дене екіншісіне қатысты кез келген жылдамдықпен қозғалса, оның параметрлері мен ішіндегі денелердің параметрлері, егер бастапқы дене жүйе болса, өзгереді. Әрине, төмен жылдамдықта бұл іс жүзінде байқалмайды, бірақ бұл әсер әлі де болады.
Қарапайым мысал келтіруге болады - тағы бір пойызда 60 км/сағ жылдамдықпен келе жатқан уақыттың таусылуы. Содан кейін келесі формула бойынша параметрді өзгерту коэффициенті есептеледі.
Бұл формула да жоғарыда сипатталған. Оған барлық деректерді ауыстырсақ (c ≈ 1 109 км/сағ үшін), біз келесі нәтижені аламыз:
Өзгеріс өте аз екені анық және сағатты байқалатындай өзгертпейді.
