1905. gadā Alberts Einšteins publicēja savu relativitātes teoriju, kas nedaudz mainīja zinātnes izpratni par apkārtējo pasauli. Pamatojoties uz viņa pieņēmumiem, tika iegūta relatīvistiskās masas formula.
Īpašā relativitāte
Visa būtība ir tāda, ka sistēmās, kas pārvietojas viena pret otru, visi procesi norit nedaudz savādāk. Konkrēti, tas tiek izteikts, piemēram, masas pieaugumā, palielinoties ātrumam. Ja sistēmas ātrums ir daudz mazāks par gaismas ātrumu (υ << c=3 108), tad šīs izmaiņas praktiski nebūs manāmas, jo tām būs tendence uz nulli. Savukārt, ja kustības ātrums ir tuvs gaismas ātrumam (piemēram, vienāds ar vienu desmito daļu no tā), tad mainīsies tādi rādītāji kā ķermeņa masa, tā garums un jebkura procesa norises laiks. Izmantojot šādas formulas, ir iespējams aprēķināt šīs vērtības kustīgā atskaites rāmī, ieskaitot relativistiskās daļiņas masu.
Šeit l0, m0 un t0 - ķermeņa garums, tā masa un procesa laiks stacionārā sistēmā, un υ ir objekta ātrums.
Saskaņā ar Einšteina teoriju neviens ķermenis nevar paātrināties ātrāk par gaismas ātrumu.
Atpūtas masa
Jautājums par relativistiskās daļiņas atlikušo masu rodas tieši relativitātes teorijā, kad ķermeņa vai daļiņas masa sāk mainīties atkarībā no ātruma. Attiecīgi miera masa ir ķermeņa masa, kas mērīšanas brīdī atrodas miera stāvoklī (ja nav kustības), tas ir, tā ātrums ir nulle.
Ķermeņa relativistiskā masa ir viens no galvenajiem kustības apraksta parametriem.
Atbilstības princips
Pēc Einšteina relativitātes teorijas parādīšanās bija nepieciešama vairākus gadsimtus izmantotās Ņūtona mehānikas pārskatīšana, ko vairs nevarēja izmantot, apsverot atskaites sistēmas, kas pārvietojas ar ātrumu, kas salīdzināms ar gaismas ātrumu. Tāpēc bija nepieciešams mainīt visus dinamikas vienādojumus, izmantojot Lorenca transformācijas - ķermeņa koordinātu vai punkta un procesa laika izmaiņas pārejas laikā starp inerciālajiem atskaites sistēmām. Šo transformāciju apraksts ir balstīts uz to, ka katrā inerciālajā atskaites sistēmā visi fiziskie likumi darbojas vienādi un vienādi. Tādējādi dabas likumi nekādā veidā nav atkarīgi no atskaites sistēmas izvēles.
No Lorenca transformācijām tiek izteikts galvenais relativistiskās mehānikas koeficients, kas aprakstīts iepriekš un tiek saukts par burtu α.
Pats atbilstības princips ir diezgan vienkāršs - tas saka, ka jebkura jauna teorija kādā konkrētā gadījumā dos tādus pašus rezultātus kāiepriekšējā. Konkrēti, relativistiskajā mehānikā to atspoguļo fakts, ka ātrumos, kas ir daudz mazāki par gaismas ātrumu, tiek izmantoti klasiskās mehānikas likumi.
Relativistiskā daļiņa
Relativistiskā daļiņa ir daļiņa, kas pārvietojas ar ātrumu, kas salīdzināms ar gaismas ātrumu. To kustību apraksta īpašā relativitātes teorija. Ir pat daļiņu grupa, kuru eksistence ir iespējama tikai pārvietojoties ar gaismas ātrumu - tās sauc par daļiņām bez masas vai vienkārši bezmasas, jo miera stāvoklī to masa ir nulle, tāpēc tās ir unikālas daļiņas, kurām nav analogu iespēju -relatīvistiskā, klasiskā mehānika.
Tas ir, relativistiskās daļiņas pārējā masa var būt nulle.
Daļiņu var saukt par relativistisku, ja tās kinētisko enerģiju var salīdzināt ar enerģiju, kas izteikta ar šādu formulu.
Šī formula nosaka nepieciešamo ātruma nosacījumu.
Daļiņas enerģija var būt arī lielāka par tās miera enerģiju - to sauc par ultrarelativistisku.
Lai aprakstītu šādu daļiņu kustību, kvantu mehānika tiek izmantota vispārīgajā gadījumā un kvantu lauka teorija plašākam aprakstam.
Izskats
Līdzīgas daļiņas (gan relativistiskās, gan ultrarelativistiskās) savā dabiskajā formā pastāv tikai kosmiskā starojumā, tas ir, starojumā, kura avots atrodas ārpus Zemes, un tam ir elektromagnētisks raksturs. Tos mākslīgi rada cilvēks.īpašos paātrinātājos - ar to palīdzību tika atrasti vairāki desmiti daļiņu veidu, un šis saraksts tiek pastāvīgi atjaunināts. Šāda iekārta ir, piemēram, lielais hadronu paātrinātājs, kas atrodas Šveicē.
Elektroni, kas parādās β-sabrukšanas laikā, dažkārt var sasniegt pietiekamu ātrumu, lai tos klasificētu kā relatīvus. Elektrona relativistisko masu var atrast arī, izmantojot norādītās formulas.
Masas jēdziens
Masai Ņūtona mehānikā ir vairākas obligātas īpašības:
- Ķermeņu gravitācijas pievilcība rodas no to masas, tas ir, tā ir tieši atkarīga no tās.
- Ķermeņa masa nav atkarīga no atskaites sistēmas izvēles un nemainās, kad tā mainās.
- Ķermeņa inerci mēra pēc tā masas.
- Ja ķermenis atrodas sistēmā, kurā nenotiek procesi un kura ir slēgta, tad tā masa praktiski nemainīsies (izņemot difūzijas pārnesi, kas cietām vielām ir ļoti lēna).
- Saliktā ķermeņa masu veido tā atsevišķo daļu masas.
Relativitātes principi
Galiles relativitātes princips
Šis princips tika formulēts nerelatīvistiskajai mehānikai un tiek izteikts šādi: neatkarīgi no tā, vai sistēmas atrodas miera stāvoklī, vai tās veic kādu kustību, visi procesi tajās notiek vienādi.
Einšteina relativitātes princips
Šis princips ir balstīts uz diviem postulātiem:
- Galileo relativitātes principstiek izmantots arī šajā gadījumā. Tas ir, jebkurā CO pilnīgi visi dabas likumi darbojas vienādi.
- Gaismas ātrums absolūti vienmēr un visās atskaites sistēmās ir vienāds neatkarīgi no gaismas avota un ekrāna (gaismas uztvērēja) ātruma. Lai pierādītu šo faktu, tika veikti vairāki eksperimenti, kas pilnībā apstiprināja sākotnējo minējumu.
Masa relatīvistiskajā un Ņūtona mehānikā
Atšķirībā no Ņūtona mehānikas relativistiskajā teorijā masa nevar būt materiāla daudzuma mērs. Jā, un pati relativistiskā masa ir definēta kaut kādā plašākā veidā, ļaujot izskaidrot, piemēram, daļiņu bez masas esamību. Relativistiskajā mehānikā īpaša uzmanība tiek pievērsta enerģijai, nevis masai - tas ir, galvenais faktors, kas nosaka jebkuru ķermeni vai elementārdaļiņu, ir tā enerģija vai impulss. Impulsu var atrast, izmantojot šādu formulu
Tomēr daļiņas atpūtas masa ir ļoti svarīgs raksturlielums - tās vērtība ir ļoti mazs un nestabils skaitlis, tāpēc mērījumi tiek pietuvināti ar maksimālu ātrumu un precizitāti. Daļiņas miera enerģiju var atrast, izmantojot šādu formulu
- Līdzīgi Ņūtona teorijām, izolētā sistēmā ķermeņa masa ir nemainīga, tas ir, laika gaitā nemainās. Tas arī nemainās, pārejot no viena CO uz otru.
- Nav absolūti nekāda inerces mērakustīgs ķermenis.
- Kustīga ķermeņa relatīvo masu nenosaka gravitācijas spēku ietekme uz to.
- Ja ķermeņa masa ir nulle, tad tam jāpārvietojas ar gaismas ātrumu. Pretēji nav taisnība - gaismas ātrumu var sasniegt ne tikai bezmasas daļiņas.
- Relativistiskās daļiņas kopējā enerģija ir iespējama, izmantojot šādu izteiksmi:
Masas raksturs
Līdz kādu laiku zinātnē tika uzskatīts, ka jebkuras daļiņas masa ir saistīta ar elektromagnētisko dabu, taču tagad ir kļuvis zināms, ka šādā veidā iespējams izskaidrot tikai nelielu tās daļu - galveno ieguldījumu sniedz spēcīgas mijiedarbības raksturs, kas rodas no gluoniem. Tomēr šī metode nevar izskaidrot duci daļiņu masu, kuru raksturs vēl nav noskaidrots.
Relativistisks masas pieaugums
Visu iepriekš aprakstīto teorēmu un likumu rezultātu var izteikt diezgan saprotamā, lai arī pārsteidzošā procesā. Ja viens ķermenis pārvietojas attiecībā pret otru jebkurā ātrumā, tad mainās tā parametri un iekšpusē esošo ķermeņu parametri, ja sākotnējais ķermenis ir sistēma. Protams, pie maza ātruma tas praktiski nebūs pamanāms, taču šis efekts joprojām būs.
Var minēt vienkāršu piemēru - citam pietrūkst laika vilcienā, kas brauc ar ātrumu 60 km/h. Pēc tam pēc šādas formulas aprēķina parametru izmaiņu koeficientu.
Šī formula tika aprakstīta arī iepriekš. Aizvietojot tajā visus datus (c ≈ 1 109 km/h), mēs iegūstam šādu rezultātu:
Acīmredzot izmaiņas ir ārkārtīgi mazas un nemaina pulksteni tā, lai tas būtu pamanāms.
