Im Jahr 1905 veröffentlichte Albert Einstein seine Relativitätstheorie, die das Verständnis der Wissenschaft über die Welt um uns herum etwas veränderte. Basierend auf seinen Annahmen wurde die Formel für die relativistische Masse erh alten.
Spezielle Relativitätstheorie
Der springende Punkt ist, dass in Systemen, die sich relativ zueinander bewegen, alle Prozesse etwas anders ablaufen. Konkret äußert sich dies beispielsweise in einer Massezunahme bei Geschwindigkeitszunahme. Wenn die Geschwindigkeit des Systems viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist (υ << c=3 108), dann werden diese Änderungen praktisch nicht wahrnehmbar, da sie gegen Null gehen. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit jedoch nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt (z. B. gleich einem Zehntel davon), ändern sich Indikatoren wie Körpermasse, ihre Länge und die Zeit eines Prozesses. Mit den folgenden Formeln ist es möglich, diese Werte in einem beweglichen Bezugssystem einschließlich der Masse eines relativistischen Teilchens zu berechnen.
Hier l0, m0 und t0 - Körperlänge, seine Masse und die Prozesszeit in einem stationären System und υ die Geschwindigkeit des Objekts.
Nach Einsteins Theorie kann kein Körper schneller als mit Lichtgeschwindigkeit beschleunigen.
Ruhemasse
Die Frage nach der Ruhemasse eines relativistischen Teilchens stellt sich gerade in der Relativitätstheorie, wenn sich die Masse eines Körpers oder Teilchens abhängig von der Geschwindigkeit zu ändern beginnt. Dementsprechend ist die Ruhemasse die Masse des Körpers, die sich im Moment der Messung in Ruhe (ohne Bewegung) befindet, also seine Geschwindigkeit Null ist.
Die relativistische Masse eines Körpers ist einer der Hauptparameter bei der Beschreibung von Bewegung.
Konformitätsprinzip
Nach dem Aufkommen von Einsteins Relativitätstheorie war eine Überarbeitung der seit mehreren Jahrhunderten verwendeten Newtonschen Mechanik erforderlich, die nicht mehr verwendet werden konnte, wenn man sich Bezugssysteme vorstellte, die sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar ist. Daher war es notwendig, alle Dynamikgleichungen mithilfe von Lorentz-Transformationen zu ändern - eine Änderung der Koordinaten eines Körpers oder eines Punkts und Zeitpunkts des Prozesses während des Übergangs zwischen Trägheitsbezugssystemen. Die Beschreibung dieser Transformationen basiert auf der Tatsache, dass in jedem Trägheitsbezugssystem alle physikalischen Gesetze gleich und gleich wirken. Die Naturgesetze sind also keineswegs von der Wahl des Bezugsrahmens abhängig.
Aus den Lorentz-Transformationen wird der Hauptkoeffizient der relativistischen Mechanik ausgedrückt, der oben beschrieben ist und als Buchstabe α bezeichnet wird.
Das Korrespondenzprinzip selbst ist ziemlich einfach - es besagt, dass jede neue Theorie in einem bestimmten Fall die gleichen Ergebnisse liefern wird wieBisherige. Speziell in der relativistischen Mechanik spiegelt sich dies darin wider, dass bei Geschwindigkeiten, die viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit sind, die Gesetze der klassischen Mechanik verwendet werden.
Relativistisches Teilchen
Ein relativistisches Teilchen ist ein Teilchen, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar ist. Ihre Bewegung wird durch die spezielle Relativitätstheorie beschrieben. Es gibt sogar eine Gruppe von Teilchen, deren Existenz nur möglich ist, wenn sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen - diese werden Teilchen ohne Masse oder einfach masselos genannt, da ihre Masse im Ruhezustand Null ist, daher sind dies einzigartige Teilchen, die keine analoge Option im Nicht haben -relativistische, klassische Mechanik.
Das heißt, die Ruhemasse eines relativistischen Teilchens kann Null sein.
Ein Teilchen kann als relativistisch bezeichnet werden, wenn seine kinetische Energie mit der durch die folgende Formel ausgedrückten Energie verglichen werden kann.
Diese Formel bestimmt den erforderlichen Geschwindigkeitszustand.
Die Energie eines Teilchens kann auch größer sein als seine Ruheenergie - diese nennt man ultrarelativistisch.
Zur Beschreibung der Bewegung solcher Teilchen wird im allgemeinen Fall die Quantenmechanik und für eine weitergehende Beschreibung die Quantenfeldtheorie verwendet.
Aussehen
Ähnliche Teilchen (sowohl relativistisch als auch ultrarelativistisch) existieren in ihrer natürlichen Form nur in kosmischer Strahlung, dh Strahlung, deren Quelle außerhalb der Erde liegt, elektromagnetischer Natur. Sie werden vom Menschen künstlich geschaffen.in speziellen Beschleunigern - mit ihrer Hilfe wurden mehrere Dutzend Arten von Teilchen gefunden, und diese Liste wird ständig aktualisiert. Eine solche Anlage ist zum Beispiel der Large Hadron Collider in der Schweiz.
Elektronen, die während des β-Zerfalls auftreten, können manchmal auch eine ausreichende Geschwindigkeit erreichen, um sie als relativistisch zu klassifizieren. Die relativistische Masse eines Elektrons kann auch mit den angegebenen Formeln ermittelt werden.
Das Konzept der Masse
Masse in der Newtonschen Mechanik hat mehrere obligatorische Eigenschaften:
- Die Anziehungskraft von Körpern ergibt sich aus ihrer Masse, hängt also direkt von ihr ab.
- Die Masse des Körpers hängt nicht von der Wahl des Bezugssystems ab und ändert sich nicht, wenn es sich ändert.
- Die Trägheit eines Körpers wird durch seine Masse gemessen.
- Befindet sich der Körper in einem System, in dem keine Prozesse ablaufen und das geschlossen ist, dann ändert sich seine Masse praktisch nicht (abgesehen vom Diffusionstransport, der für Festkörper sehr langsam ist).
- Die Masse eines zusammengesetzten Körpers setzt sich aus den Massen seiner einzelnen Teile zusammen.
Prinzipien der Relativität
Galileisches Relativitätsprinzip
Dieses Prinzip wurde für die nichtrelativistische Mechanik formuliert und drückt sich folgendermaßen aus: Egal ob die Systeme ruhen oder ob sie sich bewegen, alle Prozesse in ihnen laufen auf die gleiche Weise ab.
Einsteins Relativitätsprinzip
Dieses Prinzip basiert auf zwei Postulaten:
- Galileos Relativitätsprinzipkommt auch in diesem Fall zum Einsatz. Das heißt, in jedem CO wirken absolut alle Naturgesetze auf die gleiche Weise.
- Die Lichtgeschwindigkeit ist absolut immer und in allen Bezugssystemen gleich, unabhängig von der Geschwindigkeit der Lichtquelle und des Schirms (Lichtempfänger). Um diese Tatsache zu beweisen, wurden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, die die anfängliche Vermutung vollständig bestätigten.
Masse in der relativistischen und Newtonschen Mechanik
Im Gegensatz zur Newtonschen Mechanik kann die Masse in der relativistischen Theorie kein Maß für die Menge an Material sein. Ja, und die relativistische Masse selbst ist etwas umfassender definiert, wodurch es möglich wird, zum Beispiel die Existenz von Teilchen ohne Masse zu erklären. In der relativistischen Mechanik wird der Energie statt der Masse besondere Aufmerksamkeit geschenkt – das heißt, der Hauptfaktor, der einen Körper oder ein Elementarteilchen bestimmt, ist seine Energie oder sein Impuls. Das Momentum kann mit der folgenden Formel ermittelt werden
Die Ruhemasse eines Teilchens ist jedoch ein sehr wichtiges Merkmal - ihr Wert ist eine sehr kleine und instabile Zahl, daher werden Messungen mit maximaler Geschwindigkeit und Genauigkeit angegangen. Die Ruheenergie eines Teilchens kann mit der folgenden Formel ermittelt werden
- Ähnlich wie in Newtons Theorien ist die Masse eines Körpers in einem isolierten System konstant, dh sie ändert sich nicht mit der Zeit. Es ändert sich auch nicht, wenn Sie von einem CO zu einem anderen wechseln.
- Es gibt absolut kein Maß für Trägheitsich bewegender Körper.
- Die relativistische Masse eines bewegten Körpers wird nicht durch den Einfluss von Gravitationskräften auf ihn bestimmt.
- Wenn die Masse eines Körpers Null ist, muss er sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Umgekehrt gilt das nicht - nicht nur masselose Teilchen können Lichtgeschwindigkeit erreichen.
- Die Gesamtenergie eines relativistischen Teilchens ist mit folgendem Ausdruck möglich:
Natur der Masse
Bis zu einiger Zeit glaubte man in der Wissenschaft, dass die Masse eines jeden Teilchens auf die elektromagnetische Natur zurückzuführen ist, aber inzwischen ist bekannt, dass es auf diese Weise möglich ist, nur einen kleinen Teil davon zu erklären - den Hauptteil Der Beitrag wird durch die Natur starker Wechselwirkungen geleistet, die von Gluonen ausgehen. Allerdings kann diese Methode nicht die Masse eines Dutzend Teilchen erklären, deren Natur noch nicht aufgeklärt ist.
Relativistische Massenzunahme
Das Ergebnis aller oben beschriebenen Theoreme und Gesetze kann in einem ziemlich verständlichen, wenn auch überraschenden Prozess ausgedrückt werden. Wenn sich ein Körper mit beliebiger Geschwindigkeit relativ zu einem anderen bewegt, ändern sich seine Parameter und die Parameter der darin befindlichen Körper, falls der ursprüngliche Körper ein System ist. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist dies natürlich praktisch nicht wahrnehmbar, aber dieser Effekt ist immer noch vorhanden.
Man kann ein einfaches Beispiel geben - ein anderes, in dem die Zeit in einem Zug abläuft, der mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h fährt. Dann wird nach folgender Formel der Parameteränderungskoeffizient berechnet.
Diese Formel wurde auch oben beschrieben. Setzen wir alle Daten ein (für c ≈ 1 109 km/h), erh alten wir folgendes Ergebnis:
Offensichtlich ist die Änderung extrem gering und ändert die Uhr nicht auf eine merkliche Weise.
