Godine 1905. Albert Ajnštajn je objavio svoju teoriju relativnosti, koja je donekle promenila razumevanje nauke o svetu oko nas. Na osnovu njegovih pretpostavki, dobijena je formula za relativističku masu.
Specijalna relativnost
Suština je u tome da se u sistemima koji se kreću jedan u odnosu na drugi, svaki proces odvija nešto drugačije. Konkretno, to se izražava, na primjer, povećanjem mase s povećanjem brzine. Ako je brzina sistema mnogo manja od brzine svjetlosti (υ << c=3 108), tada ove promjene praktično neće biti primjetne, 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 dužina 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 - dužina tijela, njegova masa i vrijeme procesa u stacionarnom sistemu, 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 masa tijela ili čestice počinje da se mijenja u zavisnosti od brzine. Prema tome, masa mirovanja je masa tijela koje u trenutku mjerenja miruje (u odsustvu kretanja), odnosno njegova brzina je nula.
Relativistička masa tijela je jedan od glavnih parametara u opisivanju kretanja.
Princip usklađenosti
Nakon pojave Ajnštajnove teorije relativnosti, bila je potrebna određena revizija Njutnove mehanike koja se koristila nekoliko vekova, koja se više nije mogla koristiti kada se razmatraju referentni sistemi koji se kreću brzinom koja je uporediva sa brzinom svetlosti. Stoga je bilo potrebno promijeniti sve jednadžbe dinamike koristeći Lorentzove transformacije – promjenu koordinata tijela ili tačke i vremena procesa tokom prijelaza između inercijalnih referentnih okvira. Opis ovih transformacija zasniva se na činjenici da u svakom inercijskom referentnom okviru svi fizički zakoni funkcionišu jednako i jednako. Dakle, zakoni prirode ni na koji način ne zavise od izbora 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 koja je uporediva sa brzinom svjetlosti. Njihovo kretanje je opisano specijalnom teorijom relativnosti. Postoji čak i grupa čestica čije je postojanje moguće samo kada se kreću brzinom svjetlosti - one se nazivaju čestice bez mase ili jednostavno bez mase, budući da je u mirovanju njihova masa nula, stoga su to 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 njena kinetička energija može uporediti sa energijom izraženom sljedećom formulom.
Ova formula određuje potrebnu brzinu.
Energija čestice takođe može biti veća od njene energije mirovanja - one se nazivaju ultrarelativistički.
Da bi se opisalo kretanje takvih čestica, kvantna mehanika se koristi u opštem slučaju i kvantna teorija polja za opširniji opis.
Izgled
Slične čestice (i relativističke i ultrarelativističke) u svom prirodnom obliku postoje samo u kosmičkom zračenju, odnosno zračenju čiji je izvor izvan Zemlje, elektromagnetne prirode. Čovjek ih je umjetno stvorio.u posebnim akceleratorima - uz pomoć njih pronađeno je nekoliko desetina vrsta čestica, a ova lista se stalno ažurira. Takav objekat je, na primjer, Veliki hadronski sudarač koji se nalazi u Švicarskoj.
Elektroni koji se pojavljuju tokom β-raspada ponekad mogu postići dovoljnu brzinu da ih klasifikuju kao relativističke. Relativistička masa elektrona se također može pronaći pomoću naznačenih formula.
Koncept mase
Masa u Njutnovskoj mehanici ima nekoliko obaveznih svojstava:
- Gravitaciono privlačenje tela proizilazi iz njihove mase, odnosno direktno zavisi od nje.
- Masa tela ne zavisi od izbora referentnog sistema i ne menja se kada se menja.
- Inercija tijela mjeri se njegovom masom.
- Ako se tijelo nalazi u sistemu u kojem se ne odvijaju nikakvi procesi i koji je zatvoren, tada se njegova masa praktično 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 formulisan za nerelativističku mehaniku i izražava se na sledeći način: bez obzira da li sistemi miruju ili da li se kreću, svi procesi u njima se odvijaju na isti način.
Einsteinov princip relativnosti
Ovaj princip se zasniva 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 sistemima ista, bez obzira na brzinu izvora svjetlosti i ekrana (svjetlosnog prijemnika). Da bi se dokazala ova činjenica, sprovedeno je nekoliko eksperimenata, koji su u potpunosti potvrdili prvobitnu pretpostavku.
Masa u relativističkoj i njutnovskoj mehanici
Za razliku od Newtonove mehanike, u relativističkoj teoriji, masa ne može biti mjera količine materijala. Da, i sama relativistička masa je definirana na neki opširniji način, ostavljajući moguće objasniti, na primjer, postojanje čestica bez mase. U relativističkoj mehanici posebna pažnja se poklanja energiji, a ne masi – to jest, glavni faktor koji određuje bilo koje tijelo ili elementarnu česticu je njegova energija ili impuls. Zamah se može naći korištenjem sljedeće formule
Međutim, masa mirovanja čestice je vrlo važna karakteristika - njena vrijednost je vrlo mali i nestabilan broj, tako da se mjerenjima pristupa maksimalnom brzinom i preciznošću. Energija mirovanja čestice može se naći pomoću sljedeće formule
- Slično Newtonovim teorijama, u izolovanom sistemu, masa tela je konstantna, odnosno ne menja se tokom vremena. Također se ne mijenja kada se prelazi iz jednog CO u drugi.
- Apsolutno nema mjere inercijetijelo u pokretu.
- Relativistička masa tela u pokretu nije određena uticajem gravitacionih sila na njega.
- Ako je masa tijela nula, onda se ono mora kretati brzinom svjetlosti. Obratno nije tačno - ne samo čestice bez mase mogu dostići brzinu svetlosti.
- Ukupna energija relativističke čestice moguća je korištenjem sljedećeg izraza:
Priroda mase
Do izvesnog vremena u nauci se verovalo da je masa bilo koje čestice posledica elektromagnetne prirode, ali do sada je postalo poznato da je na ovaj način moguće objasniti samo njen mali deo - glavni doprinos daje priroda jakih interakcija koje proizlaze iz gluona. Međutim, ova metoda ne može objasniti masu desetak čestica, čija priroda još nije razjašnjena.
Relativističko povećanje mase
Rezultat svih gore opisanih teorema i zakona može se izraziti u prilično razumljivom, iako iznenađujućem, procesu. Ako se jedno tijelo kreće u odnosu na drugo bilo kojom brzinom, tada se mijenjaju njegovi parametri i parametri tijela unutar, ako je originalno tijelo sistem. Naravno, pri malim brzinama to se praktično neće primijetiti, ali ovaj efekat će i dalje biti prisutan.
Može se navesti jednostavan primjer - još jedan kratak vremena u vozu koji se kreće brzinom od 60 km/h. Zatim, prema sljedećoj formuli, izračunava se koeficijent promjene parametra.
Ova formula je također gore opisana. Zamjenom svih podataka u njega (za c ≈ 1 109 km/h), dobijamo sljedeći rezultat:
Očigledno je da je promjena izuzetno mala i ne mijenja sat na način koji je uočljiv.
