1905'te Albert Einstein, çevremizdeki dünya hakkındaki bilim anlayışını biraz değiştiren görelilik teorisini yayınladı. Onun varsayımlarına dayanarak göreli kütle formülü elde edildi.
Özel Görelilik
Bütün mesele şu ki, birbirine göre hareket eden sistemlerde, herhangi bir süreç biraz farklı ilerler. Spesifik olarak, bu, örneğin hızdaki bir artışla kütledeki bir artışta ifade edilir. Sistemin hızı ışık hızından çok daha düşükse (υ << c=3 108), bu değişiklikler sıfıra meyledeceğinden pratikte fark edilmeyecektir. Bununla birlikte, hareket hızı ışık hızına yakınsa (örneğin, onda birine eşit), o zaman vücut kütlesi, uzunluğu ve herhangi bir işlemin süresi gibi göstergeler değişecektir. Aşağıdaki formülleri kullanarak, göreli bir parçacığın kütlesi de dahil olmak üzere hareketli bir referans çerçevesinde bu değerleri hesaplamak mümkündür.
Burada l0, m0 ve t0 - vücut uzunluğu, kütlesi ve durağan bir sistemdeki işlem süresi ve υ nesnenin hızıdır.
Einstein'ın teorisine göre hiçbir cisim ışık hızından daha hızlı hızlanamaz.
Dinlenme kütlesi
Göreli bir parçacığın durgun kütlesi sorunu, tam olarak görelilik teorisinde, bir cismin veya parçacığın kütlesi hıza bağlı olarak değişmeye başladığında ortaya çıkar. Buna göre dinlenme kütlesi, ölçüm anında (hareket yokluğunda) hareketsiz olan, yani hızı sıfır olan cismin kütlesidir.
Bir cismin göreli kütlesi, hareketi tanımlamadaki ana parametrelerden biridir.
Uygunluk ilkesi
Einstein'ın görelilik kuramının ortaya çıkışından sonra, birkaç yüzyıl boyunca kullanılan Newton mekaniğinin bazı revizyonları gerekliydi; bu, ışık hızıyla karşılaştırılabilir bir hızda hareket eden referans sistemleri düşünüldüğünde artık kullanılamayacaktı. Bu nedenle, Lorentz dönüşümlerini kullanarak tüm dinamik denklemlerini değiştirmek gerekiyordu - atalet referans çerçeveleri arasındaki geçiş sırasında bir cismin koordinatlarında veya sürecin noktasında ve zamanında bir değişiklik. Bu dönüşümlerin tanımı, her eylemsiz referans çerçevesinde tüm fiziksel yasaların eşit ve eşit olarak çalıştığı gerçeğine dayanmaktadır. Bu nedenle, doğa yasaları hiçbir şekilde referans çerçevesinin seçimine bağlı değildir.
Lorentz dönüşümlerinden, yukarıda açıklanan ve α harfi olarak adlandırılan relativistik mekaniğin ana katsayısı ifade edilir.
Karşılık ilkesinin kendisi oldukça basittir - belirli bir durumda herhangi bir yeni teorinin, aşağıdakilerle aynı sonuçları vereceğini söyler.öncesi. Spesifik olarak, göreli mekanikte bu, ışık hızından çok daha düşük hızlarda klasik mekanik yasalarının kullanılması gerçeğiyle yansıtılır.
Göreceli parçacık
Göreceli parçacık, ışık hızıyla karşılaştırılabilir bir hızda hareket eden bir parçacıktır. Hareketleri özel görelilik kuramıyla tanımlanır. Varlığı yalnızca ışık hızında hareket ederken mümkün olan bir grup parçacık bile vardır - bunlara kütlesiz veya basitçe kütlesiz parçacıklar denir, çünkü hareketsizken kütleleri sıfırdır, bu nedenle bunlar, hiçbir benzer seçeneği olmayan benzersiz parçacıklardır. -göreceli, klasik mekanik.
Yani, göreli bir parçacığın kalan kütlesi sıfır olabilir.
Bir parçacığın kinetik enerjisi aşağıdaki formülle ifade edilen enerjiyle karşılaştırılabiliyorsa göreli olarak adlandırılabilir.
Bu formül gerekli hız koşulunu belirler.
Bir parçacığın enerjisi aynı zamanda durgun enerjisinden daha büyük olabilir - bunlara ultrarelativistik denir.
Bu tür parçacıkların hareketini tanımlamak için, genel durumda kuantum mekaniği ve daha kapsamlı bir açıklama için kuantum alan teorisi kullanılır.
Görünüm
Benzer parçacıklar (hem göreli hem de aşırı göreli) doğal formlarında yalnızca kozmik radyasyonda, yani kaynağı Dünya dışında olan, elektromanyetik bir yapıya sahip radyasyonda bulunur. İnsan tarafından yapay olarak yaratılırlar.özel hızlandırıcılarda - onların yardımıyla birkaç düzine parçacık türü bulundu ve bu liste sürekli güncelleniyor. Böyle bir tesis, örneğin İsviçre'de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısıdır.
β-bozunması sırasında ortaya çıkan elektronlar bazen onları göreli olarak sınıflandırmak için yeterli hıza ulaşabilir. Bir elektronun göreli kütlesi de belirtilen formüller kullanılarak bulunabilir.
Kütle kavramı
Newton mekaniğinde kütlenin birkaç zorunlu özelliği vardır:
- Cisimlerin yerçekimi, kütlelerinden kaynaklanır, yani doğrudan ona bağlıdır.
- Vücudun kütlesi referans sisteminin seçimine bağlı değildir ve değiştiğinde değişmez.
- Bir cismin eylemsizliği kütlesi ile ölçülür.
- Vücut hiçbir işlemin olmadığı ve kapalı bir sistemdeyse, kütlesi pratikte değişmez (katılar için çok yavaş olan difüzyon transferi hariç).
- Bileşik bir cismin kütlesi, tek tek parçalarının kütlelerinden oluşur.
Görelilik İlkeleri
Galile'nin görelilik ilkesi
Bu ilke relativistik olmayan mekanik için formüle edilmiştir ve şu şekilde ifade edilir: Sistemlerin durağan olup olmadığına veya herhangi bir hareket yapıp yapmadığına bakılmaksızın, onlarda tüm süreçler aynı şekilde ilerler.
Einstein'ın görelilik ilkesi
Bu ilke iki varsayıma dayanır:
- Galileo'nun görelilik ilkesibu durumda da kullanılır. Yani herhangi bir CO'da kesinlikle tüm doğa yasaları aynı şekilde çalışır.
- Işık kaynağının ve ekranın (ışık alıcı) hızından bağımsız olarak, ışığın hızı kesinlikle her zaman ve tüm referans sistemlerinde aynıdır. Bu gerçeği kanıtlamak için, ilk tahmini tam olarak doğrulayan bir dizi deney yapıldı.
Göreceli ve Newton mekaniğinde kütle
Newton mekaniğinin aksine, görelilik teorisinde kütle, malzeme miktarının bir ölçüsü olamaz. Evet ve göreli kütlenin kendisi daha kapsamlı bir şekilde tanımlanır ve örneğin kütlesiz parçacıkların varlığını açıklamayı mümkün kılar. Göreceli mekanikte, kütleden ziyade enerjiye özel önem verilir - yani herhangi bir cismi veya temel parçacığı belirleyen ana faktör, enerjisi veya momentumudur. Momentum aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir
Ancak, bir parçacığın kalan kütlesi çok önemli bir özelliktir - değeri çok küçük ve kararsız bir sayıdır, bu nedenle ölçümlere maksimum hız ve doğrulukla yaklaşılır. Bir parçacığın kalan enerjisi aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir
- Newton'un teorilerine benzer şekilde, yalıtılmış bir sistemde bir cismin kütlesi sabittir, yani zamanla değişmez. Ayrıca bir CO'dan diğerine geçerken değişmez.
- Atalet ölçüsü kesinlikle yokturhareketli vücut.
- Hareketli bir cismin göreli kütlesi, onun üzerindeki yerçekimi kuvvetlerinin etkisiyle belirlenmez.
- Bir cismin kütlesi sıfırsa, ışık hızında hareket etmelidir. Bunun tersi doğru değil - yalnızca kütlesiz parçacıklar ışık hızına ulaşamaz.
- Göreli bir parçacığın toplam enerjisi aşağıdaki ifade kullanılarak mümkündür:
Kütlenin doğası
Bilimde bir süre öncesine kadar, herhangi bir parçacığın kütlesinin elektromanyetik doğadan kaynaklandığına inanılıyordu, ancak artık bu şekilde yalnızca küçük bir kısmını açıklamanın mümkün olduğu biliniyordu - ana katkı, gluonlardan kaynaklanan güçlü etkileşimlerin doğası gereği yapılır. Ancak bu yöntem, doğası henüz aydınlatılmamış bir düzine parçacığın kütlesini açıklayamaz.
Göreceli kütle artışı
Yukarıda açıklanan tüm teorem ve yasaların sonucu, şaşırtıcı olsa da oldukça anlaşılır bir süreçle ifade edilebilir. Bir gövde diğerine göre herhangi bir hızda hareket ederse, parametreleri ve orijinal gövde bir sistemse, içindeki gövdelerin parametreleri değişir. Tabii ki, düşük hızlarda bu pratikte fark edilmeyecek, ancak bu etki yine de mevcut olacak.
Basit bir örnek verebiliriz - başka bir örnek 60 km/s hızla hareket eden bir trende zamanın bitmesi. Daha sonra aşağıdaki formüle göre parametre değişim katsayısı hesaplanır.
Bu formül de yukarıda açıklanmıştır. Tüm verileri bunun içine koyduğumuzda (c ≈ 1 109 km/h için), şu sonucu elde ederiz:
Açıkçası değişiklik son derece küçüktür ve saati fark edilebilir bir şekilde değiştirmez.
