Nel 1905, Albert Einstein pubblicò la sua teoria della relatività, che cambiò in qualche modo la comprensione della scienza sul mondo che ci circonda. Sulla base delle sue ipotesi, è stata ottenuta la formula per la massa relativistica.
Relatività speciale
Il punto è che nei sistemi che si muovono l'uno rispetto all' altro, qualsiasi processo procede in modo leggermente diverso. Nello specifico, ciò si esprime, ad esempio, in un aumento di massa con un aumento di velocità. Se la velocità del sistema è molto inferiore alla velocità della luce (υ << c=3 108), allora questi cambiamenti non saranno praticamente evidenti, poiché tenderanno a zero. Tuttavia, se la velocità del movimento è vicina alla velocità della luce (ad esempio, pari a un decimo di essa), gli indicatori come la massa corporea, la sua lunghezza e il tempo di qualsiasi processo cambieranno. Utilizzando le seguenti formule, è possibile calcolare questi valori in un sistema di riferimento mobile, inclusa la massa di una particella relativistica.
Qui l0, m0 e t0 - lunghezza del corpo, sua massa e il tempo di processo in un sistema stazionario, e υ è la velocità dell'oggetto.
Secondo la teoria di Einstein, nessun corpo può accelerare più velocemente della velocità della luce.
Messa a riposo
La questione della massa a riposo di una particella relativistica si pone proprio nella teoria della relatività, quando la massa di un corpo o di una particella comincia a cambiare a seconda della velocità. Di conseguenza, la massa a riposo è la massa del corpo, che al momento della misurazione è a riposo (in assenza di movimento), cioè la sua velocità è zero.
La massa relativistica di un corpo è uno dei parametri principali nella descrizione del movimento.
Principio di conformità
Dopo l'avvento della teoria della relatività di Einstein, si è resa necessaria una revisione della meccanica newtoniana utilizzata per diversi secoli, che non poteva più essere utilizzata quando si considerano i sistemi di riferimento che si muovono a una velocità paragonabile a quella della luce. Pertanto, è stato necessario modificare tutte le equazioni della dinamica utilizzando le trasformazioni di Lorentz: un cambiamento nelle coordinate di un corpo o punto e il tempo del processo durante la transizione tra i sistemi di riferimento inerziali. La descrizione di queste trasformazioni si basa sul fatto che in ogni sistema di riferimento inerziale tutte le leggi fisiche funzionano allo stesso modo e allo stesso modo. Pertanto, le leggi della natura non dipendono in alcun modo dalla scelta del quadro di riferimento.
Dalle trasformazioni di Lorentz si esprime il principale coefficiente della meccanica relativistica, sopra descritto e chiamato lettera α.
Lo stesso principio di corrispondenza è abbastanza semplice: dice che qualsiasi nuova teoria in qualche caso particolare darà gli stessi risultati diprecedente. In particolare, nella meccanica relativistica, ciò si riflette nel fatto che a velocità molto inferiori a quella della luce, vengono utilizzate le leggi della meccanica classica.
Particella relativistica
Una particella relativistica è una particella che si muove a una velocità paragonabile a quella della luce. Il loro moto è descritto dalla teoria della relatività speciale. C'è anche un gruppo di particelle la cui esistenza è possibile solo quando si muove alla velocità della luce - queste sono chiamate particelle senza massa o semplicemente prive di massa, poiché a riposo la loro massa è zero, quindi queste sono particelle uniche che non hanno alcuna opzione analoga in non -meccanica relativistica, classica.
Ovvero, la massa a riposo di una particella relativistica può essere zero.
Una particella può essere definita relativistica se la sua energia cinetica può essere confrontata con l'energia espressa dalla seguente formula.
Questa formula determina la condizione di velocità richiesta.
L'energia di una particella può anche essere maggiore della sua energia a riposo - queste sono chiamate ultrarelativistiche.
Per descrivere il moto di tali particelle, la meccanica quantistica è usata nel caso generale e la teoria quantistica dei campi per una descrizione più ampia.
Aspetto
Particelle simili (sia relativistiche che ultrarelativistiche) nella loro forma naturale esistono solo nella radiazione cosmica, cioè nella radiazione la cui sorgente è al di fuori della Terra, di natura elettromagnetica. Sono creati artificialmente dall'uomo.in speciali acceleratori - con il loro aiuto, sono state trovate diverse dozzine di tipi di particelle e questo elenco è costantemente aggiornato. Tale struttura è, ad esempio, il Large Hadron Collider situato in Svizzera.
Gli elettroni che compaiono durante il decadimento β a volte possono anche raggiungere una velocità sufficiente per classificarli come relativistici. La massa relativistica di un elettrone può anche essere trovata usando le formule indicate.
Il concetto di massa
La massa nella meccanica newtoniana ha diverse proprietà obbligatorie:
- L'attrazione gravitazionale dei corpi nasce dalla loro massa, cioè dipende direttamente da essa.
- La massa del corpo non dipende dalla scelta del sistema di riferimento e non cambia quando cambia.
- L'inerzia di un corpo si misura dalla sua massa.
- Se il corpo si trova in un sistema in cui non si verificano processi e che è chiuso, la sua massa praticamente non cambierà (tranne che per il trasferimento di diffusione, che è molto lento per i solidi).
- La massa di un corpo composto è costituita dalle masse delle sue singole parti.
Principi di relatività
Principio di relatività galileiano
Questo principio è stato formulato per la meccanica non relativistica ed è espresso come segue: indipendentemente dal fatto che i sistemi siano a riposo o che facciano qualche movimento, tutti i processi al loro interno procedono allo stesso modo.
Principio di relatività di Einstein
Questo principio si basa su due postulati:
- Il principio di relatività di Galileosi usa anche in questo caso. Cioè, in ogni CO, assolutamente tutte le leggi della natura funzionano allo stesso modo.
- La velocità della luce è assolutamente sempre e in tutti i sistemi di riferimento la stessa, indipendentemente dalla velocità della sorgente luminosa e dello schermo (ricevitore di luce). Per provare questo fatto, sono stati effettuati numerosi esperimenti, che hanno confermato pienamente l'ipotesi iniziale.
Messa nella meccanica relativistica e newtoniana
A differenza della meccanica newtoniana, nella teoria relativistica, la massa non può essere una misura della quantità di materiale. Sì, e la stessa massa relativistica è definita in modo più ampio, lasciando possibile spiegare, ad esempio, l'esistenza di particelle senza massa. Nella meccanica relativistica, viene prestata particolare attenzione all'energia piuttosto che alla massa, ovvero il fattore principale che determina qualsiasi corpo o particella elementare è la sua energia o quantità di moto. Lo slancio può essere trovato usando la seguente formula
Tuttavia, la massa a riposo di una particella è una caratteristica molto importante: il suo valore è un numero molto piccolo e instabile, quindi le misurazioni vengono eseguite con la massima velocità e precisione. L'energia a riposo di una particella può essere trovata usando la seguente formula
- Simile alle teorie di Newton, in un sistema isolato la massa di un corpo è costante, cioè non cambia nel tempo. Inoltre non cambia quando ci si sposta da un CO all' altro.
- Non c'è assolutamente alcuna misura di inerziacorpo in movimento.
- La massa relativistica di un corpo in movimento non è determinata dall'influenza delle forze gravitazionali su di esso.
- Se la massa di un corpo è zero, allora deve muoversi alla velocità della luce. Non è vero il contrario: non solo le particelle prive di massa possono raggiungere la velocità della luce.
- L'energia totale di una particella relativistica è possibile usando la seguente espressione:
Natura della massa
Fino a qualche tempo nella scienza si credeva che la massa di qualsiasi particella fosse dovuta alla natura elettromagnetica, ma ormai si è saputo che in questo modo è possibile spiegarne solo una piccola parte - la principale il contributo è dato dalla natura delle interazioni forti derivanti dai gluoni. Tuttavia, questo metodo non può spiegare la massa di una dozzina di particelle, la cui natura non è stata ancora chiarita.
Aumento relativistico della massa
Il risultato di tutti i teoremi e le leggi sopra descritti può essere espresso in un processo abbastanza comprensibile, anche se sorprendente. Se un corpo si muove rispetto a un altro a qualsiasi velocità, i suoi parametri e i parametri dei corpi all'interno, se il corpo originale è un sistema, cambiano. Naturalmente, alle basse velocità, questo non sarà praticamente percettibile, ma questo effetto sarà comunque presente.
Si può fare un semplice esempio: un altro che sta esaurendo il tempo in un treno che si muove a una velocità di 60 km/h. Quindi, secondo la formula seguente, viene calcolato il coefficiente di variazione del parametro.
Questa formula è stata anche descritta sopra. Sostituendo tutti i dati al suo interno (per c ≈ 1 109 km/h), otteniamo il seguente risultato:
Ovviamente il cambiamento è estremamente piccolo e non cambia l'orologio in modo evidente.
