Jisim zarah relativistik

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan teori relativitinya, yang sedikit sebanyak mengubah pemahaman sains tentang dunia di sekeliling kita. Berdasarkan andaian beliau, formula untuk jisim relativistik telah diperolehi.

Relativiti Istimewa

Intinya ialah dalam sistem yang bergerak secara relatif antara satu sama lain, sebarang proses berjalan agak berbeza. Secara khusus, ini dinyatakan, sebagai contoh, dalam peningkatan jisim dengan peningkatan kelajuan. Jika kelajuan sistem jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya (υ << c=3 10⁸), maka perubahan ini secara praktikalnya tidak akan ketara, kerana ia akan cenderung kepada sifar. Walau bagaimanapun, jika kelajuan pergerakan hampir dengan kelajuan cahaya (contohnya, sama dengan satu persepuluh daripadanya), maka penunjuk seperti jisim badan, panjangnya dan masa bagi sebarang proses akan berubah. Menggunakan formula berikut, adalah mungkin untuk mengira nilai ini dalam bingkai rujukan bergerak, termasuk jisim zarah relativistik.

Di sini l₀, m₀ dan t₀ - panjang badan, jisimnya dan masa proses dalam sistem pegun, dan υ ialah kelajuan objek.

Menurut teori Einstein, tiada jasad yang boleh memecut lebih laju daripada kelajuan cahaya.

Jisim rehat

Persoalan jisim selebihnya bagi zarah relativistik timbul dengan tepat dalam teori relativiti, apabila jisim jasad atau zarah mula berubah bergantung pada kelajuan. Sehubungan itu, jisim rehat ialah jisim badan, yang pada saat pengukuran berada dalam keadaan rehat (jika tiada pergerakan), iaitu kelajuannya adalah sifar.

Jisim relativistik jasad ialah salah satu parameter utama dalam menerangkan gerakan.

Prinsip pematuhan

Selepas kemunculan teori relativiti Einstein, beberapa semakan mekanik Newtonian yang digunakan selama beberapa abad diperlukan, yang tidak lagi boleh digunakan apabila mempertimbangkan sistem rujukan yang bergerak pada kelajuan yang setanding dengan kelajuan cahaya. Oleh itu, adalah perlu untuk menukar semua persamaan dinamik menggunakan transformasi Lorentz - perubahan dalam koordinat badan atau titik dan masa proses semasa peralihan antara bingkai inersia rujukan. Penerangan mengenai transformasi ini adalah berdasarkan fakta bahawa dalam setiap kerangka rujukan inersia semua undang-undang fizik berfungsi sama dan sama. Oleh itu, undang-undang alam sama sekali tidak bergantung pada pilihan kerangka rujukan.

Daripada transformasi Lorentz, pekali utama mekanik relativistik dinyatakan, yang diterangkan di atas dan dipanggil huruf α.

Prinsip surat-menyurat itu sendiri agak mudah - ia mengatakan bahawa mana-mana teori baharu dalam beberapa kes tertentu akan memberikan hasil yang sama sepertisebelumnya. Khususnya, dalam mekanik relativistik, ini dicerminkan oleh fakta bahawa pada kelajuan yang jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya, undang-undang mekanik klasik digunakan.

Zarah relativistik

Zarah relativistik ialah zarah yang bergerak pada kelajuan yang setanding dengan kelajuan cahaya. Pergerakan mereka diterangkan oleh teori relativiti khas. Malah terdapat sekumpulan zarah yang kewujudannya hanya mungkin apabila bergerak pada kelajuan cahaya - ini dipanggil zarah tanpa jisim atau hanya tidak berjisim, kerana semasa diam jisimnya adalah sifar, oleh itu ini adalah zarah unik yang tidak mempunyai pilihan yang serupa dalam bukan -relativistik, mekanik klasik.

Iaitu, jisim selebihnya bagi zarah relativistik boleh menjadi sifar.

Sesuatu zarah boleh dipanggil relativistik jika tenaga kinetiknya boleh dibandingkan dengan tenaga yang dinyatakan oleh formula berikut.

Formula ini menentukan keadaan kelajuan yang diperlukan.

Tenaga zarah juga boleh lebih besar daripada tenaga rehatnya - ini dipanggil ultrarelativistik.

Untuk menerangkan gerakan zarah tersebut, mekanik kuantum digunakan dalam kes umum dan teori medan kuantum untuk penerangan yang lebih meluas.

Penampilan

Zarah yang serupa (kedua-dua relativistik dan ultrarelativistik) dalam bentuk semula jadinya hanya wujud dalam sinaran kosmik, iaitu sinaran yang sumbernya berada di luar Bumi, bersifat elektromagnet. Mereka dicipta secara buatan oleh manusia.dalam pemecut khas - dengan bantuan mereka, beberapa dozen jenis zarah ditemui, dan senarai ini sentiasa dikemas kini. Kemudahan sedemikian adalah, sebagai contoh, Large Hadron Collider yang terletak di Switzerland.

Elektron yang muncul semasa pereputan β juga kadangkala boleh mencapai kelajuan yang mencukupi untuk mengklasifikasikannya sebagai relativistik. Jisim relativistik elektron juga boleh didapati menggunakan formula yang ditunjukkan.

Konsep jisim

Jisim dalam mekanik Newtonian mempunyai beberapa sifat wajib:

Daya tarikan graviti jasad timbul daripada jisimnya, iaitu, ia bergantung secara langsung padanya.
Jisim badan tidak bergantung pada pilihan sistem rujukan dan tidak berubah apabila ia berubah.
Inersia jasad diukur dengan jisimnya.
Jika jasad berada dalam sistem di mana tiada proses berlaku dan yang tertutup, maka jisimnya secara praktikal tidak akan berubah (kecuali pemindahan resapan, yang sangat perlahan untuk pepejal).
Jisim badan majmuk terdiri daripada jisim bahagian individunya.

Prinsip Relativiti

Prinsip relativiti Galilean

Prinsip ini dirumuskan untuk mekanik bukan relativistik dan dinyatakan seperti berikut: tidak kira sama ada sistem berada dalam keadaan rehat atau sama ada mereka membuat sebarang pergerakan, semua proses di dalamnya berjalan dengan cara yang sama.

prinsip relativiti Einstein

Prinsip ini berdasarkan dua postulat:

prinsip relativiti Galileojuga digunakan dalam kes ini. Iaitu, dalam mana-mana CO, benar-benar semua undang-undang alam berfungsi dengan cara yang sama.
Kelajuan cahaya sememangnya sentiasa dan dalam semua sistem rujukan adalah sama, tanpa mengira kelajuan sumber cahaya dan skrin (penerima cahaya). Untuk membuktikan fakta ini, beberapa eksperimen telah dijalankan, yang mengesahkan sepenuhnya tekaan awal.

Jisim dalam mekanik relativistik dan Newton

Tidak seperti mekanik Newton, dalam teori relativistik, jisim tidak boleh menjadi ukuran jumlah bahan. Ya, dan jisim relativistik itu sendiri ditakrifkan dalam beberapa cara yang lebih luas, sehingga memungkinkan untuk menjelaskan, sebagai contoh, kewujudan zarah tanpa jisim. Dalam mekanik relativistik, perhatian khusus diberikan kepada tenaga dan bukannya jisim - iaitu, faktor utama yang menentukan mana-mana jasad atau zarah asas ialah tenaga atau momentumnya. Momentum boleh didapati menggunakan formula berikut

Walau bagaimanapun, jisim selebihnya bagi zarah adalah ciri yang sangat penting - nilainya adalah nombor yang sangat kecil dan tidak stabil, jadi pengukuran didekati dengan kelajuan dan ketepatan maksimum. Tenaga selebihnya bagi zarah boleh didapati menggunakan formula berikut

Sama seperti teori Newton, dalam sistem terpencil, jisim jasad adalah tetap, iaitu tidak berubah mengikut masa. Ia juga tidak berubah apabila berpindah dari satu CO ke yang lain.
Tiada sama sekali ukuran inersiabadan bergerak.
Jisim relativistik jasad yang bergerak tidak ditentukan oleh pengaruh daya graviti ke atasnya.
Jika jisim suatu jasad adalah sifar, maka ia mesti bergerak pada kelajuan cahaya. Sebaliknya adalah tidak benar - bukan sahaja zarah tidak berjisim boleh mencapai kelajuan cahaya.
Jumlah tenaga zarah relativistik adalah mungkin menggunakan ungkapan berikut:

Sifat jisim

Sehingga beberapa ketika dalam sains dipercayai bahawa jisim mana-mana zarah adalah disebabkan oleh sifat elektromagnet, tetapi kini telah diketahui bahawa dengan cara ini adalah mungkin untuk menerangkan hanya sebahagian kecil daripadanya - yang utama. sumbangan dibuat oleh sifat interaksi kuat yang timbul daripada gluon. Walau bagaimanapun, kaedah ini tidak dapat menjelaskan jisim sedozen zarah, yang sifatnya masih belum dijelaskan.

Peningkatan jisim relativistik

Hasil semua teorem dan hukum yang diterangkan di atas boleh dinyatakan dalam proses yang agak boleh difahami, walaupun mengejutkan. Jika satu badan bergerak relatif kepada yang lain pada sebarang kelajuan, maka parameter dan parameter badan di dalamnya, jika badan asal adalah sistem, berubah. Sudah tentu, pada kelajuan rendah, ini boleh dikatakan tidak akan ketara, tetapi kesan ini akan tetap ada.

Seseorang boleh memberikan contoh mudah - satu lagi kehabisan masa dalam kereta api yang bergerak pada kelajuan 60 km/j. Kemudian, mengikut formula berikut, pekali perubahan parameter dikira.