1905 yilda Albert Eynshteyn o'zining nisbiylik nazariyasini e'lon qildi, bu esa atrofimizdagi dunyo haqidagi fan tushunchasini biroz o'zgartirdi. Uning taxminlari asosida relativistik massa formulasi olindi.
Maxsus nisbiylik
Gap shundaki, bir-biriga nisbatan harakatlanuvchi tizimlarda har qanday jarayonlar biroz boshqacha davom etadi. Xususan, bu, masalan, tezlikning oshishi bilan massaning ortishi bilan ifodalanadi. Agar tizim tezligi yorug'lik tezligidan ancha past bo'lsa (y << c=3 108), unda bu o'zgarishlar deyarli sezilmaydi, chunki ular nolga moyil bo'ladi. Biroq, harakat tezligi yorug'lik tezligiga yaqin bo'lsa (masalan, uning o'ndan biriga teng), unda tana massasi, uning uzunligi va har qanday jarayonning vaqti kabi ko'rsatkichlar o'zgaradi. Quyidagi formulalar yordamida bu qiymatlarni harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimida, shu jumladan relativistik zarrachaning massasini hisoblash mumkin.
Bu yerda l0, m0 va t0 - tana uzunligi, uning massasi va statsionar tizimdagi jarayon vaqti va y - ob'ektning tezligi.
Eynshteyn nazariyasiga ko'ra, hech bir jism yorug'lik tezligidan tezroq tezlasha olmaydi.
Tinch massa
Relyativistik zarrachaning tinch massasi haqidagi savol aynan nisbiylik nazariyasida jism yoki zarrachaning massasi tezlikka qarab oʻzgara boshlaganda paydo boʻladi. Shunga ko'ra, dam olish massasi - o'lchash momentida tinch holatda bo'lgan (harakat bo'lmaganda), ya'ni tezligi nolga teng bo'lgan tananing massasi.
Jismning relativistik massasi harakatni tavsiflovchi asosiy parametrlardan biridir.
Muvofiqlik printsipi
Eynshteynning nisbiylik nazariyasi paydo boʻlgandan soʻng, bir necha asrlar davomida qoʻllanilgan Nyuton mexanikasini biroz qayta koʻrib chiqish talab qilindi, bu esa yorugʻlik tezligi bilan taqqoslanadigan tezlikda harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimlarini koʻrib chiqishda endi qoʻllanilmaydi. Shuning uchun, Lorentz o'zgarishlaridan foydalanib, dinamikaning barcha tenglamalarini o'zgartirish kerak edi - inertial sanoq sistemalari orasidagi o'tish paytida jism yoki nuqta va jarayonning koordinatalarini o'zgartirish. Ushbu o'zgarishlarning tavsifi har bir inertial sanoq sistemasida barcha fizik qonunlarning teng va teng ishlashiga asoslanadi. Shunday qilib, tabiat qonunlari hech qanday ma'lumot doirasini tanlashga bog'liq emas.
Lorents oʻzgarishlaridan relativistik mexanikaning asosiy koeffitsienti ifodalanadi, u yuqorida tavsiflangan va a harfi deb ataladi.
Muvofiqlik printsipining o'zi juda oddiy - unda aytilishicha, har qanday yangi nazariya muayyan vaziyatda xuddi shunday natijalar beradi.oldingi. Xususan, relativistik mexanikada bu yorug‘lik tezligidan ancha past tezliklarda klassik mexanika qonunlaridan foydalanilishida namoyon bo‘ladi.
Relyativistik zarracha
Relyativistik zarracha yorug'lik tezligiga teng tezlikda harakatlanuvchi zarradir. Ularning harakati maxsus nisbiylik nazariyasi bilan tavsiflanadi. Hatto yorug'lik tezligida harakat qilganda mavjudligi mumkin bo'lgan zarralar guruhi mavjud - bular massasiz yoki oddiygina massasiz zarralar deb ataladi, chunki tinch holatda ularning massasi nolga teng, shuning uchun ular bo'lmaganda o'xshash variantga ega bo'lmagan noyob zarralardir. -relativistik, klassik mexanika.
Ya'ni relativistik zarraning qolgan massasi nolga teng bo'lishi mumkin.
Agar zarraning kinetik energiyasini quyidagi formula bilan ifodalangan energiya bilan solishtirish mumkin boʻlsa, uni relyativistik deb atash mumkin.
Bu formula kerakli tezlik holatini aniqlaydi.
Zarraning energiyasi uning tinch energiyasidan ham katta boʻlishi mumkin - bularga ultrarelyativistik deyiladi.
Bunday zarrachalarning harakatini tasvirlash uchun umumiy holatda kvant mexanikasi va kengroq tavsif uchun kvant maydon nazariyasidan foydalaniladi.
Tashqi koʻrinish
O'xshash zarralar (ham relyativistik, ham ultrarelativistik) tabiiy shaklda faqat kosmik nurlanishda, ya'ni manbai Yerdan tashqarida bo'lgan, elektromagnit tabiatli nurlanishda mavjud. Ular sun'iy ravishda inson tomonidan yaratilgan.maxsus tezlatgichlarda - ularning yordami bilan bir necha o'nlab turdagi zarrachalar topildi va bu ro'yxat doimiy ravishda yangilanadi. Bunday ob'ekt, masalan, Shveytsariyada joylashgan Katta adron kollayderidir.
B-emirilish paytida paydo bo'ladigan elektronlar ham ba'zan ularni relativistik deb tasniflash uchun etarli tezlikka erisha oladi. Elektronning relativistik massasini ko'rsatilgan formulalar yordamida ham topish mumkin.
Masa tushunchasi
Nyuton mexanikasida massa bir nechta majburiy xususiyatlarga ega:
- Jismlarning tortishish kuchi ularning massasidan kelib chiqadi, ya'ni bevosita unga bog'liq.
- Tananing massasi mos yozuvlar tizimini tanlashga bog'liq emas va u o'zgarganda o'zgarmaydi.
- Jismning inertsiyasi uning massasi bilan o'lchanadi.
- Agar tana hech qanday jarayonlar sodir boʻlmaydigan va yopiq tizimda boʻlsa, uning massasi deyarli oʻzgarmaydi (qattiq jismlar uchun juda sekin diffuziya oʻtkazmasidan tashqari).
- Murakkab jismning massasi uning alohida qismlarining massalaridan iborat.
Nisbiylik tamoyillari
Galiley nisbiylik printsipi
Bu tamoyil relyativistik bo'lmagan mexanika uchun ishlab chiqilgan va quyidagicha ifodalangan: tizimlar tinch holatda bo'ladimi yoki biron-bir harakat qiladimi, ulardagi barcha jarayonlar bir xil tarzda boradi.
Eynshteynning nisbiylik printsipi
Bu tamoyil ikkita postulatga asoslanadi:
- Galileyning nisbiylik printsipibu holatda ham qo'llaniladi. Ya'ni, har qanday CO da, mutlaqo barcha tabiat qonunlari bir xil ishlaydi.
- Yorug'lik tezligi yorug'lik manbai va ekran (yorug'lik qabul qiluvchi) tezligidan qat'i nazar, har doim va barcha mos yozuvlar tizimlarida bir xil bo'ladi. Bu haqiqatni isbotlash uchun bir qancha tajribalar oʻtkazildi, ular dastlabki taxminni toʻliq tasdiqladi.
Relyativistik va Nyuton mexanikasidagi massa
Nyuton mexanikasidan farqli oʻlaroq, relativistik nazariyada massa material miqdorining oʻlchovi boʻla olmaydi. Ha, va relyativistik massaning o'zi qandaydir kengroq tarzda aniqlanadi, bu esa, masalan, massasiz zarralarning mavjudligini tushuntirish imkonini beradi. Relyativistik mexanikada massaga emas, balki energiyaga alohida e'tibor beriladi - ya'ni har qanday jism yoki elementar zarrachani belgilovchi asosiy omil uning energiyasi yoki impulsi hisoblanadi. Impulsni quyidagi formula yordamida topish mumkin
Ammo, zarrachaning qolgan massasi juda muhim xususiyatdir - uning qiymati juda kichik va beqaror raqam, shuning uchun o'lchovlarga maksimal tezlik va aniqlik bilan yaqinlashadi. Zarrachaning qolgan energiyasini quyidagi formula yordamida topish mumkin
- Nyuton nazariyalariga oʻxshab, ajratilgan sistemada jismning massasi doimiy boʻladi, yaʼni vaqt oʻtishi bilan oʻzgarmaydi. Bir CO dan ikkinchisiga oʻtganda ham u oʻzgarmaydi.
- Inersiya oʻlchovi mutlaqo yoʻqharakatlanuvchi tana.
- Harakatlanuvchi jismning relativistik massasi unga tortish kuchlarining ta'siri bilan aniqlanmaydi.
- Agar jismning massasi nolga teng boʻlsa, u yorugʻlik tezligida harakatlanishi kerak. Buning aksi to'g'ri emas - yorug'lik tezligiga nafaqat massasiz zarralar erisha oladi.
- Relyativistik zarrachaning umumiy energiyasi quyidagi ifoda yordamida mumkin:
Masaning tabiati
Fanda bir muncha vaqtgacha har qanday zarrachaning massasi elektromagnit tabiatga bog'liq deb hisoblangan, ammo hozirgi kunga kelib ma'lum bo'ldiki, shu tarzda uning faqat kichik bir qismini tushuntirish mumkin - asosiy hissasi gluonlardan kelib chiqadigan kuchli o'zaro ta'sirlarning tabiati bilan amalga oshiriladi. Biroq, bu usul tabiati hali aniqlanmagan o'nlab zarrachalarning massasini tushuntirib bera olmaydi.
Relyativistik massa ortishi
Yuqorida tasvirlangan barcha teorema va qonunlarning natijasini juda tushunarli, garchi hayratlanarli boʻlsa-da, jarayonda ifodalash mumkin. Agar bir jism boshqasiga nisbatan istalgan tezlikda harakat qilsa, uning parametrlari va ichidagi jismlarning parametrlari, agar dastlabki jism sistema bo'lsa, o'zgaradi. Albatta, past tezlikda bu deyarli sezilmaydi, lekin bu effekt hali ham saqlanib qoladi.
Oddiy misol keltirish mumkin - boshqasi 60 km/soat tezlikda harakatlanayotgan poyezdda vaqt tugashi. Keyin quyidagi formula bo'yicha parametr o'zgarish koeffitsienti hisoblanadi.
Ushbu formula yuqorida ham tasvirlangan. Unga barcha ma'lumotlarni almashtirsak (c ≈ 1 109 km/soat uchun) biz quyidagi natijaga erishamiz:
Shubhasizki, oʻzgarish juda kichik va soatni sezilarli darajada oʻzgartirmaydi.
