המסה היחסית של חלקיק

ב- 1905 פרסם אלברט איינשטיין את ספרותורת היחסות, ששינתה במקצת את רעיון המדע של העולם הסובב. בהתבסס על הנחותיו, הושגה הנוסחה של המסה היחסותית.

תורת היחסות הפרטית

כל העניין הוא שבמערכות,נעים זה לזה, כל התהליכים מתנהלים אחרת במקצת. באופן ספציפי, זה בא לידי ביטוי, למשל, הגדלת מסה עם מהירות גוברת. אם מהירות התנועה של המערכת היא הרבה פחות ממהירות האור (υ << c = 3 · 10⁸ ), אז שינויים אלה לא יהיה מורגש כמעט,שכן הם נוטים לאפס. עם זאת, אם מהירות התנועה קרובה למהירות האור (לדוגמה, היא שווה לעשירית ממנה), אזי מחוונים כאלה כמו מסת הגוף, אורכו וזמנו של כל תהליך ישתנו. בעזרת הנוסחאות הבאות ניתן לחשב ערכים אלה במסגרת ייחוס נע, כולל המסה של חלקיק רלטיביסטי.

הנה l₀, מ₀ ו₀ - אורך הגוף, המסה שלו וזמן התהליך במערכת הנייחת, ו- υ - מהירות התנועה של האובייקט.

לפי התיאוריה של איינשטיין, אף גוף אינו מסוגל לפתח מהירות גדולה יותר ממהירות האור.

מיסת מנוחה

השאלה של שאר מסה של חלקיק רלטיביסטימתעוררת דווקא בתיאוריית היחסות, כאשר המסה של גוף או חלקיק מתחילה להשתנות כפונקציה של מהירות. לפיכך, מסת יתר היא המסה של הגוף, אשר ברגע המדידה כלול במנוחה (בהעדר תנועה), כלומר, מהירותו היא אפס.

מסת הגוף היחסית היא אחד הפרמטרים העיקריים בתיאור התנועה.

עקרון ההתאמה

לאחר הופעת תורת היחסות של איינשטייןזה לקח קצת התכונן המשמש מכניקה של ניוטון כמה מאות שנים, אשר לא יכל לשמש כאשר בוחנים את מסגרות ההתייחסות, נע במהירות דומה למהירות האור. לכן, כל שנדרש כדי לשנות את המשוואות הדינמיות באמצעות טרנספורמציית לורנץ - שינוי גוף של קואורדינטות או נקודת זמן כאשר התהליך מעבר בין מערכות ייחוס אינרציאליות. תיאור של שינוי נתון מבוסס על העובדה כי בכל מסגרת אינרציאלית כל חוקי העבודה בפיסיקה פחות שוויוני. לפיכך, חוקי הטבע אינם בשום אופן לסמוך על הבחירה של מערכת הייחוס.

מתוך טרנספורמציות לורנץ, מתבטא המקדם העיקרי של מכניקת היחסות, המתואר לעיל ונקרא האות α.

העיקרון ההתכתבות עצמה היא פשוטה למדי: היאאומר כי כל תיאוריה חדשה במקרה מסוים מסוים ייתן את אותן תוצאות כמו הקודם. במיוחד במכניקה רלטיביסטית, הדבר בא לידי ביטוי בכך שבמהירות הרבה פחות ממהירות האור משתמשים בחוקי המכניקה הקלאסית.

חלקיק רלטיביסטי

חלקיק רלטיביסטי הוא חלקיק,אשר נע במהירות דומה למהירות האור. התנועה שלהם מתוארת על ידי תורת יחסות פרטית. יש אפילו קבוצה של חלקיקים שקיומו הוא אפשרי רק תוך כדי נהיגה במהירות האור - אלה נקראים חלקיקים חסרי מסה או סתם חסרי מסה, שכן שאר המסה היא אפס, ולכן הוא חלקיקים ייחודיים שאין להם שום אפשרויות דומות מכניקת הלא יחסותית, קלאסית .

כלומר, את שאר המסה של החלקיקים relativistic יכול להיות שווה לאפס.

חלקיק יכול להיקרא רלטיביסטי אם האנרגיה הקינטית שלו ניתן להשוות את האנרגיה לידי ביטוי הנוסחה הבאה.

נוסחה זו קובעת את תנאי המהירות הנדרשת.

האנרגיה של חלקיק יכול גם להיות גדול יותר מאשר האנרגיה המנוחה שלו - אלה נקראים ultrarelativistic.

כדי לתאר את התנועה של חלקיקים כאלה, מכניקת הקוונטים במקרה הכללי ותורת השדות הקוונטית לתיאור נרחב יותר משמשים.

מראה

חלקיקים דומים (הן רלטיביסטים והןאולטרלטיביסטי) בצורה טבעית קיימת רק בקרינה קוסמית, קרינה, שמקורו מחוץ לכדור הארץ, בעל אופי אלקטרומגנטי. האדם שנוצר באופן מלאכותי במאיצים מיוחדים - בעזרתם נמצאו כמה עשרות מינים של חלקיקים, והרשימה מעודכנת כל הזמן. מתקן דומה הוא, למשל, את Collider Hadron גדול, הממוקם בשוויץ.

אלקטרונים המופיעים כאשר β ריקבון גם יכוללפעמים להגיע למהירות מספקת על מנת לסווג אותם רלטיביסטית. המסה היחסות של האלקטרון ניתן למצוא גם מן הנוסחאות לעיל.

מושג המסה

המסה של מכניקה של ניוטון יש כמה תכונות חובה:

• המשיכה הכבידתית של הגופים מתעוררת בגלל המסה שלהם, כי הוא תלוי ישירות על זה.
• מסת הגוף אינה תלויה בבחירת מסגרת ההתייחסות ואינה משתנה כאשר היא משתנה.
• האינרציה של הגוף נמדדת על ידי המסה שלה.
• אם הגוף נמצא במערכת שבהאין תהליכים וזה סגור, אז המסה שלה כמעט לא ישתנה (למעט דיפוזיה הילוכים, המתרחשת לאט מאוד עבור מוצקים).
• המסה של גוף מורכב מורכבת מהמוני חלקים בודדים.

עקרונות היחסות

• עקרון היחסות של גלילאו.

עיקרון זה נוסחמכניזם שאינו רלטיביסטי, והוא מתבטא כך: לא משנה אם המערכות נמצאות במצב מנוחה או אם הן עושות כל תנועה, כל התהליכים בהן מתנהלים באותו אופן.

• עקרון תורת היחסות של אינשטיין.

עיקרון זה מבוסס על שתי הנחות:

1. עקרון היחסות הגלילי משמש גם במקרה זה. כלומר, בכל כל כך לחלוטין את כל חוקי הטבע לעבוד באותו אופן.
2. מהירות האור היא תמיד תמיד ובתמידמסגרות התייחסות הוא זהה, ללא קשר למהירות התנועה של מקור האור ואת המסך (מקלט האור). כדי להוכיח עובדה זו, נערכו מספר ניסויים, אשר אישרו לחלוטין את הניחוש הראשוני.

מסה במכניקה היחסותית והניוטונית

• בניגוד למכניקה ניוטונית, ב relativisticהתיאוריה, המסה אינה יכולה להיות מידה של כמות החומר. והמסה היחסותית עצמה נקבעת בשיטה נרחבת יותר, המאפשרת להסביר, למשל, את קיומם של חלקיקים ללא מסה. במכניקה רלטיביסטית, תשומת לב מיוחדת מוקדשת לאנרגיה ולא למסה - כלומר, הגורם העיקרי שקובע כל גוף או חלקיק אלמנטרי הוא האנרגיה או המומנטום שלו. הדחף ניתן למצוא על ידי הנוסחה הבאה.

• עם זאת, שאר מסה של החלקיק הואמאפיין חשוב מאוד - הערך שלו הוא מספר קטן מאוד לא יציב, ולכן המדידות מתאימות במהירות המקסימלית ואת הדיוק. את שאר האנרגיה של החלקיקים ניתן למצוא על ידי הנוסחה הבאה.

• בדומה לתיאוריות של ניוטון, במערכת מבודדת, מסת הגוף היא קבועה, כלומר, לא משתנה עם הזמן. זה גם לא משתנה בעת המעבר מ CO אחד למשנהו.
• אין שום מידה של אינרציה של הגוף הנעים.
• המסה היחסית של גוף נעים אינה נקבעת על ידי פעולת כוחות הכבידה.
• אם המסה של הגוף היא אפס, אז זה חייב בהכרח לנוע עם מהירות האור. ההפך הוא לא נכון - את המהירות של האור ניתן להשיג לא רק על ידי חלקיקים המונית.
• האנרגיה הכוללת של חלקיק רלטיביסטי אפשרית בעזרת הביטוי הבא:

טבעו של המסה

עד כמה זמן במדע זה היה האמין כיהמסה של כל חלקיק נובעת מהטבע האלקטרומגנטי, אך כעת נודע כי בדרך זו ניתן להסביר רק חלק קטן ממנו - התרומה העיקרית נעשית על ידי אופי האינטראקציות החזקות הנובעות מהגלואונים. עם זאת, בדרך זו אי אפשר להסביר את המוני של תריסר חלקיקים, שעדיין לא הובהר.

עלייה רלטיביסטית במסה

התוצאה של כל המשפטים והחוקים שתוארו לעיליכול לבוא לידי ביטוי בתהליך מובן למדי, אם כי מדהים. אם גוף אחד זז יחסית לזו אחר, אזי הפרמטרים שלו והפרמטרים של הגופים שבתוכם, אם הגוף המקורי הוא מערכת, שנה. כמובן, במהירויות נמוכות זה לא יהיה מורגש, אבל אפקט זה עדיין יהיה נוכח.

אפשר לתת דוגמה פשוטה - פעם נוספת ברכבת נע במהירות של 60 קמ / שעה. לאחר מכן, על פי הנוסחה הבאה, מקדם שינוי הפרמטרים מחושב.

נוסחה זו תוארה לעיל. החלפת כל הנתונים לתוכו (עבור c ≈ 1 · 10⁹ ק"מ / שעה), אנו מקבלים את התוצאה הבאה:

ברור שהשינוי קטן מאוד ואינו משנה את ביצועי השעות, כך שהוא מורגש.