در سال 1905، آلبرت اینشتین نظریه نسبیت خود را منتشر کرد، که تا حدودی درک علم در مورد جهان اطراف ما را تغییر داد. بر اساس فرضیات او، فرمول جرم نسبیتی به دست آمد.
نسبیت خاص
تمام نکته این است که در سیستم هایی که نسبت به یکدیگر حرکت می کنند، هر فرآیندی تا حدودی متفاوت پیش می رود. به طور خاص، این به عنوان مثال، در افزایش جرم با افزایش سرعت بیان می شود. اگر سرعت سیستم بسیار کمتر از سرعت نور باشد (υ << c=3 108)، آنگاه این تغییرات عملاً قابل توجه نخواهند بود، زیرا تمایل به صفر دارند. با این حال، اگر سرعت حرکت نزدیک به سرعت نور باشد (مثلاً برابر با یک دهم آن)، شاخص هایی مانند جرم بدن، طول آن و زمان هر فرآیند تغییر می کند. با استفاده از فرمول های زیر، می توان این مقادیر را در یک چارچوب مرجع متحرک، از جمله جرم یک ذره نسبیتی محاسبه کرد.
اینجا l0، m0 و t0 - طول بدن، جرم آن و زمان فرآیند در یک سیستم ثابت، و υ سرعت جسم است.
طبق نظریه انیشتین، هیچ جسمی نمی تواند سریعتر از سرعت نور شتاب بگیرد.
جرم استراحت
مسئله باقی ماندن جرم یک ذره نسبیتی دقیقاً در نظریه نسبیت مطرح می شود، زمانی که جرم یک جسم یا ذره بسته به سرعت شروع به تغییر می کند. بر این اساس، جرم سکون، جرم جسمی است که در لحظه اندازه گیری در حالت سکون است (در صورت عدم حرکت)، یعنی سرعت آن صفر است.
جرم نسبیتی یک جسم یکی از پارامترهای اصلی در توصیف حرکت است.
اصل انطباق
پس از ظهور نظریه نسبیت انیشتین، برخی تجدید نظرها در مکانیک نیوتنی مورد استفاده برای چندین قرن مورد نیاز بود، که دیگر نمی‌توانست هنگام در نظر گرفتن سیستم‌های مرجع که با سرعتی قابل مقایسه با سرعت نور حرکت می‌کنند، استفاده شود. بنابراین، لازم بود تمام معادلات دینامیک با استفاده از تبدیل‌های لورنتس تغییر کرد - تغییر مختصات یک جسم یا نقطه و زمان فرآیند در طول انتقال بین چارچوب‌های مرجع اینرسی. توصیف این دگرگونی ها بر این واقعیت استوار است که در هر چارچوب مرجع اینرسی، همه قوانین فیزیکی به طور مساوی و یکسان عمل می کنند. بنابراین، قوانین طبیعت به هیچ وجه به انتخاب چارچوب مرجع وابسته نیستند.
از تبدیل های لورنتس، ضریب اصلی مکانیک نسبیتی بیان می شود که در بالا توضیح داده شد و حرف α نامیده می شود.
اصل تطابق به خودی خود بسیار ساده است - می گوید که هر نظریه جدید در یک مورد خاص نتایج مشابهی را به همراه خواهد داشت.قبلی به طور خاص، در مکانیک نسبیتی، این امر با این واقعیت منعکس می شود که در سرعت هایی که بسیار کمتر از سرعت نور هستند، از قوانین مکانیک کلاسیک استفاده می شود.
ذره نسبیتی
ذره نسبیتی ذره ای است که با سرعتی قابل مقایسه با سرعت نور حرکت می کند. حرکت آنها توسط نظریه نسبیت خاص توصیف شده است. حتی گروهی از ذرات وجود دارند که وجود آنها فقط در هنگام حرکت با سرعت نور امکان پذیر است - اینها را ذرات بدون جرم یا بدون جرم می نامند ، زیرا در حالت استراحت جرم آنها صفر است ، بنابراین اینها ذرات منحصر به فردی هستند که گزینه مشابهی در غیر آنها ندارند. -مکانیک نسبیتی، کلاسیک.
یعنی جرم باقیمانده یک ذره نسبیتی می تواند صفر باشد.
یک ذره را می توان نسبیتی نامید اگر انرژی جنبشی آن را بتوان با انرژی بیان شده توسط فرمول زیر مقایسه کرد.
این فرمول شرایط سرعت مورد نیاز را تعیین می کند.
انرژی یک ذره همچنین می تواند بیشتر از انرژی سکون آن باشد - اینها را فوق نسبیتی می نامند.
برای توصیف حرکت چنین ذرات، مکانیک کوانتومی در حالت کلی و نظریه میدان کوانتومی برای توصیف گسترده تر استفاده می شود.
ظاهر
ذرات مشابه (چه نسبیتی و چه فرانسبیتی) در شکل طبیعی خود فقط در تشعشعات کیهانی وجود دارند، یعنی تابشی که منبع آن خارج از زمین است و ماهیت الکترومغناطیسی دارد. آنها به طور مصنوعی توسط انسان ایجاد شده اند.در شتاب دهنده های ویژه - با کمک آنها چندین ده نوع ذره پیدا شد و این لیست به طور مداوم به روز می شود. چنین تأسیساتی، برای مثال، برخورد دهنده بزرگ هادرون واقع در سوئیس است.
الکترونهایی که در طی واپاشی β ظاهر می شوند گاهی اوقات می توانند به سرعت کافی برای طبقه بندی آنها به عنوان نسبیتی دست یابند. جرم نسبیتی یک الکترون را می‌توان با استفاده از فرمول‌های مشخص شده نیز یافت.
مفهوم جرم
جرم در مکانیک نیوتنی چندین ویژگی اجباری دارد:
- جاذبه گرانشی اجسام از جرم آنها ناشی می شود، یعنی مستقیماً به آن بستگی دارد.
- جرم بدن به انتخاب سیستم مرجع بستگی ندارد و با تغییر تغییر نمی کند.
- اینرسی یک جسم با جرم آن اندازه گیری می شود.
- اگر بدن در سیستمی باشد که هیچ فرآیندی در آن رخ نمی دهد و بسته است، جرم آن عملا تغییر نمی کند (به جز انتقال انتشار که برای جامدات بسیار کند است).
- جرم یک جسم مرکب از جرم های تک تک اجزای آن تشکیل شده است.
اصول نسبیت
اصل نسبیت گالیله
این اصل برای مکانیک غیر نسبیتی فرموله شده است و به صورت زیر بیان می شود: صرف نظر از اینکه سیستم ها در حال سکون هستند یا حرکتی انجام می دهند، همه فرآیندها در آنها به یک شکل پیش می روند.
اصل نسبیت انیشتین
این اصل بر دو اصل استوار است:
- اصل نسبیت گالیلهدر این مورد نیز استفاده می شود. یعنی در هر CO، مطلقاً تمام قوانین طبیعت به یک شکل عمل می کنند.
- سرعت نور کاملاً همیشه و در همه سیستم های مرجع یکسان است، صرف نظر از سرعت منبع نور و صفحه نمایش (گیرنده نور). برای اثبات این واقعیت، تعدادی آزمایش انجام شد که حدس اولیه را کاملاً تأیید کرد.
جرم در مکانیک نسبیتی و نیوتنی
برخلاف مکانیک نیوتنی، در نظریه نسبیتی، جرم نمی تواند معیاری برای اندازه گیری مقدار ماده باشد. بله، و خود جرم نسبیتی به شیوه‌ای گسترده‌تر تعریف می‌شود و به عنوان مثال، امکان توضیح وجود ذرات بدون جرم را فراهم می‌کند. در مکانیک نسبیتی، توجه ویژه ای به انرژی می شود تا جرم - یعنی عامل اصلی تعیین کننده هر جسم یا ذره بنیادی انرژی یا تکانه آن است. تکانه را می توان با استفاده از فرمول زیر پیدا کرد.
با این حال، جرم استراحت یک ذره یک مشخصه بسیار مهم است - مقدار آن یک عدد بسیار کوچک و ناپایدار است، بنابراین اندازه‌گیری‌ها با حداکثر سرعت و دقت انجام می‌شوند. انرژی باقیمانده یک ذره را می توان با استفاده از فرمول زیر پیدا کرد
- همانند نظریه های نیوتن، در یک سیستم منزوی، جرم یک جسم ثابت است، یعنی با زمان تغییر نمی کند. همچنین هنگام انتقال از یک CO به CO دیگر تغییر نمی کند.
- مطلقاً هیچ معیاری برای اینرسی وجود نداردبدن متحرک.
- جرم نسبیتی جسم متحرک با تأثیر نیروهای گرانشی بر آن تعیین نمی شود.
- اگر جرم جسمی صفر باشد، باید با سرعت نور حرکت کند. عکس این موضوع درست نیست - نه تنها ذرات بدون جرم می توانند به سرعت نور برسند.
- انرژی کل یک ذره نسبیتی با استفاده از عبارت زیر ممکن است:
طبیعت جرم
تا مدتی در علم اعتقاد بر این بود که جرم هر ذره به دلیل ماهیت الکترومغناطیسی است، اما تا به حال مشخص شده است که از این طریق می توان تنها بخش کوچکی از آن را توضیح داد - اصلی ترین. ماهیت برهمکنش های قوی ناشی از گلوئون ها کمک می کند. با این حال، این روش نمی تواند جرم یک دوجین ذره را توضیح دهد که ماهیت آنها هنوز روشن نشده است.
افزایش جرم نسبیتی
نتیجه همه قضایا و قوانینی که در بالا توضیح داده شد را می توان در فرآیندی کاملاً قابل درک، هرچند شگفت آور بیان کرد. اگر جسمی نسبت به جسم دیگر با هر سرعتی حرکت کند، پارامترهای آن و پارامترهای اجسام داخل، اگر جسم اصلی یک سیستم باشد، تغییر می کند. البته در سرعت های پایین عملاً این امر محسوس نخواهد بود اما این تأثیر همچنان وجود خواهد داشت.
می توان مثال ساده ای زد - زمان دیگری در قطاری که با سرعت 60 کیلومتر در ساعت حرکت می کند تمام می شود. سپس طبق فرمول زیر ضریب تغییر پارامتر محاسبه می شود.
این فرمول نیز در بالا توضیح داده شد. با جایگزینی تمام داده ها در آن (برای c ≈ 1 109 کیلومتر در ساعت)، نتیجه زیر را دریافت می کنیم:
بدیهی است که تغییر بسیار کوچک است و ساعت را به گونه ای که قابل توجه باشد تغییر نمی دهد.
