Relativistische deeltjesmassa

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 05:37

In 1905 publiceerde Albert Einstein zijn relativiteitstheorie, die het begrip van de wetenschap over de wereld om ons heen enigszins veranderde. Op basis van zijn aannames werd de formule voor de relativistische massa verkregen.

Speciale relativiteitstheorie

Het hele punt is dat in systemen die ten opzichte van elkaar bewegen, alle processen enigszins anders verlopen. Concreet komt dit bijvoorbeeld tot uiting in een toename van de massa bij een toename van de snelheid. Als de snelheid van het systeem veel lager is dan de lichtsnelheid (υ <63231 c=3 10⁸), dan zullen deze veranderingen praktisch niet merkbaar zijn, aangezien ze de neiging hebben tot nul. Als de bewegingssnelheid echter dicht bij de lichtsnelheid ligt (bijvoorbeeld gelijk aan een tiende daarvan), zullen indicatoren als lichaamsmassa, de lengte en de tijd van elk proces veranderen. Met behulp van de volgende formules is het mogelijk om deze waarden te berekenen in een bewegend referentiekader, inclusief de massa van een relativistisch deeltje.

Hier l₀, m₀ en t₀ - lichaamslengte, zijn massa en de procestijd in een stationair systeem, en υ is de snelheid van het object.

Volgens de theorie van Einstein kan geen enkel lichaam sneller versnellen dan de lichtsnelheid.

Rustmassa

De kwestie van de rustmassa van een relativistisch deeltje rijst precies in de relativiteitstheorie, wanneer de massa van een lichaam of deeltje begint te veranderen afhankelijk van de snelheid. Dienovereenkomstig is de rustmassa de massa van het lichaam, dat op het moment van meting in rust is (bij afwezigheid van beweging), dat wil zeggen dat de snelheid nul is.

De relativistische massa van een lichaam is een van de belangrijkste parameters bij het beschrijven van beweging.

Conformiteitsprincipe

Na de komst van Einsteins relativiteitstheorie was er enige herziening nodig van de Newtoniaanse mechanica die gedurende enkele eeuwen werd gebruikt, wat niet langer kon worden gebruikt bij het beschouwen van referentiesystemen die bewegen met een snelheid die vergelijkbaar is met de snelheid van het licht. Daarom was het nodig om alle dynamische vergelijkingen te veranderen met behulp van Lorentz-transformaties - een verandering in de coördinaten van een lichaam of punt en tijd van het proces tijdens de overgang tussen inertiële referentiekaders. De beschrijving van deze transformaties is gebaseerd op het feit dat in elk inertiaal referentiekader alle natuurkundige wetten gelijk en gelijk werken. De natuurwetten zijn dus op geen enkele manier afhankelijk van de keuze van het referentiekader.

Van de Lorentz-transformaties wordt de belangrijkste coëfficiënt van de relativistische mechanica uitgedrukt, die hierboven is beschreven en de letter α.

wordt genoemd

Het correspondentieprincipe zelf is vrij eenvoudig - het zegt dat elke nieuwe theorie in een bepaald geval dezelfde resultaten zal geven alsvorig. In de relativistische mechanica wordt dit met name weerspiegeld door het feit dat bij snelheden die veel lager zijn dan de lichtsnelheid, de wetten van de klassieke mechanica worden gebruikt.

Relativistisch deeltje

Een relativistisch deeltje is een deeltje dat beweegt met een snelheid die vergelijkbaar is met de snelheid van het licht. Hun beweging wordt beschreven door de speciale relativiteitstheorie. Er is zelfs een groep deeltjes waarvan het bestaan alleen mogelijk is als ze met de snelheid van het licht bewegen - deze worden deeltjes zonder massa genoemd of gewoon massaloos, aangezien hun massa in rust nul is, daarom zijn dit unieke deeltjes die geen analoge optie hebben in niet -relativistische, klassieke mechanica.

Dat wil zeggen, de rustmassa van een relativistisch deeltje kan nul zijn.

Een deeltje kan relativistisch worden genoemd als zijn kinetische energie kan worden vergeleken met de energie uitgedrukt door de volgende formule.

Deze formule bepa alt de vereiste snelheidsconditie.

De energie van een deeltje kan ook groter zijn dan zijn rustenergie - dit wordt ultrarelativistisch genoemd.

Om de beweging van dergelijke deeltjes te beschrijven, wordt de kwantummechanica gebruikt in het algemene geval en de kwantumveldentheorie voor een uitgebreidere beschrijving.

Uiterlijk

Soortgelijke deeltjes (zowel relativistische als ultrarelativistische) in hun natuurlijke vorm bestaan alleen in kosmische straling, dat wil zeggen straling waarvan de bron zich buiten de aarde bevindt, van elektromagnetische aard. Ze zijn kunstmatig door de mens gemaakt.in speciale versnellers - met behulp daarvan werden enkele tientallen soorten deeltjes gevonden en deze lijst wordt voortdurend bijgewerkt. Een dergelijke faciliteit is bijvoorbeeld de Large Hadron Collider in Zwitserland.

Elektronen die verschijnen tijdens β-verval kunnen soms ook voldoende snelheid bereiken om ze als relativistisch te classificeren. De relativistische massa van een elektron kan ook worden gevonden met behulp van de aangegeven formules.

Het concept van massa

Massa in de Newtoniaanse mechanica heeft verschillende verplichte eigenschappen:

De aantrekkingskracht van lichamen komt voort uit hun massa, dat wil zeggen, het hangt er rechtstreeks van af.
De massa van het lichaam is niet afhankelijk van de keuze van het referentiesysteem en verandert niet wanneer het verandert.
De traagheid van een lichaam wordt gemeten door zijn massa.
Als het lichaam zich in een systeem bevindt waarin geen processen plaatsvinden en dat gesloten is, dan zal zijn massa praktisch niet veranderen (behalve voor diffusieoverdracht, die erg traag is voor vaste stoffen).
De massa van een samengesteld lichaam bestaat uit de massa's van de afzonderlijke delen.

Relativiteitsprincipes

Galilese relativiteitstheorie

Dit principe is geformuleerd voor niet-relativistische mechanica en wordt als volgt uitgedrukt: ongeacht of de systemen in rust zijn of enige beweging maken, alle processen daarin verlopen op dezelfde manier.

Einsteins relativiteitsprincipe

Dit principe is gebaseerd op twee postulaten:

Galileo's relativiteitsprincipewordt in dit geval ook gebruikt. Dat wil zeggen, in elke CO werken absoluut alle natuurwetten op dezelfde manier.
De lichtsnelheid is absoluut altijd en in alle referentiesystemen hetzelfde, ongeacht de snelheid van de lichtbron en het scherm (lichtontvanger). Om dit feit te bewijzen, werden een aantal experimenten uitgevoerd, die de aanvankelijke schatting volledig bevestigden.

Massa in relativistische en Newtoniaanse mechanica

In tegenstelling tot de Newtoniaanse mechanica, kan in de relativistische theorie massa geen maat zijn voor de hoeveelheid materiaal. Ja, en de relativistische massa zelf wordt op een meer uitgebreide manier gedefinieerd, waardoor het mogelijk is om bijvoorbeeld het bestaan van deeltjes zonder massa te verklaren. In relativistische mechanica wordt speciale aandacht besteed aan energie in plaats van massa - dat wil zeggen, de belangrijkste factor die een lichaam of elementair deeltje bepa alt, is zijn energie of momentum. Het momentum kan worden gevonden met behulp van de volgende formule

De rustmassa van een deeltje is echter een zeer belangrijk kenmerk - de waarde ervan is een zeer klein en onstabiel getal, dus metingen worden met maximale snelheid en nauwkeurigheid benaderd. De restenergie van een deeltje kan worden gevonden met behulp van de volgende formule

Vergelijkbaar met de theorieën van Newton is de massa van een lichaam in een geïsoleerd systeem constant, dat wil zeggen dat het niet verandert met de tijd. Het verandert ook niet wanneer u van de ene CO naar de andere gaat.
Er is absoluut geen mate van traagheidbewegend lichaam.
De relativistische massa van een bewegend lichaam wordt niet bepaald door de invloed van de zwaartekracht erop.
Als de massa van een lichaam nul is, moet het met de snelheid van het licht bewegen. Het omgekeerde is niet waar - niet alleen massaloze deeltjes kunnen de lichtsnelheid bereiken.
De totale energie van een relativistisch deeltje is mogelijk met de volgende uitdrukking:

rustmassa van een relativistisch deeltje

Aard van massa

Tot enige tijd in de wetenschap werd aangenomen dat de massa van elk deeltje te wijten is aan elektromagnetische aard, maar inmiddels is bekend geworden dat het op deze manier mogelijk is om slechts een klein deel ervan te verklaren - de belangrijkste bijdrage wordt geleverd door de aard van sterke interacties die voortkomen uit gluonen. Deze methode kan echter niet de massa van een dozijn deeltjes verklaren, waarvan de aard nog niet is opgehelderd.

Relativistische massatoename

Het resultaat van alle hierboven beschreven stellingen en wetten kan worden uitgedrukt in een redelijk begrijpelijk, zij het verrassend proces. Als het ene lichaam met een willekeurige snelheid ten opzichte van het andere beweegt, veranderen de parameters en de parameters van de lichamen binnenin, als het oorspronkelijke lichaam een systeem is, veranderen. Bij lage snelheden zal dit natuurlijk praktisch niet merkbaar zijn, maar dit effect zal nog steeds aanwezig zijn.

De een kan een eenvoudig voorbeeld geven - een ander heeft bijna geen tijd meer in een trein die met een snelheid van 60 km/u rijdt. Vervolgens wordt, volgens de volgende formule, de parameterveranderingscoëfficiënt berekend.