W 1905 roku Albert Einstein opublikował swojeteoria względności, która nieco zmieniła koncepcję nauki o otaczającym świecie. Na podstawie jego założeń otrzymano wzór na masę relatywistyczną.
Chodzi o to, że w systemachporuszając się względem siebie, wszelkie procesy przebiegają w nieco inny sposób. W szczególności wyraża się to na przykład we wzroście masy wraz ze wzrostem prędkości. Jeśli prędkość układu jest znacznie mniejsza niż prędkość światła (υ << c = 3 108 ), wtedy te zmiany będą ledwo zauważalne,ponieważ będą dążyć do zera. Jeśli jednak prędkość ruchu jest zbliżona do prędkości światła (na przykład równa jednej dziesiątej jego), wówczas takie wskaźniki jak masa ciała, jego długość i czas dowolnego procesu ulegną zmianie. Korzystając z poniższych wzorów, można obliczyć te wartości w ruchomym układzie odniesienia, w tym masę relatywistycznej cząstki.
Tutaj ja0, m0 oraz T0 to długość ciała, jego masa i czas trwania procesu w układzie stacjonarnym, a υ to prędkość obiektu.
Zgodnie z teorią Einsteina żadne ciało nie jest w stanie rozwinąć prędkości większej niż prędkość światła.
Kwestia masy spoczynkowej cząstki relatywistycznejpowstaje właśnie w teorii względności, kiedy masa ciała lub cząstki zaczyna się zmieniać w zależności od prędkości. W związku z tym masa spoczynkowa to masa ciała, które w momencie pomiaru jest utrzymywane w stanie spoczynku (przy braku ruchu), czyli jego prędkość wynosi zero.
Relatywistyczna masa ciała jest jednym z głównych parametrów opisujących ruch.
Po pojawieniu się teorii względności Einsteinawymagał rewizji mechaniki Newtona stosowanej przez kilka stuleci, której nie można było już stosować, rozważając układy odniesienia poruszające się z prędkością porównywalną do prędkości światła. W związku z tym należało zmienić wszystkie równania dynamiki za pomocą transformacji Lorentza - zmiany współrzędnych ciała lub punktu oraz czasu trwania procesu podczas przejścia między inercyjnymi układami odniesienia. Opis tych przemian opiera się na fakcie, że w każdym inercjalnym układzie odniesienia wszystkie prawa fizyczne działają w ten sam sposób i jednakowo. Zatem prawa przyrody w żaden sposób nie zależą od wyboru układu odniesienia.
Główny współczynnik mechaniki relatywistycznej, opisany powyżej i nazywany literą α, jest wyrażony z transformacji Lorentza.
Sama zasada korespondencji jest dość prosta - tosugeruje, że każda nowa teoria w jakimś konkretnym przypadku da takie same wyniki, jak poprzednia. Szczególnie w mechanice relatywistycznej znajduje to odzwierciedlenie w fakcie, że przy prędkościach znacznie mniejszych niż prędkość światła stosowane są prawa mechaniki klasycznej.
Cząstka relatywistyczna to cząstkaktóry porusza się z prędkością porównywalną do prędkości światła. Ich ruch opisuje specjalna teoria względności. Istnieje nawet grupa cząstek, których istnienie jest możliwe tylko wtedy, gdy poruszają się z prędkością światła - nazywa się je cząstkami bez masy lub po prostu bezmasowymi, ponieważ w stanie spoczynku ich masa jest równa zeru, dlatego są to cząstki unikalne, które nie mają analogicznego wariantu w nierelatywistycznej, klasycznej mechanice ...
Oznacza to, że masa spoczynkowa relatywistycznej cząstki może być równa zeru.
Cząstkę można nazwać relatywistyczną, jeśli jej energię kinetyczną można porównać z energią wyrażoną następującym wzorem.
Ta formuła określa warunek wymaganej prędkości.
Energia cząstki może być również większa niż jej energia spoczynkowa - są to nazywane ultrarelatywistyczne.
Do opisu ruchu takich cząstek posłużono się mechaniką kwantową w ogólnym przypadku oraz kwantową teorią pola dla obszerniejszego opisu.
Takie cząstki (zarówno relatywistyczne, jak iultrarelatywistyczne) w swojej naturalnej postaci istnieją tylko w promieniowaniu kosmicznym, czyli promieniowaniu, którego źródło znajduje się poza Ziemią, o charakterze elektromagnetycznym. Przez człowieka są sztucznie tworzone w specjalnych akceleratorach - przy ich pomocy odkryto kilkadziesiąt rodzajów cząstek, a lista ta jest stale aktualizowana. Podobną instalacją jest na przykład Wielki Zderzacz Hadronów zlokalizowany w Szwajcarii.
Elektrony pojawiające się w rozpadzie β również mogączasami osiągają prędkość wystarczającą do zaklasyfikowania ich jako relatywistycznych. Relatywistyczną masę elektronu można również wyznaczyć za pomocą wskazanych wzorów.
Masa w mechanice Newtona ma kilka zasadniczych właściwości:
Ta zasada została sformułowana dlamechaniki nierelatywistycznej i wyraża się następująco: niezależnie od tego, czy układy są w spoczynku, czy też wykonują ruch, wszystkie procesy w nich przebiegają w ten sam sposób.
Zasada ta opiera się na dwóch postulatach:
Do pewnego czasu w nauce wierzono, żemasa każdej cząstki wynika z natury elektromagnetycznej, ale do tej pory okazało się, że w ten sposób można wyjaśnić tylko niewielką jej część - główny wkład ma natura silnych oddziaływań wynikających z gluonów. Jednak ta metoda nie może wyjaśnić masy dziesięciu cząstek, których natura nie została jeszcze wyjaśniona.
Wynik wszystkich twierdzeń i praw opisanych powyżejmożna wyrazić w dość zrozumiałym, choć zaskakującym procesie. Jeśli jedno ciało porusza się względem drugiego z dowolną prędkością, to zmieniają się jego parametry i parametry ciał wewnątrz, jeśli pierwotne ciało jest układem. Oczywiście przy niskich prędkościach praktycznie nie będzie to zauważalne, ale efekt ten będzie nadal obecny.
Można przytoczyć prosty przykład - kolejny upływ czasu w pociągu jadącym z prędkością 60 km / h. Następnie współczynnik zmiany parametru obliczany jest z następującego wzoru.
Ten wzór również został opisany powyżej. Podstawiając do niego wszystkie dane (dla c ≈ 1 109 km / h), otrzymasz następujący wynik:
Oczywiście zmiana jest niezwykle mała i nie zmienia zegarka w zauważalny sposób.
