1905 წელს ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა თავისი ფარდობითობის თეორია, რომელმაც გარკვეულწილად შეცვალა მეცნიერების გაგება ჩვენს გარშემო არსებულ სამყაროზე. მისი ვარაუდებიდან გამომდინარე, მიღებული იქნა რელატივისტური მასის ფორმულა.
სპეციალური ფარდობითობა
მთელი საქმე იმაშია, რომ ერთმანეთთან შედარებით მოძრავ სისტემებში ნებისმიერი პროცესი გარკვეულწილად განსხვავებულად მიმდინარეობს. კერძოდ, ეს გამოიხატება, მაგალითად, მასის მატებაში სიჩქარის მატებასთან ერთად. თუ სისტემის სიჩქარე გაცილებით ნაკლებია ვიდრე სინათლის სიჩქარე (υ << c=3 108), მაშინ ეს ცვლილებები პრაქტიკულად არ იქნება შესამჩნევი, რადგან ისინი ნულისკენ მიდრეკილნი იქნებიან. ამასთან, თუ მოძრაობის სიჩქარე ახლოს არის სინათლის სიჩქარესთან (მაგალითად, მისი მეათედის ტოლია), მაშინ შეიცვლება ისეთი მაჩვენებლები, როგორიცაა სხეულის მასა, მისი სიგრძე და ნებისმიერი პროცესის დრო. შემდეგი ფორმულების გამოყენებით შესაძლებელია ამ მნიშვნელობების გამოთვლა მოძრავ საცნობარო ჩარჩოში, რელატივისტური ნაწილაკების მასის ჩათვლით.
აქ l0, m0 და t0 - სხეულის სიგრძე, მისი მასა და პროცესის დრო სტაციონარულ სისტემაში და υ არის ობიექტის სიჩქარე.
აინშტაინის თეორიის თანახმად, არცერთ სხეულს არ შეუძლია აჩქარდეს სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად.
დასვენების მასა
რელატივისტური ნაწილაკის დანარჩენი მასის საკითხი ჩნდება ზუსტად ფარდობითობის თეორიაში, როდესაც სხეულის ან ნაწილაკების მასა იწყებს ცვლილებას სიჩქარის მიხედვით. შესაბამისად, დასვენების მასა არის სხეულის მასა, რომელიც გაზომვის მომენტში მოსვენებულ მდგომარეობაშია (მოძრაობის არარსებობის შემთხვევაში), ანუ მისი სიჩქარე ნულის ტოლია.
სხეულის რელატივისტური მასა მოძრაობის აღწერის ერთ-ერთი მთავარი პარამეტრია.
შესაბამისობის პრინციპი
აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის გამოჩენის შემდეგ, საჭირო იყო ნიუტონის მექანიკის გარკვეული გადახედვა, რომელიც გამოიყენებოდა რამდენიმე საუკუნის განმავლობაში, რომელიც აღარ იქნებოდა გამოყენებული, როდესაც განიხილება საცნობარო სისტემები, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარესთან შედარებით. მაშასადამე, საჭირო იყო დინამიკის ყველა განტოლების შეცვლა ლორენცის გარდაქმნების გამოყენებით - სხეულის ან წერტილის კოორდინატების ცვლილება და პროცესის დროში გადასვლისას ინერციულ საცნობარო სისტემას შორის. ამ გარდაქმნების აღწერა ემყარება იმ ფაქტს, რომ თითოეულ ინერციულ სისტემაში ყველა ფიზიკური კანონი მუშაობს თანაბრად და თანაბრად. ამრიგად, ბუნების კანონები არანაირად არ არის დამოკიდებული საცნობარო ჩარჩოს არჩევანზე.
ლორენცის გარდაქმნებიდან გამოიხატება რელატივისტური მექანიკის ძირითადი კოეფიციენტი, რომელიც აღწერილია ზემოთ და ეწოდება ასო α.
კორესპონდენციის პრინციპი თავისთავად საკმაოდ მარტივია - ის ამბობს, რომ ნებისმიერი ახალი თეორია კონკრეტულ შემთხვევაში იგივე შედეგებს მოგვცემს, როგორცწინა. კონკრეტულად, რელატივისტურ მექანიკაში ეს აისახება იმით, რომ სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნაკლები სიჩქარით გამოიყენება კლასიკური მექანიკის კანონები.
რელატივისტური ნაწილაკი
რელატივისტური ნაწილაკი არის ნაწილაკი, რომელიც მოძრაობს სინათლის სიჩქარის შესადარებელი სიჩქარით. მათი მოძრაობა აღწერილია ფარდობითობის სპეციალური თეორიით. არსებობს ნაწილაკების ჯგუფიც, რომელთა არსებობა შესაძლებელია მხოლოდ სინათლის სიჩქარით მოძრაობისას - მათ უწოდებენ ნაწილაკებს მასის გარეშე ან უბრალოდ მასის გარეშე, რადგან დასვენების დროს მათი მასა ნულის ტოლია, ამიტომ ეს არის უნიკალური ნაწილაკები, რომლებსაც არა აქვთ ანალოგიური ვარიანტი. -რელატივისტური, კლასიკური მექანიკა.
ანუ, რელატივისტური ნაწილაკის დანარჩენი მასა შეიძლება იყოს ნული.
ნაწილაკს შეიძლება ეწოდოს რელატივისტური, თუ მისი კინეტიკური ენერგია შეიძლება შევადაროთ შემდეგ ფორმულით გამოხატულ ენერგიას.
ეს ფორმულა განსაზღვრავს საჭირო სიჩქარის მდგომარეობას.
ნაწილაკების ენერგია ასევე შეიძლება იყოს უფრო დიდი ვიდრე მისი დასვენების ენერგია - მათ უწოდებენ ულტრარელატივისტურს.
ასეთი ნაწილაკების მოძრაობის აღსაწერად გამოიყენება კვანტური მექანიკა ზოგად შემთხვევაში და კვანტური ველის თეორია უფრო ვრცელი აღწერისთვის.
გარეგნობა
მსგავსი ნაწილაკები (როგორც რელატივისტური, ასევე ულტრარელატივისტური) მათი ბუნებრივი ფორმით არსებობს მხოლოდ კოსმიურ გამოსხივებაში, ანუ რადიაციაში, რომლის წყაროც დედამიწის გარეთაა, ელექტრომაგნიტური ბუნების. ისინი ხელოვნურად არის შექმნილი ადამიანის მიერ.სპეციალურ ამაჩქარებლებში - მათი დახმარებით რამდენიმე ათეული ტიპის ნაწილაკები იქნა ნაპოვნი და ეს სია მუდმივად ახლდება. ასეთი ობიექტია, მაგალითად, დიდი ადრონული კოლაიდერი, რომელიც მდებარეობს შვეიცარიაში.
ელექტრონებს, რომლებიც ჩნდებიან β-დაშლის დროს, ზოგჯერ შეიძლება მიაღწიონ საკმარის სიჩქარეს, რომ კლასიფიცირდეს ისინი რელატივისტურად. ელექტრონის რელატივისტური მასა ასევე შესაძლებელია მითითებული ფორმულების გამოყენებით.
მასის ცნება
მასას ნიუტონის მექანიკაში აქვს რამდენიმე სავალდებულო თვისება:
- სხეულების გრავიტაციული მიზიდულობა წარმოიქმნება მათი მასიდან, ანუ პირდაპირ დამოკიდებულია მასზე.
- სხეულის მასა არ არის დამოკიდებული საცნობარო სისტემის არჩევანზე და არ იცვლება მისი ცვლილებისას.
- სხეულის ინერცია იზომება მისი მასით.
- თუ სხეული იმყოფება სისტემაში, რომელშიც არ ხდება პროცესები და რომელიც დახურულია, მაშინ მისი მასა პრაქტიკულად არ შეიცვლება (გარდა დიფუზიური გადაცემისა, რომელიც ძალიან ნელია მყარი სხეულებისთვის).
- კომპლექსური სხეულის მასა შედგება მისი ცალკეული ნაწილების მასებისგან.
ფარდობითობის პრინციპები
ფარდობითობის გალილეის პრინციპი
ეს პრინციპი ჩამოყალიბდა არარელატივისტური მექანიკისთვის და გამოიხატება შემდეგნაირად: განურჩევლად იმისა, არის თუ არა სისტემები მოსვენებულ მდგომარეობაში ან აკეთებენ თუ არა მოძრაობას, მათში ყველა პროცესი ერთნაირად მიმდინარეობს.
აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი
ეს პრინციპი ემყარება ორ პოსტულატს:
- გალილეოს ფარდობითობის პრინციპიასევე გამოიყენება ამ შემთხვევაში. ანუ, ნებისმიერ CO-ზე, ბუნების აბსოლუტურად ყველა კანონი ერთნაირად მუშაობს.
- შუქის სიჩქარე აბსოლუტურად ყოველთვის და ყველა საცნობარო სისტემაში ერთნაირია, მიუხედავად სინათლის წყაროსა და ეკრანის (შუქის მიმღების) სიჩქარისა. ამ ფაქტის დასადასტურებლად ჩატარდა მთელი რიგი ექსპერიმენტები, რომლებმაც სრულად დაადასტურა თავდაპირველი ვარაუდი.
მასა რელატივისტურ და ნიუტონის მექანიკაში
განსხვავებით ნიუტონის მექანიკისგან, რელატივისტურ თეორიაში, მასა არ შეიძლება იყოს მასალის რაოდენობის საზომი. დიახ, და თავად რელატივისტური მასა უფრო ვრცლად არის განსაზღვრული, რაც შესაძლებელს ხდის აიხსნას, მაგალითად, ნაწილაკების არსებობა მასის გარეშე. რელატივისტურ მექანიკაში განსაკუთრებული ყურადღება ექცევა ენერგიას და არა მასას - ანუ, მთავარი ფაქტორი, რომელიც განსაზღვრავს ნებისმიერ სხეულს ან ელემენტარულ ნაწილაკს, არის მისი ენერგია ან იმპულსი. იმპულსი შეიძლება მოიძებნოს შემდეგი ფორმულის გამოყენებით
თუმცა, ნაწილაკების დანარჩენი მასა ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელია - მისი მნიშვნელობა არის ძალიან მცირე და არასტაბილური რიცხვი, ამიტომ გაზომვებს მიუახლოვდება მაქსიმალური სიჩქარით და სიზუსტით. ნაწილაკების დანარჩენი ენერგია შეგიძლიათ იხილოთ შემდეგი ფორმულის გამოყენებით
- ნიუტონის თეორიების მსგავსად, იზოლირებულ სისტემაში სხეულის მასა მუდმივია, ანუ არ იცვლება დროთა განმავლობაში. ის ასევე არ იცვლება ერთი CO-დან მეორეზე გადასვლისას.
- ინერციის საზომი აბსოლუტურად არ არსებობსმოძრავი სხეული.
- მოძრავი სხეულის რელატივისტური მასა არ განისაზღვრება მასზე გრავიტაციული ძალების გავლენით.
- თუ სხეულის მასა ნულის ტოლია, მაშინ ის სინათლის სიჩქარით უნდა მოძრაობდეს. საპირისპირო არ შეესაბამება სიმართლეს - არა მხოლოდ უმასურ ნაწილაკებს შეუძლიათ მიაღწიონ სინათლის სიჩქარეს.
- რელატივისტური ნაწილაკის ჯამური ენერგია შესაძლებელია შემდეგი გამოთქმის გამოყენებით:
მასის ბუნება
ზოგჯერ მეცნიერებაში ითვლებოდა, რომ ნებისმიერი ნაწილაკის მასა გამოწვეულია ელექტრომაგნიტური ბუნებით, მაგრამ ამ დროისთვის ცნობილი გახდა, რომ ამ გზით შესაძლებელია მისი მხოლოდ მცირე ნაწილის ახსნა - მთავარი. წვლილი შეტანილია გლუონებისგან წარმოქმნილი ძლიერი ურთიერთქმედების ბუნებით. თუმცა, ამ მეთოდს არ შეუძლია ახსნას ათეული ნაწილაკების მასა, რომელთა ბუნება ჯერ კიდევ არ არის გასაგები.
რელატივისტური მასის ზრდა
ყველა ზემოთ აღწერილი თეორემისა და კანონის შედეგი შეიძლება გამოიხატოს საკმაოდ გასაგები, თუმცა გასაკვირი პროცესით. თუ ერთი სხეული მოძრაობს მეორესთან შედარებით ნებისმიერი სიჩქარით, მაშინ იცვლება მისი პარამეტრები და შიგნით არსებული სხეულების პარამეტრები, თუ თავდაპირველი სხეული სისტემაა. რა თქმა უნდა, დაბალ სიჩქარეზე ეს პრაქტიკულად არ იქნება შესამჩნევი, მაგრამ ეს ეფექტი მაინც იქნება.
შეიძლება მოიყვანოთ მარტივი მაგალითი - მეორეს დრო ეწურება მატარებელში, რომელიც მოძრაობს 60 კმ/სთ სიჩქარით. შემდეგ, შემდეგი ფორმულის მიხედვით, გამოითვლება პარამეტრის ცვლილების კოეფიციენტი.
ეს ფორმულა ასევე აღწერილი იყო ზემოთ. მასში ყველა მონაცემის ჩანაცვლებით (c ≈ 1 109 კმ/სთ), მივიღებთ შემდეგ შედეგს:
ცხადია ცვლილება ძალიან მცირეა და არ ცვლის საათს ისე, რომ შესამჩნევი იყოს.
