Năm 1905, Albert Einstein công bố thuyết tương đối của mình, thuyết tương đối đã thay đổi phần nào cách hiểu của khoa học về thế giới xung quanh chúng ta. Dựa trên các giả định của mình, công thức cho khối lượng tương đối tính đã được đưa ra.
Thuyết Tương đối Đặc biệt
Điểm chung là trong các hệ thống di chuyển tương đối với nhau, bất kỳ quy trình nào cũng diễn ra hơi khác nhau. Cụ thể, điều này được thể hiện, ví dụ, trong sự gia tăng khối lượng với sự gia tăng tốc độ. Nếu tốc độ của hệ thống nhỏ hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng (υ << c=3 108), thì những thay đổi này trên thực tế sẽ không đáng chú ý, vì chúng sẽ có xu hướng bằng không. Tuy nhiên, nếu tốc độ di chuyển gần với tốc độ ánh sáng (ví dụ, bằng một phần mười của nó), thì các chỉ số như khối lượng cơ thể, chiều dài của nó và thời gian của bất kỳ quá trình nào sẽ thay đổi. Sử dụng các công thức sau, có thể tính toán các giá trị này trong một hệ quy chiếu chuyển động, bao gồm cả khối lượng của một hạt tương đối tính.
Đây l0, m0và t0- chiều dài cơ thể, khối lượng của nó và thời gian của quá trình trong một hệ thống đứng yên, và υ là tốc độ của vật.
Theo lý thuyết của Einstein, không có vật thể nào có thể tăng tốc nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Rest mass
Câu hỏi về khối lượng nghỉ của một hạt tương đối tính được đặt ra chính xác trong thuyết tương đối, khi khối lượng của một vật thể hoặc hạt bắt đầu thay đổi tùy thuộc vào tốc độ. Theo đó, khối lượng nghỉ là khối lượng của cơ thể, tại thời điểm đo khối lượng đang ở trạng thái nghỉ (khi không có chuyển động), tức là tốc độ của nó bằng 0.
Khối lượng tương đối tính của một vật thể là một trong những thông số chính để mô tả chuyển động.
Nguyên tắc tuân thủ
Sau khi thuyết tương đối của Einstein ra đời, cần có một số sửa đổi đối với cơ học Newton được sử dụng trong nhiều thế kỷ, điều này không thể được sử dụng nữa khi xem xét các hệ quy chiếu chuyển động với tốc độ tương đương với tốc độ ánh sáng. Do đó, cần phải thay đổi tất cả các phương trình động lực học bằng cách sử dụng phép biến đổi Lorentz - một sự thay đổi tọa độ của một vật hoặc điểm và thời gian của quá trình trong quá trình chuyển đổi giữa các hệ quy chiếu quán tính. Việc mô tả các phép biến đổi này dựa trên thực tế là trong mỗi hệ quy chiếu quán tính, tất cả các định luật vật lý hoạt động bình đẳng và như nhau. Do đó, các quy luật tự nhiên không phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ quy chiếu.
Từ phép biến đổi Lorentz, hệ số chính của cơ học tương đối tính được biểu thị, được mô tả ở trên và được gọi là chữ cái α.
Bản thân nguyên tắc tương ứng khá đơn giản - nó nói rằng bất kỳ lý thuyết mới nào trong một số trường hợp cụ thể sẽ cho kết quả tương tự nhưTrước. Cụ thể, trong cơ học tương đối tính, điều này được phản ánh bởi thực tế là ở tốc độ nhỏ hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng, các định luật của cơ học cổ điển được sử dụng.
Hạt tương đối tính
Hạt tương đối tính là hạt chuyển động với tốc độ tương đương với tốc độ ánh sáng. Chuyển động của chúng được mô tả bằng thuyết tương đối hẹp. Thậm chí có một nhóm các hạt mà sự tồn tại của chúng chỉ có thể xảy ra khi chuyển động với tốc độ ánh sáng - chúng được gọi là các hạt không có khối lượng hoặc đơn giản là không khối lượng, vì khối lượng của chúng ở trạng thái nghỉ bằng 0, do đó đây là những hạt duy nhất không có lựa chọn tương tự trong phi -tương quan, cơ học cổ điển.
Tức là, khối lượng còn lại của một hạt tương đối tính có thể bằng không.
Một hạt có thể được gọi là tương đối tính nếu động năng của nó có thể được so sánh với năng lượng được biểu thị bằng công thức sau.
Công thức này xác định điều kiện tốc độ cần thiết.
Năng lượng của một hạt cũng có thể lớn hơn năng lượng nghỉ của nó - chúng được gọi là siêu tương quan.
Để mô tả chuyển động của các hạt như vậy, cơ học lượng tử được sử dụng trong trường hợp chung và lý thuyết trường lượng tử để mô tả sâu hơn.
Hình thức
Các hạt tương tự (cả tương đối tính và siêu tương quan) ở dạng tự nhiên chỉ tồn tại trong bức xạ vũ trụ, tức là bức xạ có nguồn nằm ngoài Trái đất, có bản chất điện từ. Chúng được tạo ra một cách nhân tạo bởi con người.trong các máy gia tốc đặc biệt - với sự trợ giúp của chúng, hàng chục loại hạt đã được tìm thấy và danh sách này được cập nhật liên tục. Ví dụ, một cơ sở như vậy là Máy va chạm Hadron Lớn đặt tại Thụy Sĩ.
Các electron xuất hiện trong quá trình phân rã β đôi khi cũng có thể đạt đến tốc độ đủ để phân loại chúng là tương đối tính. Khối lượng tương đối tính của một electron cũng có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng các công thức đã chỉ ra.
Khái niệm về khối lượng
Khối lượng trong cơ học Newton có một số thuộc tính bắt buộc:
- Lực hút của các vật thể phát sinh từ khối lượng của chúng, tức là nó phụ thuộc trực tiếp vào nó.
- Khối lượng của vật thể không phụ thuộc vào sự lựa chọn của hệ quy chiếu và không thay đổi khi nó thay đổi.
- Quán tính của một vật được đo bằng khối lượng của nó.
- Nếu cơ thể ở trong một hệ thống không có quá trình nào xảy ra và được đóng lại, thì khối lượng của nó thực tế sẽ không thay đổi (ngoại trừ sự truyền khuếch tán, rất chậm đối với chất rắn).
- Khối lượng của một khối phức hợp được tạo thành từ khối lượng của các bộ phận riêng lẻ của nó.
Nguyên lý Tương đối
Nguyên lý tương đối của Galilê
Nguyên tắc này được xây dựng cho cơ học phi tương đối tính và được diễn đạt như sau: bất kể hệ thống đang dừng hay chúng thực hiện bất kỳ chuyển động nào, tất cả các quá trình trong chúng đều diễn ra theo cùng một cách.
Nguyên lý tương đối của Einstein
Nguyên tắc này dựa trên hai định đề:
- Nguyên lý tương đối của Galileocũng được sử dụng trong trường hợp này. Có nghĩa là, trong bất kỳ CO nào, tất cả các quy luật tự nhiên đều hoạt động theo cùng một cách.
- Tốc độ ánh sáng hoàn toàn luôn luôn và trong tất cả các hệ quy chiếu là như nhau, không phụ thuộc vào tốc độ của nguồn sáng và màn hình (máy thu ánh sáng). Để chứng minh sự thật này, một số thí nghiệm đã được thực hiện, chúng hoàn toàn xác nhận suy đoán ban đầu.
Khối lượng trong cơ học tương đối tính và Newton
Không giống như cơ học Newton, trong lý thuyết tương đối tính, khối lượng không thể là thước đo lượng vật chất. Đúng, và bản thân khối lượng tương đối tính được định nghĩa theo một số cách bao quát hơn, ví dụ như có thể giải thích được sự tồn tại của các hạt không có khối lượng. Trong cơ học tương đối tính, người ta đặc biệt chú ý đến năng lượng hơn là khối lượng - nghĩa là, yếu tố chính xác định bất kỳ vật thể hoặc hạt cơ bản nào là năng lượng hoặc động lượng của nó. Động lượng có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng công thức sau
Tuy nhiên, khối lượng nghỉ của một hạt là một đặc tính rất quan trọng - giá trị của nó là một số rất nhỏ và không ổn định, vì vậy các phép đo được tiếp cận với tốc độ và độ chính xác tối đa. Năng lượng còn lại của một hạt có thể được tìm thấy theo công thức sau
- Tương tự như lý thuyết của Newton, trong một hệ cô lập, khối lượng của một vật là không đổi, tức là không thay đổi theo thời gian. Nó cũng không thay đổi khi chuyển từ CO này sang CO khác.
- Hoàn toàn không có biện pháp quán tínhchuyển động cơ thể.
- Khối lượng tương đối tính của một vật chuyển động không được xác định bởi ảnh hưởng của lực hấp dẫn lên nó.
- Nếu khối lượng của một vật bằng không, thì nó phải chuyển động với tốc độ ánh sáng. Điều ngược lại là không đúng - không chỉ các hạt không khối lượng mới có thể đạt tới tốc độ ánh sáng.
- Tổng năng lượng của một hạt tương đối tính có thể sử dụng biểu thức sau:
Tính chất của khối lượng
Cho đến thời điểm nào đó trong khoa học người ta vẫn tin rằng khối lượng của bất kỳ hạt nào là do bản chất điện từ, nhưng đến nay người ta đã biết rằng theo cách này chỉ có thể giải thích một phần nhỏ của nó - phần chính sự đóng góp được thực hiện bởi bản chất của các tương tác mạnh phát sinh từ các gluon. Tuy nhiên, phương pháp này không thể giải thích khối lượng của một tá hạt, bản chất của chúng vẫn chưa được làm sáng tỏ.
Tăng khối lượng tương đối tính
Kết quả của tất cả các định lý và định luật được mô tả ở trên có thể được thể hiện trong một quá trình khá dễ hiểu, mặc dù đáng ngạc nhiên,. Nếu một vật chuyển động so với vật khác ở bất kỳ tốc độ nào, thì các thông số của nó và các thông số của các cơ thể bên trong, nếu cơ thể ban đầu là một hệ thống, sẽ thay đổi. Tất nhiên, ở tốc độ thấp, điều này thực tế sẽ không đáng chú ý, nhưng hiệu ứng này vẫn sẽ xuất hiện.
Người ta có thể đưa ra một ví dụ đơn giản - một đoàn tàu khác đang chạy với tốc độ 60 km / h. Sau đó, theo công thức sau, hệ số thay đổi tham số được tính.
Công thức này cũng đã được mô tả ở trên. Thay thế tất cả dữ liệu vào nó (cho c ≈ 1 109km / h), chúng tôi nhận được kết quả sau:
Rõ ràng là sự thay đổi là cực kỳ nhỏ và không thay đổi đồng hồ theo cách đáng chú ý.
