Die relativistische Masse eines Teilchens

Im Jahr 1905 veröffentlichte Albert Einstein seineDie Relativitätstheorie, die die Idee der Wissenschaft von der umgebenden Welt etwas verändert hat. Basierend auf seinen Annahmen wurde die Formel der relativistischen Masse erhalten.

Spezielle Relativitätstheorie

Der springende Punkt ist, dass in Systemen,in Bezug aufeinander bewegen sich alle Prozesse etwas anders. Konkret ausgedrückt drückt sich dies beispielsweise in einer Erhöhung der Masse mit zunehmender Geschwindigkeit aus. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Systems viel geringer ist als die Lichtgeschwindigkeit (<< << c = 3 · 10⁸ ), dann werden diese Änderungen praktisch nicht wahrnehmbar sein,da sie zu Null neigen werden. Wenn sich die Geschwindigkeit der Bewegung jedoch in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit befindet (zum Beispiel entspricht sie einem Zehntel davon), dann werden sich solche Indikatoren wie die Körpermasse, seine Länge und die Zeit eines Prozesses ändern. Mit Hilfe der folgenden Formeln ist es möglich, diese Werte in einem bewegten Referenzrahmen zu berechnen, einschließlich der Masse eines relativistischen Teilchens.

Hier l₀, m₀ und t₀ - die Länge des Körpers, seine Masse und die Zeit des Prozesses im stationären System, und - die Geschwindigkeit der Bewegung des Objekts.

Nach Einsteins Theorie ist kein Körper in der Lage, eine Geschwindigkeit zu entwickeln, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit.

Rest Masse

Die Frage nach der Ruhemasse eines relativistischen TeilchensEs entsteht gerade in der Relativitätstheorie, wenn sich die Masse eines Körpers oder Teilchens als Funktion der Geschwindigkeit zu verändern beginnt. Dementsprechend ist die Ruhemasse die Masse des Körpers, die im Moment der Messung in Ruhe (in Abwesenheit von Bewegung) enthalten ist, das heißt ihre Geschwindigkeit ist Null.

Die relativistische Körpermasse ist einer der Hauptparameter in der Beschreibung der Bewegung.

Grundsatz der Konformität

Nach dem Erscheinen der Relativitätstheorie von EinsteinEs bedurfte einiger Überarbeitungen der seit mehreren Jahrhunderten angewandten Newtonschen Mechanik, die nicht mehr benutzt werden konnten, um Referenzrahmen zu betrachten, die sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar ist. Daher war es erforderlich, alle Gleichungen der Dynamik mit den Lorentz-Transformationen zu ändern - die Änderung der Koordinaten des Körpers oder der Punkt und die Zeit des Prozesses im Übergang zwischen Trägheitsrahmen. Die Beschreibung dieser Transformationen basiert auf der Tatsache, dass in jedem Trägheitsrahmen alle physikalischen Gesetze gleich und gleich funktionieren. Somit hängen die Naturgesetze in keiner Weise von der Wahl des Bezugsrahmens ab.

Aus den Lorentz-Transformationen wird der Hauptkoeffizient der relativistischen Mechanik, der oben beschrieben und als Buchstabe α bezeichnet wird, ausgedrückt.

Das Korrespondenzprinzip selbst ist ziemlich einfach: es istsagt, dass jede neue Theorie in einem bestimmten speziellen Fall die gleichen Ergebnisse wie die vorherige ergeben wird. Dies spiegelt sich gerade in der relativistischen Mechanik darin wider, dass bei Geschwindigkeiten, die weit unter der Lichtgeschwindigkeit liegen, die Gesetze der klassischen Mechanik verwendet werden.

Relativistisches Teilchen

Ein relativistisches Teilchen ist ein Teilchen,die sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar ist. Ihre Bewegung wird durch eine spezielle Relativitätstheorie beschrieben. Es gibt sogar eine Gruppe von Teilchen, deren Existenz nur möglich ist, wenn sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt - sie werden Teilchen ohne Masse oder einfach ohne Masse genannt, da ihre Masse in einem Ruhezustand Null ist, also einzigartige Teilchen, die in der nichtrelativistischen klassischen Mechanik keine analoge Variante haben .

Das heißt, die Ruhemasse des relativistischen Teilchens kann gleich Null sein.

Ein Teilchen kann als relativistisch bezeichnet werden, wenn seine kinetische Energie mit der durch die folgende Formel ausgedrückten Energie vergleichbar ist.

Diese Formel bestimmt die notwendige Geschwindigkeitsbedingung.

Die Energie eines Teilchens kann auch größer sein als seine Ruhenergie - diese werden ultrarelativistisch genannt.

Um die Bewegung solcher Teilchen zu beschreiben, werden die Quantenmechanik im allgemeinen Fall und die Quantenfeldtheorie für eine ausführlichere Beschreibung verwendet.

Aussehen

Ähnliche Teilchen (sowohl relativistisch, als auchultrarelativistisch) in einer natürlichen Form existieren nur in kosmischer Strahlung, dh Strahlung, deren Quelle ist außerhalb der Erde, von elektromagnetischer Natur. Man stellt sie künstlich in speziellen Beschleunigern her - mit Hilfe von ihnen wurden mehrere Dutzend Arten von Teilchen gefunden, und diese Liste wird ständig aktualisiert. Eine ähnliche Installation ist beispielsweise der Large Hadron Collider in der Schweiz.

Die Elektronen, die beim β-Zerfall auftreten, können ebenfallsmanchmal erreichen sie eine ausreichende Geschwindigkeit, um sie als relativistisch einzustufen. Die relativistische Masse des Elektrons kann auch aus den obigen Formeln gefunden werden.

Das Konzept der Masse

Die Masse in Newtons Mechanik hat mehrere obligatorische Eigenschaften:

• Die Anziehungskraft der Körper entsteht aufgrund ihrer Masse, die direkt davon abhängt.
• Die Masse des Körpers hängt nicht von der Wahl des Bezugsrahmens ab und ändert sich nicht mit seiner Veränderung.
• Die Trägheit des Körpers wird durch seine Masse gemessen.
• Wenn der Körper in einem System ist, in demes gibt keine Prozesse und das ist geschlossen, dann ändert sich seine Masse praktisch nicht (außer der Diffusionsübertragung, die bei Festkörpern sehr langsam abläuft).
• Die Masse eines zusammengesetzten Körpers besteht aus den Massen seiner Einzelteile.

Relativitätsprinzipien

• Relativitätsprinzip von Galileo.

Dieser Grundsatz wurde formuliert fürnichtrelativistische Mechanik und wird wie folgt ausgedrückt: Unabhängig davon, ob sich die Systeme in einem Ruhezustand befinden oder ob sie irgendeine Bewegung ausführen, laufen alle Prozesse in ihnen auf die gleiche Weise ab.

• Das Prinzip der Einsteinschen Relativität.

Dieses Prinzip basiert auf zwei Postulaten:

1. Das Galileische Relativitätsprinzip wird auch in diesem Fall verwendet. Das heißt, in jeder SO arbeiten absolut alle Naturgesetze auf die gleiche Weise.
2. Die Lichtgeschwindigkeit ist absolut immer und in allemBezugsrahmen ist der gleiche, unabhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung der Lichtquelle und des Bildschirms (der Empfänger des Lichts). Um diese Tatsache zu beweisen, wurde eine Anzahl von Experimenten durchgeführt, die die anfängliche Vermutung vollständig bestätigten.

Masse in der relativistischen und Newtonschen Mechanik

• Im Gegensatz zur Newtonschen Mechanik, im relativistischenTheorie kann Masse nicht ein Maß für die Menge an Material sein. Und die relativistische Masse selbst wird durch eine umfassendere Methode bestimmt, die es zum Beispiel erlaubt, die Existenz von Teilchen ohne Masse zu erklären. In der relativistischen Mechanik wird der Energie mehr Aufmerksamkeit geschenkt als der Masse - das heißt, der Hauptfaktor, der einen Körper oder ein Elementarteilchen bestimmt, ist seine Energie oder sein Impuls. Der Impuls kann durch die folgende Formel gefunden werden.

• Die Restmasse des Partikels ist jedochsehr wichtige Eigenschaft - ihr Wert ist eine sehr kleine und instabile Zahl, so dass die Messungen mit der maximalen Geschwindigkeit und Genauigkeit geeignet sind. Die Ruheenergie des Teilchens kann durch die folgende Formel gefunden werden.

• Ähnlich wie Newtons Theorien ist die Körpermasse in einem isolierten System konstant, dh ändert sich nicht mit der Zeit. Es ändert sich auch nicht, wenn Sie von einem CO zu einem anderen wechseln.
• Es gibt absolut kein Maß für die Trägheit des sich bewegenden Körpers.
• Die relativistische Masse eines sich bewegenden Körpers wird nicht durch die Einwirkung von Gravitationskräften darauf bestimmt.
• Wenn die Masse des Körpers Null ist, muss sie sich notwendigerweise mit der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Das Gegenteil ist nicht wahr - die Geschwindigkeiten des Lichts können nicht nur durch masselose Teilchen erreicht werden.
• Die Gesamtenergie eines relativistischen Teilchens ist mit Hilfe des folgenden Ausdrucks möglich:

Die Art der Masse

Bis zu einem gewissen Zeitpunkt in der Wissenschaft wurde das geglaubtDie Masse eines jeden Teilchens beruht auf elektromagnetischer Natur, aber inzwischen ist bekannt geworden, dass auf diese Weise nur ein kleiner Teil davon erklärt werden kann - der Hauptbeitrag wird durch die Natur der starken Wechselwirkungen geleistet, die durch Gluonen entstehen. Auf diese Weise ist es jedoch unmöglich, die Masse von einem Dutzend Teilchen zu erklären, deren Natur noch nicht geklärt ist.

Der relativistische Anstieg der Masse

Das Ergebnis aller oben beschriebenen Sätze und Gesetzekann in einem ziemlich verständlichen, wenn auch erstaunlichen Prozess ausgedrückt werden. Wenn sich ein Körper relativ zu einem anderen mit beliebiger Geschwindigkeit bewegt, ändern sich seine Parameter und die Parameter der Körper, die sich im Inneren befinden, wenn der ursprüngliche Körper ein System ist. Natürlich wird dies bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht bemerkbar sein, aber dieser Effekt wird immer noch vorhanden sein.

Man kann ein einfaches Beispiel geben - eine weitere Auszeit in einem Zug, der sich mit einer Geschwindigkeit von 60 km / h bewegt. Dann wird gemäß der folgenden Formel der Parameteränderungsfaktor berechnet.

Diese Formel wurde oben ebenfalls beschrieben. Ersetzen Sie alle Daten (für c ≈ 1 · 10⁹ km / h), erhalten wir folgendes Ergebnis:

Offensichtlich ist die Änderung extrem klein und ändert die Stundenleistung nicht, so dass sie sich bemerkbar macht.