1905. aastal avaldas Albert Einstein oma relatiivsusteooria, mis muutis mõnevõrra arusaama teadusest meid ümbritsevast maailmast. Tema eelduste põhjal saadi relativistliku massi valem.
Erirelatiivsusteooria
Asi on selles, et üksteise suhtes liikuvates süsteemides kulgevad kõik protsessid mõnevõrra erinev alt. Täpsem alt väljendub see näiteks massi suurenemises koos kiiruse suurenemisega. Kui süsteemi kiirus on palju väiksem kui valguse kiirus (υ << c=3 108), siis pole need muutused praktiliselt märgatavad, kuna need kipuvad nulli jõudma. Kui aga liikumiskiirus on lähedane valguse kiirusele (näiteks võrdne kümnendikuga sellest), siis muutuvad sellised näitajad nagu kehamass, selle pikkus ja mis tahes protsessi toimumise aeg. Järgmiste valemite abil on võimalik arvutada need väärtused liikuvas võrdlusraamis, kaasa arvatud relativistliku osakese mass.
Siin l0, m0 ja t0 - keha pikkus, selle mass ja protsessi aeg statsionaarses süsteemis ning υ on objekti kiirus.
Einsteini teooria kohaselt ei saa ükski keha kiirendada kiiremini kui valguse kiirus.
Puhkemass
Küsimus relativistliku osakese puhkemassist kerkib just relatiivsusteoorias, kui keha või osakese mass hakkab sõltuv alt kiirusest muutuma. Järelikult on puhkemass keha mass, mis on mõõtmise hetkel puhkeasendis (liikumise puudumisel), st selle kiirus on null.
Keha relativistlik mass on liikumise kirjeldamisel üks peamisi parameetreid.
Vastavuspõhimõte
Pärast Einsteini relatiivsusteooria tulekut oli vaja läbi vaadata mitu sajandit kasutatud Newtoni mehaanika, mida ei saanud enam kasutada valguse kiirusega võrreldava kiirusega liikuvate võrdlussüsteemide puhul. Seetõttu oli vaja muuta kõiki dünaamika võrrandeid, kasutades Lorentzi teisendusi - keha koordinaatide või protsessi punkti ja aja muutust inertsiaalsete tugiraamide vahelise ülemineku ajal. Nende teisenduste kirjeldus põhineb asjaolul, et igas inertsiaalses tugiraamistikus toimivad kõik füüsikalised seadused võrdselt ja võrdselt. Seega ei sõltu loodusseadused kuidagi tugiraamistiku valikust.
Lorentzi teisendustest väljendatakse relativistliku mehaanika peamist kordajat, mida on kirjeldatud ülal ja mida nimetatakse täheks α.
Vastavuse põhimõte ise on üsna lihtne – see ütleb, et iga uus teooria annab mingil konkreetsel juhul samad tulemused kuieelmine. Täpsem alt, relativistlikus mehaanikas peegeldub see asjaolus, et kiirustel, mis on palju väiksemad kui valguse kiirus, kasutatakse klassikalise mehaanika seadusi.
Relativistlik osake
Relativistlik osake on osake, mis liigub kiirusega, mis on võrreldav valguse kiirusega. Nende liikumist kirjeldab erirelatiivsusteooria. On isegi osakeste rühm, mille olemasolu on võimalik ainult valguse kiirusel liikudes - neid nimetatakse massita või lihts alt massituteks osakesteks, kuna puhkeolekus on nende mass null, seega on tegemist ainulaadsete osakestega, millel pole analoogset võimalust mitte. -relativistlik, klassikaline mehaanika.
See tähendab, et relativistliku osakese ülejäänud mass võib olla null.
Osakest võib nimetada relativistlikuks, kui selle kineetilist energiat saab võrrelda järgmise valemiga väljendatud energiaga.
See valem määrab vajaliku kiiruse tingimuse.
Osakekese energia võib olla ka suurem kui tema puhkeenergia – seda nimetatakse ultrarelativistiks.
Selliste osakeste liikumise kirjeldamiseks kasutatakse kvantmehaanikat üldjuhul ja kvantväljateooriat ulatuslikuma kirjeldamise jaoks.
Välimus
Sarnased osakesed (nii relativistlikud kui ultrarelativistlikud) oma loomulikul kujul eksisteerivad ainult kosmilises kiirguses, st kiirguses, mille allikas asub väljaspool Maad, elektromagnetilise iseloomuga. Need on inimese poolt kunstlikult loodud.spetsiaalsetes kiirendites - nende abil leiti mitukümmend tüüpi osakesi ja seda loendit uuendatakse pidev alt. Selliseks rajatiseks on näiteks Šveitsis asuv Large Hadron Collider.
β-lagunemise ajal ilmuvad elektronid võivad mõnikord saavutada piisava kiiruse, et klassifitseerida need relativistlikeks. Elektroni relativistliku massi saab leida ka näidatud valemite abil.
Massi mõiste
Newtoni mehaanikas on massil mitu kohustuslikku omadust:
- Kehade gravitatsiooniline külgetõmme tuleneb nende massist, see tähendab, et see sõltub sellest otseselt.
- Keha mass ei sõltu võrdlussüsteemi valikust ega muutu selle muutumisel.
- Keha inertsust mõõdetakse selle massiga.
- Kui keha on süsteemis, milles protsesse ei toimu ja mis on suletud, siis selle mass praktiliselt ei muutu (v.a difusiooniülekanne, mis on tahkete ainete puhul väga aeglane).
- Liitkeha mass koosneb selle üksikute osade massidest.
Relatiivsusteooria põhimõtted
Galilei relatiivsuspõhimõte
See põhimõte on sõnastatud mitterelativistliku mehaanika jaoks ja väljendub järgmiselt: olenemata sellest, kas süsteemid on puhkeolekus või kas nad teevad mingit liikumist, kulgevad kõik protsessid neis ühtemoodi.
Einsteini relatiivsuspõhimõte
See põhimõte põhineb kahel postulaadil:
- Galileo relatiivsuspõhimõtekasutatakse ka sel juhul. See tähendab, et igas CO-s toimivad absoluutselt kõik loodusseadused ühtemoodi.
- Valguse kiirus on absoluutselt alati ja kõigis referentssüsteemides sama, olenemata valgusallika ja ekraani (valgusvastuvõtja) kiirusest. Selle fakti tõestamiseks viidi läbi hulk katseid, mis kinnitasid täielikult esialgset oletust.
Mass relativistlikus ja Newtoni mehaanikas
Erinev alt Newtoni mehaanikast ei saa mass relativistlikus teoorias olla materjali hulga mõõt. Jah, ja relativistlik mass ise on defineeritud kuidagi ulatuslikum alt, jättes võimaluse seletada näiteks massita osakeste olemasolu. Relativistlikus mehaanikas pööratakse erilist tähelepanu energiale, mitte massile – see tähendab, et peamine tegur, mis määrab iga keha või elementaarosakese, on selle energia või impulss. Impulsi saab leida järgmise valemi abil
Samas on osakese puhkemass väga oluline tunnus – selle väärtus on väga väike ja ebastabiilne arv, seega lähenetakse mõõtmistele maksimaalse kiiruse ja täpsusega. Osakese puhkeenergia saab leida järgmise valemi abil
- Sarnaselt Newtoni teooriatele on isoleeritud süsteemis keha mass konstantne, st ei muutu ajas. See ei muutu ka ühelt CO-lt teisele liikumisel.
- Inertsi mõõt pole absoluutselt olemasliikuv keha.
- Liikuva keha relativistlikku massi ei määra gravitatsioonijõudude mõju sellele.
- Kui keha mass on null, siis peab see liikuma valguse kiirusel. Vastupidine pole tõsi – mitte ainult massita osakesed ei suuda saavutada valguse kiirust.
- Relativistliku osakese koguenergia on võimalik järgmise avaldise abil:
Massi iseloom
Kuni mõnda aega teaduses arvati, et iga osakese mass on tingitud elektromagnetilisest olemusest, kuid praeguseks on saanud teatavaks, et nii on võimalik seletada vaid väikest osa sellest – peamist panuse annab gluoonidest tulenevate tugevate interaktsioonide olemus. Selle meetodi abil ei saa aga seletada tosina osakese massi, mille olemust pole veel välja selgitatud.
Relativistlik massikasv
Kõigi ülalkirjeldatud teoreemide ja seaduste tulemust saab väljendada üsna arusaadavas, kuigi üllatavas protsessis. Kui üks keha liigub teise suhtes mis tahes kiirusega, siis muutuvad selle parameetrid ja sees olevate kehade parameetrid, kui algkehaks on süsteem. Muidugi ei ole see madalatel kiirustel praktiliselt märgatav, kuid see efekt on siiski olemas.
Võib tuua lihtsa näite – 60 km/h liikuvas rongis on teine aeg otsa saamas. Seejärel arvutatakse järgmise valemi järgi parameetri muutuste koefitsient.
Seda valemit kirjeldati ka ülal. Asendades sellesse kõik andmed (c ≈ 1 109 km/h puhul), saame järgmise tulemuse:
Ilmselt on muutus äärmiselt väike ega muuda kella nii, et see oleks märgatav.
