في عام 1905 ، نشر ألبرت أينشتاين نظريته في النسبية ، والتي غيرت إلى حد ما فهم العلم للعالم من حولنا. بناءً على افتراضاته ، تم الحصول على صيغة الكتلة النسبية.
النسبية الخاصة
بيت القصيد هو أنه في الأنظمة التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض ، فإن أي عمليات تسير بشكل مختلف نوعًا ما. على وجه التحديد ، يتم التعبير عن هذا ، على سبيل المثال ، في زيادة الكتلة مع زيادة السرعة. إذا كانت سرعة النظام أقل بكثير من سرعة الضوء (υ << c=3 108) ، فلن تكون هذه التغييرات ملحوظة عمليًا ، لأنها ستميل إلى الصفر. ومع ذلك ، إذا كانت سرعة الحركة قريبة من سرعة الضوء (على سبيل المثال ، تساوي عُشرها) ، فإن مؤشرات مثل كتلة الجسم وطوله ووقت أي عملية ستتغير. باستخدام الصيغ التالية ، من الممكن حساب هذه القيم في إطار مرجعي متحرك ، بما في ذلك كتلة الجسيم النسبي.
هنا l0 ، m0و t0- طول الجسم وكتلته ووقت العملية في نظام ثابت ، و هي سرعة الكائن.
وفقًا لنظرية أينشتاين ، لا يمكن لأي جسم أن يتسارع أسرع من سرعة الضوء.
راحة الكتلة
السؤال عن الكتلة الباقية للجسيم النسبي ينشأ على وجه التحديد في نظرية النسبية ، عندما تبدأ كتلة الجسم أو الجسيم في التغير اعتمادًا على السرعة. وفقًا لذلك ، فإن الكتلة الباقية هي كتلة الجسم ، والتي تكون في حالة السكون في لحظة القياس (في حالة عدم وجود حركة) ، أي سرعتها صفر.
الكتلة النسبية للجسم هي واحدة من العوامل الرئيسية في وصف الحركة.
مبدأ المطابقة
بعد ظهور نظرية النسبية لأينشتاين ، كانت هناك حاجة لبعض التنقيح للميكانيكا النيوتونية المستخدمة لعدة قرون ، والتي لم يعد من الممكن استخدامها عند النظر في الأنظمة المرجعية التي تتحرك بسرعة مماثلة لسرعة الضوء. لذلك ، كان من الضروري تغيير جميع معادلات الديناميكيات باستخدام تحويلات لورنتز - تغيير في إحداثيات جسم أو نقطة ووقت العملية أثناء الانتقال بين الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. يعتمد وصف هذه التحولات على حقيقة أنه في كل إطار مرجعي بالقصور الذاتي تعمل جميع القوانين الفيزيائية بشكل متساوٍ ومتساوٍ. وبالتالي ، فإن قوانين الطبيعة لا تعتمد بأي حال من الأحوال على اختيار الإطار المرجعي.
من تحويلات لورينتز ، يتم التعبير عن المعامل الرئيسي للميكانيكا النسبية ، والذي تم وصفه أعلاه ويسمى الحرف α.
مبدأ التطابق في حد ذاته بسيط للغاية - فهو يقول أن أي نظرية جديدة في حالة معينة ستعطي نفس النتائج مثلالسابق. على وجه التحديد ، في الميكانيكا النسبية ، ينعكس ذلك من خلال حقيقة أنه عند السرعات الأقل بكثير من سرعة الضوء ، يتم استخدام قوانين الميكانيكا الكلاسيكية.
جسيم نسبي
الجسيم النسبي هو جسيم يتحرك بسرعة مماثلة لسرعة الضوء. تم وصف حركتهم من خلال نظرية النسبية الخاصة. حتى أن هناك مجموعة من الجسيمات لا يكون وجودها ممكنًا إلا عند التحرك بسرعة الضوء - وتسمى هذه الجسيمات بدون كتلة أو ببساطة عديمة الكتلة ، نظرًا لأن كتلتها في حالة السكون تساوي صفرًا ، وبالتالي فهذه جسيمات فريدة ليس لها خيار مماثل في -نسبية ، ميكانيكا كلاسيكية.
أي أن الكتلة المتبقية للجسيم النسبي يمكن أن تكون صفراً.
يمكن تسمية الجسيم بالنسبية إذا كان من الممكن مقارنة طاقته الحركية بالطاقة المعبر عنها بالصيغة التالية.
تحدد هذه الصيغة حالة السرعة المطلوبة.
يمكن أيضًا أن تكون طاقة الجسيم أكبر من طاقة سكونها - وتسمى هذه الطاقة الترابطية.
لوصف حركة هذه الجسيمات ، يتم استخدام ميكانيكا الكم في الحالة العامة ونظرية المجال الكمومي لوصف أكثر شمولاً.
المظهر
جسيمات مماثلة (نسبية وفائقة الترابط) في شكلها الطبيعي موجودة فقط في الإشعاع الكوني ، أي الإشعاع الذي يكون مصدره خارج الأرض ، ذو طبيعة كهرومغناطيسية. تم إنشاؤها بشكل مصطنع من قبل الإنسان.في المسرعات الخاصة - بمساعدتها ، تم العثور على عدة عشرات من أنواع الجسيمات ، ويتم تحديث هذه القائمة باستمرار. مثل هذا المرفق ، على سبيل المثال ، مصادم هادرون الكبير الموجود في سويسرا.
يمكن للإلكترونات التي تظهر أثناء β-decay أن تصل أحيانًا إلى سرعة كافية لتصنيفها على أنها نسبية. يمكن أيضًا إيجاد الكتلة النسبية للإلكترون باستخدام الصيغ المشار إليها.
مفهوم الكتلة
الكتلة في ميكانيكا نيوتن لها عدة خصائص إلزامية:
- جاذبية الأجسام تنشأ من كتلتها ، أي أنها تعتمد بشكل مباشر عليها.
- كتلة الجسم لا تعتمد على اختيار النظام المرجعي ولا تتغير عندما تتغير
- يقاس القصور الذاتي للجسم بكتلته
- إذا كان الجسم في نظام لا تحدث فيه عمليات ومغلق ، فلن تتغير كتلته عمليًا (باستثناء نقل الانتشار ، وهو بطيء جدًا بالنسبة للمواد الصلبة).
- كتلة الجسم المركب تتكون من كتل أجزائه الفردية.
مبادئ النسبية
الجليل مبدأ النسبية
تمت صياغة هذا المبدأ للميكانيكا غير النسبية ويتم التعبير عنه على النحو التالي: بغض النظر عما إذا كانت الأنظمة في حالة راحة أو ما إذا كانت تقوم بأي حركة ، فإن جميع العمليات فيها تتم بنفس الطريقة.
مبدأ النسبية لأينشتاين
يعتمد هذا المبدأ على افتراضين:
- مبدأ النسبية جاليليويستخدم أيضًا في هذه الحالة. أي ، في أي CO ، تعمل جميع قوانين الطبيعة تمامًا بنفس الطريقة.
- سرعة الضوء هي نفسها دائمًا وفي جميع الأنظمة المرجعية ، بغض النظر عن سرعة مصدر الضوء والشاشة (مستقبل الضوء). لإثبات هذه الحقيقة ، تم إجراء عدد من التجارب ، والتي أكدت تمامًا التخمين الأولي.
الكتلة في الميكانيكا النسبية والنيوتونية
على عكس ميكانيكا نيوتن ، في النظرية النسبية ، لا يمكن أن تكون الكتلة مقياسًا لكمية المادة. نعم ، والكتلة النسبية نفسها مُعرَّفة بطريقة أكثر شمولاً ، مما يترك إمكانية تفسير ، على سبيل المثال ، وجود جسيمات بدون كتلة. في الميكانيكا النسبية ، يتم إيلاء اهتمام خاص للطاقة بدلاً من الكتلة - أي أن العامل الرئيسي الذي يحدد أي جسم أو جسيم أولي هو طاقته أو زخمه. يمكن إيجاد الزخم باستخدام الصيغة التالية
ومع ذلك ، فإن الكتلة المتبقية للجسيم هي خاصية مهمة للغاية - قيمتها هي رقم صغير جدًا وغير مستقر ، لذلك يتم التعامل مع القياسات بأقصى سرعة ودقة. يمكن إيجاد الطاقة المتبقية للجسيم باستخدام الصيغة التالية
- على غرار نظريات نيوتن ، في نظام معزول ، تكون كتلة الجسم ثابتة ، أي لا تتغير بمرور الوقت. كما أنه لا يتغير عند الانتقال من ثاني أكسيد الكربون إلى آخر.
- لا يوجد على الإطلاق مقياس للقصور الذاتييتحرك الجسم.
- لا يتم تحديد الكتلة النسبية للجسم المتحرك بتأثير قوى الجاذبية عليه.
- إذا كانت كتلة الجسم تساوي صفرًا ، فيجب أن تتحرك بسرعة الضوء. العكس ليس صحيحًا - ليس فقط الجسيمات عديمة الكتلة يمكنها الوصول إلى سرعة الضوء.
- الطاقة الإجمالية للجسيم النسبي ممكنة باستخدام التعبير التالي:
طبيعة الكتلة
حتى وقت ما في العلم ، كان يُعتقد أن كتلة أي جسيم ترجع إلى الطبيعة الكهرومغناطيسية ، ولكن أصبح من المعروف الآن أنه بهذه الطريقة لا يمكن شرح سوى جزء صغير منه - الأساسي تتم المساهمة من خلال طبيعة التفاعلات القوية الناشئة عن الغلوونات. ومع ذلك ، لا يمكن لهذه الطريقة أن تفسر كتلة عشرات الجسيمات ، والتي لم يتم توضيح طبيعتها بعد.
زيادة الكتلة النسبية
يمكن التعبير عن نتيجة جميع النظريات والقوانين المذكورة أعلاه في عملية مفهومة إلى حد ما ، وإن كانت مفاجئة. إذا كان جسم ما يتحرك بالنسبة إلى آخر بأي سرعة ، فإن معاملاته ومعلمات الأجسام الموجودة بداخله ، إذا كان الجسم الأصلي عبارة عن نظام ، تتغير. بالطبع ، عند السرعات المنخفضة ، لن يكون هذا ملحوظًا عمليًا ، لكن هذا التأثير سيظل موجودًا.
يمكن للمرء أن يعطي مثالًا بسيطًا - نفاد وقت آخر في قطار يتحرك بسرعة 60 كم / ساعة. ثم ، وفقًا للصيغة التالية ، يتم حساب معامل تغيير المعلمة.
تم وصف هذه الصيغة أيضًا أعلاه. باستبدال جميع البيانات فيه (لـ c ≈ 1 109km / h) ، نحصل على النتيجة التالية:
من الواضح أن التغيير صغير للغاية ولا يغير الساعة بطريقة ملحوظة.
