En 1905, Albert Einstein a publié sa théorie de la relativité, qui a quelque peu changé la compréhension de la science sur le monde qui nous entoure. Sur la base de ses hypothèses, la formule de la masse relativiste a été obtenue.
Relativité restreinte
Le fait est que dans les systèmes qui se déplacent les uns par rapport aux autres, tous les processus se déroulent quelque peu différemment. En effet, cela se traduit par exemple par une augmentation de masse avec une augmentation de vitesse. Si la vitesse du système est bien inférieure à la vitesse de la lumière (υ << c=3 108), alors ces changements ne seront pratiquement pas perceptibles, car ils tendront vers zéro. Cependant, si la vitesse de déplacement est proche de la vitesse de la lumière (par exemple, égale à un dixième de celle-ci), des indicateurs tels que la masse corporelle, sa durée et la durée de tout processus changeront. En utilisant les formules suivantes, il est possible de calculer ces valeurs dans un référentiel mobile, y compris la masse d'une particule relativiste.
Ici l0, m0 et t0 - la longueur du corps, sa masse et le temps de traitement dans un système stationnaire, et υ est la vitesse de l'objet.
Selon la théorie d'Einstein, aucun corps ne peut accélérer plus vite que la vitesse de la lumière.
Masse au repos
La question de la masse au repos d'une particule relativiste se pose précisément dans la théorie de la relativité, lorsque la masse d'un corps ou d'une particule commence à changer en fonction de la vitesse. En conséquence, la masse au repos est la masse du corps qui, au moment de la mesure, est au repos (en l'absence de mouvement), c'est-à-dire que sa vitesse est nulle.
La masse relativiste d'un corps est l'un des principaux paramètres pour décrire le mouvement.
Principe de conformité
Après l'avènement de la théorie de la relativité d'Einstein, une révision de la mécanique newtonienne utilisée pendant plusieurs siècles s'imposait, qui ne pouvait plus être utilisée lorsque l'on considère des systèmes de référence se déplaçant à une vitesse comparable à la vitesse de la lumière. Par conséquent, il était nécessaire de modifier toutes les équations de la dynamique à l'aide des transformations de Lorentz - une modification des coordonnées d'un corps ou d'un point et du temps du processus lors de la transition entre des référentiels inertiels. La description de ces transformations est basée sur le fait que dans chaque référentiel inertiel toutes les lois physiques fonctionnent de manière égale et égale. Ainsi, les lois de la nature ne dépendent en rien du choix du référentiel.
À partir des transformations de Lorentz, le coefficient principal de la mécanique relativiste est exprimé, qui est décrit ci-dessus et s'appelle la lettre α.
Le principe de correspondance lui-même est assez simple - il dit que toute nouvelle théorie dans un cas particulier donnera les mêmes résultats queprécédent. Plus précisément, en mécanique relativiste, cela se traduit par le fait qu'à des vitesses bien inférieures à la vitesse de la lumière, les lois de la mécanique classique sont utilisées.
Particule relativiste
Une particule relativiste est une particule qui se déplace à une vitesse comparable à la vitesse de la lumière. Leur mouvement est décrit par la théorie restreinte de la relativité. Il existe même un groupe de particules dont l'existence n'est possible qu'en se déplaçant à la vitesse de la lumière - on les appelle particules sans masse ou simplement sans masse, car au repos leur masse est nulle, ce sont donc des particules uniques qui n'ont pas d'option analogue dans non -mécanique classique relativiste.
C'est-à-dire que la masse au repos d'une particule relativiste peut être nulle.
Une particule peut être qualifiée de relativiste si son énergie cinétique peut être comparée à l'énergie exprimée par la formule suivante.
Cette formule détermine la condition de vitesse requise.
L'énergie d'une particule peut également être supérieure à son énergie de repos - on les appelle ultrarelativistes.
Pour décrire le mouvement de telles particules, la mécanique quantique est utilisée dans le cas général et la théorie quantique des champs pour une description plus détaillée.
Apparence
Des particules similaires (à la fois relativistes et ultrarelativistes) dans leur forme naturelle n'existent que dans le rayonnement cosmique, c'est-à-dire le rayonnement dont la source est extérieure à la Terre, de nature électromagnétique. Ils sont créés artificiellement par l'homme.dans des accélérateurs spéciaux - avec leur aide, plusieurs dizaines de types de particules ont été trouvés, et cette liste est constamment mise à jour. Une telle installation est, par exemple, le Large Hadron Collider situé en Suisse.
Les électrons qui apparaissent pendant la désintégration β peuvent aussi parfois atteindre une vitesse suffisante pour les classer comme relativistes. La masse relativiste d'un électron peut également être trouvée en utilisant les formules indiquées.
Le concept de masse
La masse en mécanique newtonienne a plusieurs propriétés obligatoires:
- L'attraction gravitationnelle des corps découle de leur masse, c'est-à-dire qu'elle en dépend directement.
- La masse du corps ne dépend pas du choix du système de référence et ne change pas quand il change.
- L'inertie d'un corps se mesure par sa masse.
- Si le corps est dans un système dans lequel aucun processus ne se produit et qui est fermé, alors sa masse ne changera pratiquement pas (sauf pour le transfert par diffusion, qui est très lent pour les solides).
- La masse d'un corps composé est constituée des masses de ses parties individuelles.
Principes de relativité
Principe galiléen de relativité
Ce principe a été formulé pour la mécanique non relativiste et s'exprime comme suit: que les systèmes soient au repos ou qu'ils effectuent un mouvement, tous les processus qui s'y déroulent se déroulent de la même manière.
Principe de relativité d'Einstein
Ce principe repose sur deux postulats:
- Principe de relativité de Galiléeest également utilisé dans ce cas. Autrement dit, dans n'importe quel CO, absolument toutes les lois de la nature fonctionnent de la même manière.
- La vitesse de la lumière est absolument toujours et dans tous les systèmes de référence la même, quelle que soit la vitesse de la source lumineuse et de l'écran (récepteur de lumière). Pour prouver ce fait, un certain nombre d'expériences ont été menées, ce qui a pleinement confirmé la supposition initiale.
La masse en mécanique relativiste et newtonienne
Contrairement à la mécanique newtonienne, dans la théorie relativiste, la masse ne peut pas être une mesure de la quantité de matière. Oui, et la masse relativiste elle-même est définie d'une manière plus extensive, ce qui permet d'expliquer, par exemple, l'existence de particules sans masse. Dans la mécanique relativiste, une attention particulière est accordée à l'énergie plutôt qu'à la masse - c'est-à-dire que le principal facteur qui détermine tout corps ou particule élémentaire est son énergie ou sa quantité de mouvement. L'élan peut être trouvé en utilisant la formule suivante
Cependant, la masse au repos d'une particule est une caractéristique très importante - sa valeur est un nombre très petit et instable, de sorte que les mesures sont abordées avec une vitesse et une précision maximales. L'énergie au repos d'une particule peut être trouvée à l'aide de la formule suivante
- Semblable aux théories de Newton, dans un système isolé, la masse d'un corps est constante, c'est-à-dire qu'elle ne change pas avec le temps. Il ne change pas non plus lors du passage d'un CO à un autre.
- Il n'y a absolument aucune mesure d'inertiecorps en mouvement.
- La masse relativiste d'un corps en mouvement n'est pas déterminée par l'influence des forces gravitationnelles sur lui.
- Si la masse d'un corps est nulle, alors il doit se déplacer à la vitesse de la lumière. L'inverse n'est pas vrai - non seulement les particules sans masse peuvent atteindre la vitesse de la lumière.
- L'énergie totale d'une particule relativiste est possible en utilisant l'expression suivante:
Nature de la masse
Jusqu'à un certain temps dans la science, on croyait que la masse de toute particule était due à la nature électromagnétique, mais maintenant on sait que de cette façon, il est possible d'expliquer seulement une petite partie de celle-ci - la principale contribution est apportée par la nature des interactions fortes issues des gluons. Cependant, cette méthode ne permet pas d'expliquer la masse d'une dizaine de particules dont la nature n'a pas encore été élucidée.
Augmentation de masse relativiste
Le résultat de tous les théorèmes et lois décrits ci-dessus peut être exprimé dans un processus assez compréhensible, bien que surprenant. Si un corps se déplace par rapport à un autre à n'importe quelle vitesse, alors ses paramètres et les paramètres des corps à l'intérieur, si le corps d'origine est un système, changent. Bien sûr, à basse vitesse, cela ne sera pratiquement pas perceptible, mais cet effet sera toujours présent.
On peut donner un exemple simple - un autre manque de temps dans un train roulant à une vitesse de 60 km/h. Ensuite, selon la formule suivante, le coefficient de changement de paramètre est calculé.
Cette formule a également été décrite ci-dessus. En y substituant toutes les données (pour c ≈ 1 109 km/h), on obtient le résultat suivant:
De toute évidence, le changement est extrêmement faible et ne modifie pas l'horloge de manière perceptible.
