1905 онд Альберт Эйнштейн харьцангуйн онолоо нийтэлсэн нь бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийн талаарх шинжлэх ухааны ойлголтыг бага зэрэг өөрчилсөн юм. Түүний таамаглалд үндэслэн харьцангуй массын томьёог олж авсан.
Харьцангуйн онол
Гол нь бие биентэйгээ харьцангуй хөдөлж буй системд аливаа үйл явц арай өөрөөр явагддагт оршино. Тодруулбал, энэ нь жишээлбэл, хурд нэмэгдэхийн хэрээр массын өсөлтөөр илэрхийлэгддэг. Хэрэв системийн хурд нь гэрлийн хурдаас хамаагүй бага бол (υ << c=3 108), тэглэх хандлагатай тул эдгээр өөрчлөлтүүд бараг мэдэгдэхүйц биш байх болно. Гэсэн хэдий ч хөдөлгөөний хурд нь гэрлийн хурдтай ойролцоо байвал (жишээлбэл, түүний аравны нэгтэй тэнцүү) биеийн жин, түүний урт, аливаа үйл явцын хугацаа зэрэг үзүүлэлтүүд өөрчлөгдөнө. Дараах томьёог ашиглан харьцангуйн бөөмийн массыг оролцуулан хөдөлгөөнт лавлагааны хүрээнд эдгээр утгыг тооцоолох боломжтой.
Энд l0, m0 ба t0 - биеийн урт, түүний масс хөдөлгөөнгүй систем дэх процессын хугацаа ба υ нь объектын хурд юм.
Эйнштейний онолоор ямар ч бие гэрлийн хурдаас илүү хурдалж чадахгүй.
Амралтын масс
Харьцангуй бөөмийн тайван массын тухай асуудал харьцангуйн онолд яг бие юм уу бөөмийн масс хурдаас хамаарч өөрчлөгдөж эхлэх үед үүсдэг. Үүний дагуу амрах масс нь хэмжилт хийх үед тайван байдалд байгаа (хөдөлгөөнгүй үед) биеийн жин юм, өөрөөр хэлбэл хурд нь тэг байна.
Биеийн харьцангуй масс нь хөдөлгөөнийг дүрслэх гол үзүүлэлтүүдийн нэг юм.
Тохирлын зарчим
Эйнштейний харьцангуйн онол гарч ирсний дараа гэрлийн хурдтай харьцуулахуйц хурдтай хөдөлж буй жишиг системүүдийг авч үзэхэд цаашид ашиглах боломжгүй болсон Ньютоны механикийг хэдэн зуун жилийн турш шинэчлэн засварлах шаардлагатай болсон. Тиймээс Лоренцын хувиргалтуудыг ашиглан динамикийн бүх тэгшитгэлийг өөрчлөх шаардлагатай болсон - бие махбодийн координат эсвэл инерциал тооллын систем хоорондын шилжилтийн явцад үйл явцын цэг, цаг хугацааны өөрчлөлт. Эдгээр хувиргалтыг тайлбарлах нь инерцийн лавлагааны систем бүрт бүх физик хуулиуд ижил бөгөөд тэнцүү ажилладаг гэсэн баримт дээр суурилдаг. Тиймээс байгалийн хуулиуд нь лавлагааны хүрээний сонголтоос ямар ч хамааралгүй юм.
Лоренцын хувиргалтаас харьцангуй механикийн үндсэн коэффициентийг дээр дурдсан бөгөөд үүнийг α үсэг гэж нэрлэдэг.
Харилцааны зарчим нь өөрөө маш энгийн бөгөөд тодорхой тохиолдолд аливаа шинэ онол нь үүнтэй ижил үр дүнг өгнө гэж хэлдэг.өмнөх. Тодруулбал, харьцангуй механикийн хувьд гэрлийн хурдаас хамаагүй бага хурдтай үед сонгодог механикийн хуулиудыг ашигладаг нь үүнийг харуулж байна.
Харьцангуй бөөмс
Харьцангуй бөөмс нь гэрлийн хурдтай дүйцэхүйц хурдтай хөдөлдөг бөөмс юм. Тэдний хөдөлгөөнийг харьцангуйн тусгай онолоор тодорхойлдог. Зөвхөн гэрлийн хурдаар хөдөлж байх үед л оршин тогтнох боломжтой бөөмсийн бүлэг байдаг - эдгээрийг массгүй эсвэл зүгээр л массгүй бөөмс гэж нэрлэдэг, учир нь тайван байдалд масс нь тэг байдаг тул эдгээр нь үүнтэй ижил төстэй сонголтгүй өвөрмөц бөөмс юм. -харьцангуй, сонгодог механик.
Өөрөөр хэлбэл харьцангуй бөөмийн үлдсэн масс тэг байж болно.
Бөөмийн кинетик энергийг дараах томъёогоор илэрхийлсэн энергитэй харьцуулж үзвэл түүнийг харьцангуй гэж нэрлэж болно.
Энэ томьёо нь шаардлагатай хурдны нөхцлийг тодорхойлдог.
Бөөмийн энерги нь түүний тайван энергиэс ч их байж болно - эдгээрийг хэт релятивист гэж нэрлэдэг.
Иймэрхүү бөөмсийн хөдөлгөөнийг тодорхойлохын тулд ерөнхий тохиолдолд квант механик, илүү өргөн хүрээтэй тайлбарлахын тулд квант талбайн онолыг ашигладаг.
Гадаад төрх
Ижил төстэй бөөмс (харьцангуй болон хэт харьцангуй) байгалийн хэлбэрээрээ зөвхөн сансрын цацрагт, өөрөөр хэлбэл эх үүсвэр нь дэлхийн гадна байдаг цахилгаан соронзон шинж чанартай цацрагт байдаг. Тэдгээрийг хүн зохиомлоор бүтээдэг.тусгай хурдасгуурт - тэдгээрийн тусламжтайгаар хэдэн арван төрлийн бөөмс олдсон бөгөөд энэ жагсаалтыг байнга шинэчилж байдаг. Ийм байгууламж нь жишээлбэл, Швейцарьт байрладаг Том Адрон Коллайдер юм.
β задралын үед гарч ирдэг электронууд заримдаа харьцангуй хурдтай байж, харьцангуй хурдтай байдаг. Мөн заасан томъёог ашиглан электроны харьцангуй массыг олж болно.
Масын тухай ойлголт
Ньютоны механик дахь масс нь хэд хэдэн заавал шинж чанартай байдаг:
- Биеийн таталцал нь массаас нь үүсдэг, өөрөөр хэлбэл үүнээс шууд хамаардаг.
- Биеийн масс нь жишиг системийн сонголтоос хамаардаггүй бөгөөд өөрчлөгдөх үед өөрчлөгддөггүй.
- Биеийн инерцийг массаар нь хэмждэг.
- Хэрэв бие нь ямар ч процесс явагдахгүй, хаалттай системд байгаа бол түүний масс нь бараг өөрчлөгдөхгүй (хатуу бодисын хувьд маш удаан байдаг диффузийн дамжуулалтыг эс тооцвол).
- Нийлмэл биеийн масс нь түүний салангид хэсгүүдийн массаас бүрдэнэ.
Харьцангуйн зарчмууд
Харьцангуйн Галилийн зарчим
Энэ зарчмыг харьцангуй бус механикт зориулж томъёолсон бөгөөд дараах байдлаар илэрхийлэгддэг: системүүд амарч байгаа эсэх, ямар нэгэн хөдөлгөөн хийсэн эсэхээс үл хамааран тэдгээрийн доторх бүх үйл явц ижилхэн явагддаг.
Эйнштейний харьцангуйн зарчим
Энэ зарчим нь хоёр постулат дээр суурилдаг:
- Галилейгийн харьцангуйн онолын зарчимЭнэ тохиолдолд бас ашиглагддаг. Энэ нь ямар ч CO-д байгалийн бүх хууль яг адилхан ажилладаг.
- Гэрлийн хурд нь гэрлийн эх үүсвэр болон дэлгэцийн (гэрлийн хүлээн авагч) хурдаас үл хамааран бүх лавлах системд үргэлж ижил байдаг. Энэ баримтыг нотлохын тулд хэд хэдэн туршилт хийсэн нь анхны таамаглалыг бүрэн баталгаажуулсан.
Харьцангуй болон Ньютоны механик дахь масс
Ньютоны механикаас ялгаатай нь харьцангуйн онолд масс нь материалын хэмжээг хэмжих хэмжүүр болж чадахгүй. Тиймээ, харьцангуй масс нь өөрөө илүү өргөн хүрээтэй байдлаар тодорхойлогддог бөгөөд жишээлбэл, массгүй бөөмс байдаг гэдгийг тайлбарлах боломжтой болгодог. Харьцангуй механикийн хувьд массаас илүү энергид онцгой анхаарал хандуулдаг - өөрөөр хэлбэл аливаа бие эсвэл элементийн бөөмсийг тодорхойлдог гол хүчин зүйл нь түүний энерги эсвэл импульс юм. Импульсийг дараах томьёог ашиглан олж болно
Гэсэн хэдий ч бөөмийн үлдсэн масс нь маш чухал шинж чанар бөгөөд түүний утга нь маш бага бөгөөд тогтворгүй тоо тул хэмжилтийг хамгийн дээд хурд, нарийвчлалтайгаар хийдэг. Бөөмийн үлдсэн энергийг дараах томъёогоор олно
- Ньютоны онолуудтай адил тусгаарлагдсан системд биеийн масс тогтмол, өөрөөр хэлбэл цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй. Энэ нь бас нэг СО-оос нөгөөд шилжихэд өөрчлөгддөггүй.
- Инерцийн хэмжүүр огт байхгүйхөдөлж буй бие.
- Хөдөлгөөнт биеийн харьцангуй масс нь түүнд үзүүлэх таталцлын хүчний нөлөөгөөр тодорхойлогддоггүй.
- Хэрэв биеийн масс тэг бол гэрлийн хурдаар хөдлөх ёстой. Эсрэг заалт нь үнэн биш - зөвхөн массгүй бөөмс гэрлийн хурдад хүрч чаддаггүй.
- Харьцангуй бөөмийн нийт энергийг дараах илэрхийллийг ашиглан гаргаж болно:
Масын мөн чанар
Шинжлэх ухаанд хэсэг үеийг хүртэл аливаа бөөмийн масс нь цахилгаан соронзон шинж чанараас шалтгаална гэж үздэг байсан бол өдийд ийм байдлаар түүний зөвхөн багахан хэсгийг тайлбарлах боломжтой болох нь тогтоогдсон. Глюонуудаас үүссэн хүчтэй харилцан үйлчлэлийн шинж чанар нь хувь нэмэр оруулдаг. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь мөн чанарыг хараахан тодруулаагүй байгаа хэдэн арван бөөмийн массыг тайлбарлаж чадахгүй.
Харьцангуй массын өсөлт
Дээр дурдсан бүх теоремууд болон хуулиудын үр дүнг нэлээд ойлгомжтой, гэхдээ гайхмаар үйл явцаар илэрхийлж болно. Хэрэв нэг бие нөгөө биетэйгээ харьцангуй ямар ч хурдтайгаар хөдөлдөг бол түүний параметрүүд болон доторх биетүүдийн параметрүүд, хэрэв анхны бие нь систем бол өөрчлөгддөг. Мэдээжийн хэрэг, бага хурдтай үед энэ нь бараг мэдэгдэхүйц биш боловч энэ нөлөө хэвээр байх болно.
Нэг энгийн жишээг дурдаж болно - 60 км/цагийн хурдтай явж буй галт тэрэгний өөр нэг цаг хугацаа дуусч байна. Дараа нь дараах томъёоны дагуу параметрийн өөрчлөлтийн коэффициентийг тооцно.
Энэ томьёог мөн дээр тайлбарласан. Үүнд бүх өгөгдлийг орлуулснаар (c ≈ 1 109 км/ц-д) бид дараах үр дүнг авна:
Өөрчлөлт нь маш бага бөгөөд цагийг мэдэгдэхүйц өөрчлөхгүй нь ойлгомжтой.
