ในปี 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา ซึ่งค่อนข้างเปลี่ยนความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลกรอบตัวเรา จากสมมติฐานของเขา เขาได้สูตรสำหรับมวลสัมพัทธภาพ
ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ
ประเด็นทั้งหมดคือในระบบที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน กระบวนการใดๆ จะดำเนินการค่อนข้างแตกต่างออกไปบ้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้แสดงออกมาในมวลที่เพิ่มขึ้นด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น หากความเร็วของระบบน้อยกว่าความเร็วแสงมาก (υ << c=3 108) การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะไม่สังเกตเห็นได้ชัดเจน เนื่องจากมักจะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม หากความเร็วของการเคลื่อนที่ใกล้เคียงกับความเร็วของแสง (เช่น เท่ากับหนึ่งในสิบของความเร็วแสง) ตัวบ่งชี้เช่น มวลกาย ความยาว และเวลาของกระบวนการใดๆ จะเปลี่ยนไป การใช้สูตรต่อไปนี้ทำให้สามารถคำนวณค่าเหล่านี้ในหน้าต่างอ้างอิงที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งรวมถึงมวลของอนุภาคสัมพัทธภาพ
ที่นี่ l0, m0 และ t0 - ความยาวลำตัว มวลของมัน และเวลาดำเนินการในระบบนิ่ง และ υ คือความเร็วของวัตถุ
ตามทฤษฎีของไอน์สไตน์ ไม่มีร่างกายใดเร่งความเร็วได้เร็วกว่าความเร็วแสง
มวลพักผ่อน
คำถามเกี่ยวกับมวลที่เหลือของอนุภาคสัมพัทธภาพเกิดขึ้นอย่างแม่นยำในทฤษฎีสัมพัทธภาพ เมื่อมวลของร่างกายหรืออนุภาคเริ่มเปลี่ยนแปลงไปตามความเร็ว ดังนั้นมวลส่วนที่เหลือคือมวลของร่างกายซึ่งในขณะที่ทำการวัดอยู่นิ่ง (ในกรณีที่ไม่มีการเคลื่อนไหว) นั่นคือความเร็วของมันคือศูนย์
มวลสัมพัทธภาพของร่างกายเป็นหนึ่งในตัวแปรหลักในการอธิบายการเคลื่อนไหว
หลักการสอดคล้อง
หลังจากการถือกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ จำเป็นต้องมีการแก้ไขกลศาสตร์ของนิวตันซึ่งใช้เวลาหลายศตวรรษ ซึ่งไม่สามารถนำมาใช้อีกต่อไปเมื่อพิจารณาระบบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เทียบได้กับความเร็วแสง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนสมการไดนามิกทั้งหมดโดยใช้การแปลงลอเรนซ์ - การเปลี่ยนแปลงพิกัดของร่างกายหรือจุดและเวลาของกระบวนการระหว่างการเปลี่ยนแปลงระหว่างกรอบอ้างอิงเฉื่อย คำอธิบายของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าในแต่ละกรอบอ้างอิงเฉื่อยกฎทางกายภาพทั้งหมดทำงานอย่างเท่าเทียมกันและเท่าเทียมกัน ดังนั้น กฎแห่งธรรมชาติจึงไม่ขึ้นอยู่กับการเลือกกรอบอ้างอิง
จากการแปลงลอเรนซ์ สัมประสิทธิ์หลักของกลศาสตร์สัมพัทธภาพจะถูกแสดง ซึ่งอธิบายไว้ข้างต้นและเรียกว่าตัวอักษร α
หลักการโต้ตอบนั้นค่อนข้างง่าย - มันบอกว่าทฤษฎีใหม่ในบางกรณีจะให้ผลลัพธ์เช่นเดียวกับก่อนหน้า. โดยเฉพาะในกลศาสตร์สัมพัทธภาพ สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นโดยข้อเท็จจริงที่ว่าที่ความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วแสงมาก กฎของกลไกแบบคลาสสิกถูกนำมาใช้
อนุภาคสัมพัทธภาพ
อนุภาคสัมพัทธภาพคืออนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเทียบเท่าความเร็วแสง การเคลื่อนที่ของพวกมันอธิบายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ มีแม้กระทั่งกลุ่มของอนุภาคที่มีการดำรงอยู่ได้ก็ต่อเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงเท่านั้น - สิ่งเหล่านี้เรียกว่าอนุภาคที่ไม่มีมวลหรือไม่มีมวลเพียงเพราะเมื่ออยู่นิ่งมวลของพวกมันจะเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงเป็นอนุภาคพิเศษที่ไม่มีตัวเลือกที่คล้ายคลึงกันในอนุภาคที่ไม่ใช่ -สัมพัทธภาพ กลศาสตร์คลาสสิค.
นั่นคือมวลที่เหลือของอนุภาคสัมพัทธภาพสามารถเป็นศูนย์ได้
อนุภาคสามารถเรียกได้ว่าเป็นสัมพัทธภาพถ้าพลังงานจลน์ของมันสามารถเปรียบเทียบกับพลังงานที่แสดงโดยสูตรต่อไปนี้
สูตรนี้กำหนดเงื่อนไขความเร็วที่ต้องการ
พลังงานของอนุภาคสามารถมีมากกว่าพลังงานนิ่ง - สิ่งเหล่านี้เรียกว่าความสัมพันธ์แบบพิเศษ
เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคดังกล่าว กลศาสตร์ควอนตัมถูกใช้ในกรณีทั่วไปและทฤษฎีสนามควอนตัมเพื่อให้คำอธิบายที่กว้างขวางยิ่งขึ้น
ลักษณะที่ปรากฏ
อนุภาคที่คล้ายกัน (ทั้งแบบสัมพัทธภาพและความสัมพันธ์แบบพิเศษ) ในรูปแบบธรรมชาติของพวกมันมีอยู่ในรังสีคอสมิกเท่านั้น กล่าวคือ รังสีที่มีแหล่งกำเนิดอยู่นอกโลก ซึ่งเป็นลักษณะแม่เหล็กไฟฟ้า พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์ในคันเร่งพิเศษ - ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาพบอนุภาคหลายประเภทและรายการนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง สิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าวคือ Large Hadron Collider ที่ตั้งอยู่ในสวิตเซอร์แลนด์
อิเลคตรอนที่ปรากฏระหว่างการสลายตัวของ β ในบางครั้งอาจมีความเร็วเพียงพอที่จะจัดประเภทเป็นสัมพัทธภาพ นอกจากนี้ยังสามารถหามวลสัมพัทธภาพของอิเล็กตรอนได้โดยใช้สูตรที่ระบุ
แนวคิดเรื่องมวล
มวลในกลศาสตร์ของนิวตันมีคุณสมบัติบังคับหลายประการ:
- แรงดึงดูดของร่างกายเกิดขึ้นจากมวล นั่นคือขึ้นอยู่กับมันโดยตรง
- มวลของร่างกายไม่ได้ขึ้นอยู่กับทางเลือกของระบบอ้างอิงและไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีการเปลี่ยนแปลง
- ความเฉื่อยของร่างกายวัดจากมวลของมัน
- ถ้าร่างกายอยู่ในระบบที่ไม่มีกระบวนการเกิดขึ้นและถูกปิด มวลของมันจะไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ (ยกเว้นการแพร่แพร่ซึ่งช้ามากสำหรับของแข็ง)
- มวลของตัวประกอบประกอบด้วยมวลของส่วนประกอบแต่ละส่วน
หลักการสัมพัทธภาพ
ทฤษฎีสัมพัทธภาพกาลิเลียน
หลักการนี้จัดทำขึ้นสำหรับกลไกที่ไม่สัมพันธ์กันและแสดงดังนี้: ไม่ว่าระบบจะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนไหวหรือไม่ก็ตาม กระบวนการทั้งหมดในกลไกนั้นดำเนินไปในลักษณะเดียวกัน
ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์
หลักการนี้มีพื้นฐานมาจากสองสมมุติฐาน:
- ทฤษฎีสัมพัทธภาพของกาลิเลโอใช้ในกรณีนี้ด้วย นั่นคือในทุก CO กฎของธรรมชาติทั้งหมดทำงานในลักษณะเดียวกันอย่างแน่นอน
- ความเร็วของแสงจะเสมอกันและในทุกระบบอ้างอิงจะเท่ากัน โดยไม่คำนึงถึงความเร็วของแหล่งกำเนิดแสงและหน้าจอ (ตัวรับแสง) เพื่อพิสูจน์ข้อเท็จจริงนี้ มีการทดลองหลายครั้งซึ่งยืนยันการเดาเบื้องต้นอย่างครบถ้วน
มวลในกลศาสตร์สัมพัทธภาพและนิวโทเนียน
ในทางทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งต่างจากกลศาสตร์ของนิวตัน มวลไม่สามารถเป็นตัววัดปริมาณของวัสดุได้ ใช่ และมวลสัมพัทธภาพเองก็ถูกกำหนดไว้อย่างครอบคลุมมากขึ้น ทำให้สามารถอธิบายได้ เช่น การมีอยู่ของอนุภาคที่ไม่มีมวล ในกลศาสตร์สัมพัทธภาพ ความสนใจเป็นพิเศษจะจ่ายให้กับพลังงานมากกว่ามวล นั่นคือปัจจัยหลักที่กำหนดวัตถุหรืออนุภาคมูลฐานใดๆ คือพลังงานหรือโมเมนตัมของมัน สามารถหาโมเมนตัมได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้
อย่างไรก็ตาม มวลที่เหลือของอนุภาคเป็นคุณลักษณะที่สำคัญมาก - ค่าของมันเป็นตัวเลขที่น้อยมากและไม่เสถียร ดังนั้นจึงเข้าใกล้การวัดด้วยความเร็วและความแม่นยำสูงสุด พลังงานที่เหลือของอนุภาคสามารถพบได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้
- คล้ายกับทฤษฎีของนิวตัน ในระบบที่แยกออกมา มวลของร่างกายคงที่ กล่าวคือ ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา นอกจากนี้ยังไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อย้ายจาก CO หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
- ไม่มีการวัดความเฉื่อยเคลื่อนไหวร่างกาย
- มวลสัมพัทธภาพของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ไม่ได้ถูกกำหนดโดยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อมัน
- ถ้ามวลของร่างกายเป็นศูนย์ ก็จะต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง บทสนทนาไม่เป็นความจริง ไม่เพียงแต่อนุภาคไร้มวลเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงความเร็วแสงได้
- พลังงานทั้งหมดของอนุภาคสัมพัทธภาพเป็นไปได้โดยใช้นิพจน์ต่อไปนี้:
ธรรมชาติของมวล
วิทยาศาสตร์เชื่อกันว่ามวลของอนุภาคใด ๆ นั้นเกิดจากธรรมชาติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จนถึงขณะนี้เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าด้วยวิธีนี้สามารถอธิบายได้เพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น - หลัก การมีส่วนร่วมเกิดขึ้นโดยธรรมชาติของปฏิกิริยารุนแรงที่เกิดจากกลูออน อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่สามารถอธิบายมวลของอนุภาคโหลได้ ซึ่งธรรมชาตินั้นยังไม่สามารถอธิบายได้
การเพิ่มขึ้นของมวลสัมพัทธภาพ
ผลของทฤษฎีบทและกฎหมายทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นสามารถแสดงออกมาเป็นกระบวนการที่เข้าใจได้ค่อนข้างดี แม้ว่าจะน่าแปลกใจก็ตาม หากวัตถุหนึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กับอีกวัตถุหนึ่งที่ความเร็วใดๆ พารามิเตอร์และพารามิเตอร์ของวัตถุภายใน หากวัตถุดั้งเดิมเป็นระบบ ให้เปลี่ยน แน่นอน ที่ความเร็วต่ำ สิ่งนี้จะมองไม่เห็นในทางปฏิบัติ แต่เอฟเฟกต์นี้จะยังคงปรากฏอยู่
ยกตัวอย่างง่ายๆ อีกเรื่องคือ รถไฟที่กำลังแล่นด้วยความเร็ว 60 กม./ชม. กำลังจะหมด จากนั้น ตามสูตรต่อไปนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์จะถูกคำนวณ
สูตรนี้อธิบายไว้ข้างต้นด้วย แทนที่ข้อมูลทั้งหมดลงในนั้น (สำหรับ c ≈ 1 109 km/h) เราจะได้ผลลัพธ์ต่อไปนี้:
เห็นได้ชัดว่าการเปลี่ยนแปลงนั้นเล็กมากและไม่เปลี่ยนนาฬิกาในลักษณะที่เห็นได้ชัดเจน