1905 թվականին Ալբերտ Էյնշտեյնը հրապարակեց իր հարաբերականության տեսությունը, որը որոշ չափով փոխեց գիտության պատկերացումները մեզ շրջապատող աշխարհի մասին: Նրա ենթադրությունների հիման վրա ստացվել է հարաբերական զանգվածի բանաձևը։
Հատուկ Հարաբերականություն
Ամբողջ հարցն այն է, որ միմյանց համեմատ շարժվող համակարգերում ցանկացած գործընթաց փոքր-ինչ այլ կերպ է ընթանում: Մասնավորապես, դա արտահայտվում է, օրինակ, արագության աճով զանգվածի աճով։ Եթե համակարգի արագությունը շատ ավելի փոքր է, քան լույսի արագությունը (υ << c=3 108), ապա այդ փոփոխությունները գործնականում նկատելի չեն լինի, քանի որ դրանք հակված են զրոյի: Այնուամենայնիվ, եթե շարժման արագությունը մոտ է լույսի արագությանը (օրինակ, հավասար է դրա մեկ տասներորդին), ապա կփոխվեն այնպիսի ցուցանիշներ, ինչպիսիք են մարմնի զանգվածը, դրա երկարությունը և ցանկացած գործընթացի ժամանակը: Օգտագործելով հետևյալ բանաձևերը՝ հնարավոր է հաշվարկել այս արժեքները շարժվող հղման շրջանակում՝ ներառյալ հարաբերական մասնիկի զանգվածը:
Ահա l0, m0 և t0 - մարմնի երկարությունը, դրա զանգվածը և գործընթացի ժամանակը անշարժ համակարգում, և υ-ն օբյեկտի արագությունն է։
Ըստ Էյնշտեյնի տեսության՝ ոչ մի մարմին չի կարող արագանալ լույսի արագությունից ավելի արագ։
Հանգստի զանգված
Ռելյատիվիստական մասնիկի մնացած զանգվածի հարցը ծագում է հենց հարաբերականության տեսության մեջ, երբ մարմնի կամ մասնիկի զանգվածը սկսում է փոխվել՝ կախված արագությունից: Ըստ այդմ, հանգստի զանգվածը մարմնի զանգվածն է, որը չափման պահին գտնվում է հանգստի վիճակում (շարժման բացակայության դեպքում), այսինքն՝ նրա արագությունը զրո է։
Մարմնի հարաբերական զանգվածը շարժումը նկարագրելու հիմնական պարամետրերից մեկն է։
Համապատասխանության սկզբունք
Էյնշտեյնի հարաբերականության տեսության հայտնվելուց հետո պահանջվեց մի քանի դար օգտագործված Նյուտոնյան մեխանիկայի որոշ վերանայում, որն այլևս չէր կարող օգտագործվել լույսի արագությանը համեմատելի արագությամբ շարժվող հղման համակարգերը դիտարկելիս: Հետևաբար, անհրաժեշտ էր փոխել դինամիկայի բոլոր հավասարումները՝ օգտագործելով Լորենցի փոխակերպումները՝ մարմնի կամ կետի կոորդինատների և գործընթացի ժամանակի փոփոխություն՝ իներցիոն հղման համակարգերի միջև անցման ժամանակ։ Այս փոխակերպումների նկարագրությունը հիմնված է այն փաստի վրա, որ յուրաքանչյուր իներցիոն հղման համակարգում բոլոր ֆիզիկական օրենքները գործում են հավասար և հավասար։ Այսպիսով, բնության օրենքները ոչ մի կերպ կախված չեն հղման շրջանակի ընտրությունից:
Լորենցի փոխակերպումներից արտահայտվում է հարաբերական մեխանիկայի հիմնական գործակիցը, որը նկարագրված է վերևում և կոչվում է α տառ:
Համապատասխանության սկզբունքն ինքնին բավականին պարզ է. այն ասում է, որ ցանկացած նոր տեսություն որոշակի դեպքում կտա նույն արդյունքները, ինչնախորդ. Մասնավորապես, հարաբերական մեխանիկայի մեջ դա արտացոլվում է նրանով, որ լույսի արագությունից շատ ավելի փոքր արագությունների դեպքում օգտագործվում են դասական մեխանիկայի օրենքները:
Ռելյատիվիստական մասնիկ
Ռելյատիվիստական մասնիկն այն մասնիկն է, որը շարժվում է լույսի արագությանը համեմատելի արագությամբ: Նրանց շարժումը նկարագրվում է հարաբերականության հատուկ տեսությամբ։ Գոյություն ունի նույնիսկ մի խումբ մասնիկներ, որոնց գոյությունը հնարավոր է միայն լույսի արագությամբ շարժվելիս. դրանք կոչվում են առանց զանգվածի կամ պարզապես զանգվածային մասնիկներ, քանի որ հանգստի ժամանակ դրանց զանգվածը զրոյական է, հետևաբար սրանք եզակի մասնիկներ են, որոնք չունեն նման տարբերակ: -ռելյատիվիստական, դասական մեխանիկա.
Այսինքն՝ հարաբերական մասնիկի մնացած զանգվածը կարող է զրո լինել։
Մի մասնիկը կարելի է անվանել հարաբերական, եթե նրա կինետիկ էներգիան կարելի է համեմատել հետևյալ բանաձևով արտահայտված էներգիայի հետ։
Այս բանաձևը որոշում է արագության պահանջվող պայմանը:
Մասնիկի էներգիան կարող է նաև ավելի մեծ լինել, քան նրա հանգստի էներգիան, դրանք կոչվում են ուլտրարելատիվիստական:
Նման մասնիկների շարժումը նկարագրելու համար ընդհանուր դեպքում օգտագործվում է քվանտային մեխանիկա, իսկ դաշտի քվանտային տեսությունը՝ ավելի ընդարձակ նկարագրության համար:
Արտաքին տեսք
Նման մասնիկներ (ինչպես հարաբերական, այնպես էլ ուլտրառելյատիվիստական) իրենց բնական տեսքով գոյություն ունեն միայն տիեզերական ճառագայթման մեջ, այսինքն՝ ճառագայթման, որի աղբյուրը գտնվում է Երկրից դուրս՝ էլեկտրամագնիսական բնույթի։ Դրանք արհեստականորեն ստեղծված են մարդու կողմից։հատուկ արագացուցիչներում - դրանց օգնությամբ հայտնաբերվել են մի քանի տասնյակ տեսակի մասնիկներ, և այս ցանկը մշտապես թարմացվում է։ Նման հաստատություն է, օրինակ, Մեծ հադրոնային կոլայդերը, որը գտնվում է Շվեյցարիայում։
Էլեկտրոնները, որոնք հայտնվում են β-քայքայման ժամանակ, կարող են նաև երբեմն հասնել բավարար արագության՝ դրանք դասակարգելու որպես հարաբերական: Էլեկտրոնի հարաբերական զանգվածը կարելի է գտնել նաև նշված բանաձևերի միջոցով։
Զանգվածի հասկացությունը
Զանգվածը նյուտոնյան մեխանիկայի մեջ ունի մի քանի պարտադիր հատկություն.
- Մարմինների գրավիտացիոն ձգողականությունը առաջանում է նրանց զանգվածից, այսինքն՝ ուղղակիորեն կախված է դրանից։
- Մարմնի զանգվածը կախված չէ հղման համակարգի ընտրությունից և չի փոխվում, երբ այն փոխվում է։
- Մարմնի իներցիան չափվում է զանգվածով։
- Եթե մարմինը գտնվում է համակարգում, որտեղ գործընթացներ չեն լինում և որը փակ է, ապա դրա զանգվածը գործնականում չի փոխվի (բացառությամբ դիֆուզիոն փոխանցման, որը շատ դանդաղ է պինդ մարմինների համար):
- Բարդ մարմնի զանգվածը կազմված է նրա առանձին մասերի զանգվածներից։
Հարաբերականության սկզբունքներ
Գալիլեյան հարաբերականության սկզբունք
Այս սկզբունքը ձևակերպվել է ոչ ռելյատիվիստական մեխանիկայի համար և արտահայտվում է հետևյալ կերպ. անկախ նրանից՝ համակարգերը հանգստանում են, թե նրանք որևէ շարժում են կատարում, նրանցում բոլոր գործընթացներն ընթանում են նույն կերպ։
Էյնշտեյնի հարաբերականության սկզբունքը
Այս սկզբունքը հիմնված է երկու պոստուլատների վրա՝
- Գալիլեոյի հարաբերականության սկզբունքըօգտագործվում է նաև այս դեպքում։ Այսինքն՝ ցանկացած CO-ում բնության բոլոր օրենքները գործում են նույն կերպ։
- Լույսի արագությունը բացարձակապես միշտ և բոլոր տեղեկատու համակարգերում նույնն է՝ անկախ լույսի աղբյուրի և էկրանի (լույսի ընդունիչ) արագությունից։ Այս փաստն ապացուցելու համար մի շարք փորձեր են իրականացվել, որոնք լիովին հաստատել են նախնական ենթադրությունը։
Զանգվածը հարաբերականության և Նյուտոնի մեխանիկայի մեջ
Ի տարբերություն Նյուտոնի մեխանիկայի, հարաբերականության տեսության մեջ զանգվածը չի կարող նյութի քանակի չափանիշ լինել: Այո, և հարաբերական զանգվածն ինքնին որոշվում է ավելի ընդարձակ ձևով, ինչը թույլ է տալիս բացատրել, օրինակ, առանց զանգվածի մասնիկների գոյությունը։ Ռելյատիվիստական մեխանիկայի մեջ հատուկ ուշադրություն է դարձվում էներգիային, քան զանգվածին, այսինքն՝ հիմնական գործոնը, որը որոշում է ցանկացած մարմին կամ տարրական մասնիկ, նրա էներգիան կամ իմպուլսն է: Իմպուլսը կարելի է գտնել հետևյալ բանաձևով։
Սակայն մասնիկի հանգիստ զանգվածը շատ կարևոր հատկանիշ է. դրա արժեքը շատ փոքր և անկայուն թիվ է, ուստի չափումները մոտենում են առավելագույն արագությամբ և ճշգրտությամբ: Մասնիկի մնացած էներգիան կարելի է գտնել հետևյալ բանաձևով։
- Նյուտոնի տեսությունների նման, մեկուսացված համակարգում մարմնի զանգվածը հաստատուն է, այսինքն՝ չի փոխվում ժամանակի հետ: Այն նաև չի փոխվում մեկ CO-ից մյուսը տեղափոխելիս:
- Իներցիայի չափում բացարձակապես չկաշարժվող մարմին։
- Շարժվող մարմնի հարաբերական զանգվածը որոշվում է նրա վրա գրավիտացիոն ուժերի ազդեցությամբ։
- Եթե մարմնի զանգվածը զրո է, ապա այն պետք է շարժվի լույսի արագությամբ: Հակառակը ճիշտ չէ. ոչ միայն զանգված չունեցող մասնիկները կարող են հասնել լույսի արագությանը:
- Ռելյատիվիստական մասնիկի ընդհանուր էներգիան հնարավոր է օգտագործելով հետևյալ արտահայտությունը՝
Զանգվածի բնույթ
Մինչև գիտության մեջ որոշ ժամանակ ենթադրվում էր, որ ցանկացած մասնիկի զանգվածը պայմանավորված է էլեկտրամագնիսական բնույթով, սակայն մինչ այժմ հայտնի է դարձել, որ այս կերպ հնարավոր է բացատրել դրա միայն մի փոքր մասը՝ հիմնականը. ներդրումը կատարվում է գլյուոններից բխող ուժեղ փոխազդեցությունների բնույթով: Այնուամենայնիվ, այս մեթոդը չի կարող բացատրել մեկ տասնյակ մասնիկների զանգվածը, որոնց բնույթը դեռ պարզված չէ:
Ռելյատիվիստական զանգվածի աճ
Վերևում նկարագրված բոլոր թեորեմների և օրենքների արդյունքը կարող է արտահայտվել բավականին հասկանալի, թեև զարմանալի գործընթացով: Եթե մի մարմին մյուսի նկատմամբ շարժվում է ցանկացած արագությամբ, ապա դրա պարամետրերը և ներսում գտնվող մարմինների պարամետրերը, եթե սկզբնական մարմինը համակարգ է, փոխվում են: Իհարկե, ցածր արագության դեպքում դա գործնականում նկատելի չի լինի, բայց այս էֆեկտը դեռ առկա կլինի։
Կարելի է մի պարզ օրինակ բերել՝ մյուսի ժամանակը սպառվում է 60 կմ/ժ արագությամբ շարժվող գնացքում: Այնուհետև, ըստ հետևյալ բանաձևի, հաշվարկվում է պարամետրի փոփոխության գործակիցը։
Այս բանաձևը նույնպես նկարագրված է վերևում: Փոխարինելով բոլոր տվյալները դրա մեջ (c ≈ 1 109 կմ/ժ-ի համար), մենք ստանում ենք հետևյալ արդյունքը՝
Ակնհայտ է, որ փոփոխությունը չափազանց փոքր է և չի փոխում ժամացույցն այնպես, որ նկատելի լինի:
