Меню

Если двигаться со скоростью света масса



Если двигаться со скоростью света масса

§10. ЗАВИСИМОСТЬ МАССЫ ОТ СКОРОСТИ
В СВЕРХСВЕТОВОМ ДИАПАЗОНЕ

Формула зависимости массы от скорости (корректнее было бы говорить не про «массу», а про коэффициент пропорциональности между силой электромагнитного поля и вызываемым этой силой ускорением) была известна еще до появления теории относительности:

Если в эту формулу подставить значение скорости, превышающее скорость света, то тогда получится отрицательное число под знаком квадратного корня, то есть тело, движущееся со сверхсветовой скорости, должно иметь мнимую массу. Физический смысл «мнимой массы» весьма сомнителен, и поэтому в теории относительности это служило одним из аргументов в пользу невозможности верхсветовых скоростей.

Однако после того, как наблюдаемые данные стали свидетельствовать в пользу возможности сверхсветовых скоростей, то становится логичен вопрос: каким образом будет зависеть масса от скорости при переходе частицы в сверхсветовой диапазон?

В §10 и §21 говорилось про физический смысл формулы зависимости массы от скорости: он состоит в том, что коэффициент, связывающий между собой ускоряющую силу и вызванную этой силой ускорение (масса) зависит от того, насколько близко скорость тела приблизилась к скорости ускоряющей силы. В теории волн есть формула, как ведет себя тело, движущееся в волне с определенной скоростью, если волна оказывает взаимодействие на скорость. Эта формула выглядит так:

где F- сила, действующая на тело со стороны волны, а — вызываемое этой силой ускорение, m — масса тела, v — его скорость, vв — скорость волны. Теперь применим эту формулу к ускорению в электромагнитной волне. Скорость волны равна скорости света, массу заменим на массу покоя, а отношение силы к ускорению заменим на массу движущегося тела. Получим:

Единственным отличием этой формулы от классической формулы теории относительности является наличие знака модуля под корнем, что позволяет применять ее как для досветовых, так и для сверхсветовых скоростей. Для v

Проследим, как будет меняться масса при увеличении скорости. При скорости, равной скорости света, масса будет бесконечно велика, но в дальнейшем при увеличении скорости масса будет уменьшаться. При скорости, превышающей скорость света в √2 раз, масса тела станет равна массе покоя и в дальнейшем продолжит уменьшаться. Если скорость будет намного превышать скорость света, то формулу можно сократить:

Таким образом, при скоростях, во много раз превышающих скорость света, масса тела уменьшается прямо пропорционально скорости. Это хорошо укладывается в гипотезу, высказанную в предыдущем параграфе, что нейтрино есть сверхсветовые лептоны: масса электронного нейтрино значительно меньше, чем масса покоя электрона, как и предсказывает формула.

Ещё одним подтверждением стало бы обнаружение элементарной частицы, масса которой была бы меньше массы покоя электрона (причём речь идет именно о массе в движении — частицы с массой покоя, меньшей массы элекирона, быть не должно, поскольку в этом случае электрон был бы нестабильным). Пример такой частицы — это переносчик гипотетического «пятого взаимодействия», гипотеза о котором высказывалась в 1980-х годах (см. журнал «Наука и жизнь», №1 за 1988 год), которое проявляется в слабом антигравитационном эффекте с радиусом действия 200 метров, причем зависит от барионного заряда. Переносчиком такого взаимодействия должна быть частица с массой 10 -15 массы электрона. Можно предположить, что в данном случае речь идет о сверхсветовом аналоге сильного взаимодействия. Если взять элементарную частицу с массой покоя порядка массы пи-мезона (переносчика сильного взаимодействия), то эта частица приобретает такую массу при скорости порядка 10 25 м/с. Взаимодействие будет распространяться на 200 метров, если время жизни частицы будет составлять порядка 10 -23 секунды, что как раз соответствует времени жизни резонансных состояний частиц.

Интересно также посмотреть, как будет меняться импульс тел (произведение наблюдаемой массы на скорость). При скорости света импульс будет бесконечно большой, а по мере увеличения скорости начнет уменьшаться. Но импульс будет уменьшаться не бесконечно, как масса, а будет по мере роста скорости стремится к значению mc — произведению массы покоя на скорость света. Интересно, что импульс нейтрино, получающихся при бета-распаде, по порядку величины примерно равен произведению массы покоя электрона на скорость света, что дает очередное подтверждение того, что нейтрино, образуемое при бета-распаде — это сверхсветовой электрон или позитрон.

Источник

Теория относительности

Специальная теория относительности или СТО это теория описывающая законы механики при скоростях движения близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей.

Специальная теория относительности была создана Лоренцом, Пуанкаре и Эйнштейном и приобрела завершенный вид в начале 20 века. Все законы СТО можно считать уточнением Законов Ньютона. Однако некоторые следствия законов СТО кажутся совершенно невероятными и не имеющими ничего общего с нашими обычными представлениями.

Читайте также:  Как развести свет для натяжных потолков

Теория относительности основывается на ряде постулатов, в число которых входит принцип относительности. Принцип относительности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчета протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Инерциальная система отсчета это та система в которой любое тело, на которое не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Вот те фундаментальные постулаты, на которых основывается теория относительности:

1.Справедлив принцип относительности Эйнштейна — расширение принципа относительности Галилея.

2.Скорость света не зависит от скорости движения источника во всех инерциальных системах отсчета.

3.Пространство и время однородны, пространство является изотропным.

Эйнштейновский принцип относительности отличается от Галилеевского лишь тем, что Галилей сформулировал свой принцип только для законом механики. Эйнштейновский принцип относительности справедлив абсолютно для всех физических процессов, будь то механика, оптика, электричество или что либо другое.

Третий постулат СТО совершенно аналогичен тому, что использовал еще Ньютон в своих физических законах. Здесь мы его обсуждать не будем.

Наиболее таинственным является второй постулат. Именно он о определяет все невероятные следствия СТО. Действительно, как мы сейчас знаем скорость света конечна. Довольно точно она была измерена во второй половине 19 века. Но мало того, скорость света не зависит от скорости источника.

Рассмотрим простой мысленный эксперимент. Случай первый. Мы стоим на земле и кидаем мячик товарищу, который стоит недалеко от нас. Случай второй. Мы едим в поезде и кидаем мяч товарищу, который как и раньше стоит на земле. Всем понятно, что скорость мяча в первом и втором случае различна. Во втором случае скорость меча относительно нашего товарища складывается из скорости мяча относительно нас и скорости поезда. Что же происходит если мы не кидаем мяч а светим фонариком. Оказывается скорость света постоянна. Скорость света не зависит от того как быстро движется поезд и одинакова во всех системах отсчета.

Факт постоянства скорости света кажется парадоксальным. Однако этот факт был проверен в опыте Майкельсона и Морли в конце 19 века. Этот странный эффект служил толчком для формулировки СТО в начале 20 века.

Следствием постулатов СТО являются преобразования Лоренца, заменяющие собой преобразования Галилея справедливые лишь для скоростей много ниже скорости света. Эти преобразования связывают между собой координаты и времена одних и тех же событий, наблюдаемых из различных инерциальных систем отсчета.

Рассмотрим интересные следствия этих преобразований:

Линейные размеры тел в движущейся системе отсчета сокращаются:

Поясним эффект. Пусть есть стержень, длинна которого 1 метр. Правильнее говорить собственная длинна, то есть длинна покоящегося стержня. Если этот самый стержень будет двигаться мимо нас со скоростью близкой к скорости света, то его длина для нас будет меньше. Это не обман зрения. Также неверно говорить что нам кажется что его длинна меньше 1 метра. Просто длинна это понятие относительное и зависим от системы отсчета!

Замедление времени.

Эффект аналогичный сокращению длины. Время, согласно преобразованиям Лоренца относительно, и зависит от системы отсчета. Представим себе два одинаковых космических корабля движущихся с высокими скоростями в противоположные скорости. Космонавт первого космических корабля будет видеть, что второй корабль короче чем у него. Космонавт же второго корабля будет видеть первый корабль короче. Аналогично со временем. Оба космонавта чистят зубы за 5 минут. Но в подобной ситуации первый космонавт будет чистить зубы дольше чем 5 минут по часам второго. Второй же будет чистить дольше чем первый. Здесь совершенно невозможно сказать одновременно они закончили чистить зубы или нет. Простое Ньютоновское понятие одновременности здесь не работает! Как видно из формул преобразования Лоренца смешивают понятие пространства и времени. Именно поэтому в космологии употребляют понятие четырехмерное пространство-время. В нем нет понятия одновременности. Вместо него введено такое понятие как интервал:

Эта величина уже на зависит от системы отсчета.

Увеличение массы.

Еще один эффект, который следует из преобразований Лоренца это увеличение массы тел в движущейся системе отсчета сокращаются. Эффект действует аналогично сокращению длины и замедлению времени. Этот эффект также дает понять, что движение со скоростью света возможно только для безмассовых объектов. В противном случае масса обращалась бы в бесконечность.

Читайте также:  Зачем нужны датчики дневного света

СТО вывело науку на новый уровень. Несмотря на то, что все эти эффекты невероятны, большинство из них проверено про помощи ускорителей элементарных частиц. В конце статьи заметим одну важную деталь. СТО не отменяет а лишь уточняет законы Ньютона. Как видно из приведенных формул когда скорости малы отличие от привычных понятию исчезают. Так, при движении со скорость 8000 км в секунду, что сопоставимо со скоростью современных космических кораблей, эффект замедления времени составляет менее 1 тысячной процента.

Автор статьи: Михаил Карневский

Виды взаимодействий » > Теория гравитации Эйнштейна

  • Вы можете приложить к своему отзыву картинки.

    Источник

    Комментарии 22

    Чушь собачья! Закон сохранения энергии говорит о том, что разгоняясь, масса приобретет кинетическую энергию, пропорциональную квадрату скорости. Ничем скрость света в этом отношении не отличается от любой другой скорости. О том, что одновременно с разгоном растёт и масса не может быть и речи. Мы никогда не увидим протона, пролетающего мимо Земли с околосветовой скоростью и массой с чёрную дыру. То же самое и со смертельной дозой радиации. Можно, поверив в этот бред, лишь удивляться, почему Земля вместе с нами до сих пор существует. Нужно лишь догадаться, что атом водорода, столкнувшись с любым другим атомом, развалится на элементарные частицы, никому не причинив ощутимого вреда.

    Да не сбудутся черные предсказания, Петр! Это просто уважаемый Владимир Дмитриевич ничтоже сумняшеся перепостил чью-то лажу.

    1. По поводу БАКа. Он не ускоряет электроны. Он ускоряет протоны и некоторые тяжелые ядра, например, свинца. Протоны ускоряются до 6.5Тэв — два пучка соударяясь даэт энергию столкновения 13Тэв. В системе СИ 1эв=1.6*10-19 дж, соответственно протоны ускоряются до энергии примерно 1*10-6 Дж. По формуле Эйнштейна E=mc2 масса протона при этом составляет примерно 1*10-23 кг.

    2. Электроны же разогнаны на бетатроне до энергии не более 300Мэв, что соответствует массе примерно 5*10-28 кг.

    3. И, наконец, по поводу вашего отрицания преобразований Лоренца. Если бы они были неверны, тот же БАК, сложнейший агрегат, состоящий из нескольких ускорителей, попросту невозможно было бы построить. А юстировка потоков ускоряемых частиц требует суперточности, уж хотя бы это доказывает верность этих формул. Вы, конечно, можете в них не верить, но они живут и работают, причем, весьма успешно.

    Ваше же неверие скорее всего объясняется неким «здравым смыслом» в понятии простого человека, неспециалиста. Где-то в конце 19-го — начале 20-го века физики обнаружили, что этот «здравый смысл» не работает при очень больших масштабах — масс, скоростей, энергий, расстояний, и при очень малых масштабах — на уровне атомов и элементарных частиц. Хочешь — не хочешь, а от законов природы не отмахнешься, нравятся они вам или нет. Повторяю для вас в очередной раз: справедливость их доказана критерием истины — практикой.

    Вы хоть это прочитали? Вы, физики, немножко чёкнутые. Вам что-то померещится, вы теорию под этот мираж подгоняете. Совсем недавно тепло объяснялось броуновским движением. А некоторые учёные-теоретики и сейчас объясняют. И им ничего не докажешь, они ведь учёные, а вы недоучки, не знаете военную тайну Мальчиша-Кибальчиша. Что такое «фотон не имеет массы покоя»? Да он в движении не имеет массы! А если его остановить, то появится частица с массой, эквивалентной энергии фотона. Но беда пока в том, что остановить фотон, превратить в массу мы не можем. Вот позитрон с электроном мы можем столкнуть и получить чистую энергию, эквивалентную, кстати, суммарной их массе, а вот наооборот пока никак. Также, как и с гравитацией. А разогнав частицу с массой покоя, мы нарастим её кинетическую энергию эквивалентно квадрату скорости, но масса нарастать не будет. Почему эквивалентно? Да единицы массы, длины и времени у нас взяты с потолка. Так что потешайтесь своими теориями, но со временем появятся другие, более приближённые к истине. Когда человек познает, что такое заряд, масса, гравитация и вакуум.

    Эту чушь я прочитал, и ответил на нее конкретными простыми расчетами, доказывающими, что это — чушь. Что же касается вашего неверия в физику, то об этом я тоже вам уже сказал.

    А я верю в физику. Но откуда возьмётся масса при увеличении скорости — не знаю. Я не верю, что яблоко, падавшее Ньютону на голову, могло стать тяжелее Земли, хотя бы и чисто теоретически. Помню школу, первый класс. И теорию распада и синтеза ядер. И ведь тогда правильно учили, что сумма масс элементов, получившихся в результате распада атома урана, меньше массы атома урана. И эта разница масс превратилась в энергию, равную мс2. Её посчитали, она оказалась огромной, и это потом подтвердилось реально, никакой мистики. А вот наращивание массы из скорости. Мистика! Но есть же формула! Да, вот так » учёные» истолковывают формулу. Они не реальную кинетическую энергию получают при разгоне массы, а «наращивают» саму массу. При этом не имеют ни малейшего представления ни о массе, ни об энергии.

    «я верю в физику. » — Наш человек!

    В статье винегрет из фактов, домыслов, стереотипов. Этим она интересна и полезна, заставляя задуматься. Коротко про Ваше (наше) яблоко. Вспомним, в основе ОТО лежит понятие «Инерциальная система . «. Все тела, обладающие равным вектором генеральной скорости в пространстве принадлежат одной инерциальной системе отсчета. Ускорив или затормозив яблоко мы переводим его в другую систему отсчета ( к стати не безследно для своей). Математика позволяет просчитать произошедшие относительные изменения. Она нам поможет если мы захотим снова догнать это, вдруг потяжелевшее, яблоко. Затратив энергию на ускорения и торможение себя и догнав его мы сильно разочаруемся, поскольку увидим что соотношение масс восстановилось.

    Первоначально Вы с яблоком меряетесь массами находясь в одной системе отсета. Ускорив его Вы переведете его в другую

    Почему-то вас не удивляет превращение энергии в массу и наоборот при распаде и синтезе атомных ядер, но удивляет превращение энергии в массу при ускорении тел на больших скоростях. Повторюсь, что этот факт проверен многократно, например, при анализе треков частиц в ядерном эксперименте — там и масса и время зависят от скорости в точном соответствии с формулами Лоренца. А насчет «ни малейшего представления» — ну помилуйте, плохо же вы думаете о физиках. Ну хотя бы поле Хиггса, дающее массу веществу! Вы что думаете, что такие теории способны выдвинуть неучи? Если вы этого не понимаете, то не ругайте ученых. Они знают, что делают. И проверяют свои теории.

    Меня удивляет. Я думаю что и многих честных физиков удивляет. Они (честные физики) наблюдают, что масса расходуется на межъядерные силы. Природу этих сил, как и массы, они не знают, но хотят узнать и тратят свои усилия в этом направлении. А другие «физики», в смысле, химики, прекрасно знают разницу между кинетической энергией и энергией в прямом смысле этого слова. Вот эти и превращают кинетическую энергию движущейся массы в прирастающую в неимоверных количествах массу. Но у них есть звания, оклады, награды. Так сказать, духовенство от науки. Их и сегодня больше, чем честных физиков, но им не дано право сжигать на кострах, как во времена инквизиции. Таким ничего не докажешь, они будут тыкать в формулу, может быть и верную, но неверно истолкованную.

    Нужно проверять расчеты!

    При скорости 250000 км/сек масса тела увеличивается по сравнению с массой покоя всего-навсего в 1.8 раз! То есть, всего на 80%. А «длина человека с кораблём начнёт резко уменьшаться до размеров атомов» — ну как не стыдно!

    Уважаемый автор, потрудитесь, пожалуйста, просчитать скорость, при которой электрон буде весить килограмм! И при которой так сильно уменьшится «длина человека с кораблем». Учтите, что 300000км/сек есть приближенное значение скорости света, а поскольку в этом случае скорость электрона будет ооочень близкой к скорости света, вам потребуется достаточно точное ее значение. И вообще, лучше посчитайте процентное отклонение скорости объекта от скорости света. Преобразования Лоренца помните? Википедия вам в помощь!

    А главное — относитесь серьезнее к своим словам. Как говорится, отвечайте за базар! Пишите о том, в чем разбираетесь — и не будете попадать в такую глупую ситуацию.

    А с чего ради автор-журналист должен что-то пересчитывать? Вы владеете этой грамотой?. Т.е., Вам ясен предмет спора. Вот и пересчитывайте, для того и комментарии.

    Если автор-журналист публикует от своего имени информацию, он несет ответственность за ее достоверность. Иначе это не информация, а пустая болтовня. Если автор-журналист публикует информацию о теории относительности, то он сам вначале должен разобраться в ней хотя бы немного, хотя бы на научно-популярном уровне. Иначе такая информация — пустая болтовня.

    Источник