Лекция: Связь массы и энергии свободной частиц

Лекция. Пространство и время специальной теории относительности.

Основным постулатом специальной теории относительности (СТО) является инвариантность протекания всех физических процессов относительно любой из инерциальных систем отсчета. Включение в постулат именно всех физических процессов существенно, так как принцип относительности классической механики оперировал исключительно механическими явлениями, подчиняющимися законам Ньютона. Новая концепция потребовала инвариантности процессов электромагнитной природы, а, следовательно, линейных преобразований для решений уравнения Максвелла по отношению к разным инерциальным системам. Такие преобразования были найдены Лоренцем. В результате пришлось пожертвовать большинством самоочевидных истин классической механики:

Пространство и время не являются больше независимыми друг от друга величинами.

Размеры пространственных и временных отрезков оказались существенно зависимыми от выбора системы координат.

Вместо отдельного пространства и времени новая физика ввела в рассмотрение обобщенный пространственно временной континуум с пространственно-временными интервалами и особыми правилами их вычислений.

Геометрия пространства-времени оказалась геометрией аффинного четырехмерного пространства с полуторалинейной не положительно определенной эрмитовой формой.

Из теории вытекает конечность скорости протекания любых процессов ограниченная сверху скоростью света.

Специальная и общая теория относительности

В создании новой картины пространства и времени наибольший вклад внесли два крупнейших ученых своего времени – А. Пуанкаре и А. Эйнштейн. Не смотря на то, что в некоторой литературе разработка СТО приписывается исключительно Эйнштейну, невозможно отрицать приоритет Пуанкаре по многим пунктам. Именно он впервые осознал физическую природу преобразований Лоренца, интерпретировав их как группу поворотов в четырехмерном пространстве. На рисунке ниже приведены преобразования Лоренца для двух инерциальных систем отсчета, а для сравнения даны классические преобразования Галилея для тех же систем:

Нужно сказать, что и эта картина мира была впоследствии пересмотрена. Сделано это было тем же Эйнштейном в своей общей теории относительности (ОТО). ОТО построена с учетом наличия в природе гравитации. Нынче предлагаются и другие, еще более хитроумные модели.

 

Лекция: Связь массы и энергии свободной частиц

 

В природе любое тело имеет энергию. Посмотрев на формулы энергии покоя, можно предположить, что если тело не имеет массу, то оно и не имеет энергию. Однако, это не совсем так.

 

1. Любое тело, имеющее массу, имеет энергию. При этом должно выполняться следующее неравенство:

 

Оно выполняется всегда, поскольку не существует частиц с массой, которые двигаются со скоростью равной или больше скорости света.

 

2. Были открыты частицы, что не имеют массу. Они называются фотонами. Однако, они двигаются со скоростью света, и энергия фотона не равняется нулю.