7.7.8. Некоторые понятия релятивистской динамики Масса

Согласно второму закону Ньютона (F = ma) постоянная сила может придать телу сколь угодно большую скорость. Это противоречит выводам Эйнштейна о том, что скорость света в вакууме – максимально возможная скорость передачи взаимодействий в природе.

Устраняя это противоречие, Эйнштейн показал, что масса тела зависит от движения: , где m₀ – масса тела в состоянии покоя (масса покоя); m – масса тела, движущегося со скоростью .

Тогда при возрастании скорости масса тела возрастает и ускорение, сообщаемое постоянной силой F, уменьшается.

Зависимость массы от скорости m = (v) имеет вид:

• Современные опыты по ускорению заряженных частиц показали, что при скорости электрона на 50 м/с меньшей скорости света, его масса m  2000 m₀.

Выражение справедливо в релятивистской механике, но здесь m – релятивистская масса.

• Напоминаем, что масса тела m – мера его инертных свойств, а не количества вещества.

Импульс

Релятивистский импульс или .

• Релятивистские соотношения используют при проектировании ускорителей заряженных частиц.

7.7.9. Связь между массой и энергией

Из закона сохранения энергии следует, что увеличение m массы тела с увеличением скорости происходит за счёт энергии . Эйнштейн установил, что: или , где – энергия покоя, которой тело обладает в состоянии покоя, т.е. тело обладает запасом энергии уже в силу факта своего существования.

• Это один из твёрдо установленных в ядерной физике законов.

• Известно, что излучение взрыва обладает массой, составляющей  0,1% от массы покоя исходных материалов.

• Современное оборудование позволяет переводить частицы, обладающие массой покоя m₀, в частицы, обладающие только энергией движения (не имеют массы покоя).

• Энергия покоя является внутренней энергией тела.

За 100 лет существования теории относительности Эйнштейна нет никаких экспериментальных данных, ставящих её под сомнение, а успешная работа ускорителей заряженных частиц является бесспорным её подтверждением.

7.8. Квантовая оптика

Известно, что все многообразие излучений (п.7.5.1 и п.7.5.11) – ЭМВ разной длины. Электромагнитная теория Максвелла хорошо описывает излучение радиоволн, но неприменима к тепловому излучению (не позволяет объяснить распределение энергии в его спектре), фотоэффекту (п.7.8.2) и приводит к бессмысленному выводу, что тепловое равновесие между веществом и излучением невозможно, т. е. тело должно излучать энергию непрерывно и достигнуть температуры абсолютного нуля, что противоречит практике.

Планк, полагая, что теория Максвелла (классическая волновая теория) к излучению коротких ЭМВ неприменима, предположил, что атомы излучают энергию отдельными порциями – квантами, причём энергия кванта пропорциональна частоте излучения: , где h=const.

Уменьшение энергии теплового излучения в ультрафиолетовой области спектра (п.7.5.13) Планк объяснил тем, что кванты высокой частоты излучаются значительно реже квантов более низких частот и только при очень высоких температурах (много выше достижимых в лабораторных условиях).

Теория Планка позволяла хорошо описать тепловое излучение, а рассчитанный им коэффициент получил название «постоянная Планка».

Таким образом, появился новый раздел оптики – «Квантовая оптика» (квантовая физика), в котором глубоко изучаются не только тепловое и световое излучения, но и явления микромира.

• Квантовая физика – самая современная и глубокая физическая теория на сегодняшний день.