Эквивалентность массы и энергии.

E=mc² — уравнение из релятивистской физики, которое устанавливает взаимосвязь между энергией покоя (E₀) и массой (m). Популярный, и известный многим, вид формулы E=mc², является неудачным, так как речь идёт не о всякой энергии, а о энергии покоя Е₀.

В специальной теории относительности (СТО), имеют место формулы, связывающие энергию тела , его скорость , импульс и массу :

Подставим в формулу скорость , тогда очевидно: , теперь при таком рассмотрении из первого выражения нетрудно получить:

формула предполагает, что, если тело имеет массу, оно обладает определённым количеством энергии — «энергией покоя». Даже если оно покоится и не обладает ни потенциальной энергией какого-либо типа, ни кинетической энергией, ни какой-либо другой, оно всё равно обладает некой энергией - энергией покоя.

Из классической физики известно, что полная энергия тела складывается из двух составляющих: кинетической и потенциальной . Первая связана только лишь с движением тела, вторая с наличием поля, в котором находится тело. Положим, что поля нет , тогда полная энергия равна только лишь кинетической. Далее, свяжем систему отсчёта с телом , тогда, очевидно, его кинетическая энергия будет равна нулю . В итоге получим, что полная энергия тела будет равна нулю. Но это в классике. В релятивизме все иначе, с телом «останется» некоторая энергия, которая численно равна произведению массы этого тела на скорость света в квадрате. Легко понять, что в таком случае полная энергия и будет равна энергии покоя. Для примера, тело массой 1 кг, обладает энергией покоя приблизительно джоулей, это эквивалент кинетической энергии того же тела, двигающегося со скоростью м/с (т.е. в корень из двух раз быстрее света)

Согласно уравнению, максимальная энергия, которую можно получить от объекта, равна массе объекта, помноженной на квадрат скорости света.

Это уравнение было краеугольным камнем в создании атомной бомбы. Измеряя массу разных атомных ядер и вычитая из этого числа полную массу протонов и нейтронов, которую они имели бы по отдельности, можно получить оценку энергии связи, доступной в данном атомном ядре. Это не только показало, что возможно высвободить эту энергию путём слияния лёгких ядер или деления тяжёлых ядер, но и позволило оценить количество энергии связи, доступной для высвобождения.

Почему же такая большая энергия никак не проявила себя в ньютоновой механике? Дело в том, что энергия покоя не вносит никакого вклада в уравнения движения, поэтому в классике нет никакой возможности как-либо её учесть. Более того, это и не нужно.

Второй аргумент заключается в том, что эта формула даёт количественное соотношение для процессов, в которых масса переходит в энергию (как, например, в ядерных реакциях). В ньютоновской механике масса не переходит в энергию, поэтому нулевая энергия не проявляет себя и в этом случае.

Гипотеза кварков.

Ква́ рк — фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии. Из кварков состоят адроны, в частности, протон и нейтрон. В настоящее время известно 6 разных «сортов» (чаще говорят — «ароматов») кварков, свойства которых даны в таблице. Кроме того, для калибровочного описания сильного взаимодействия постулируется, что кварки обладают и дополнительной внутренней характеристикой, называемой «цвет». Каждому кварку соответствует антикварк с противоположными квантовыми числами.

кварки естественным образом группируются в три так называемые поколения. В каждом поколении один кварк обладает зарядом +2/3, а другой — (− 1/3). Подразделение на поколения распространяется также и на лептоны.

Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях. Сильные взаимодействия (обмен глюоном) могут изменять цвет кварка, но не меняют его аромат. Слабые взаимодействия, наоборот, не меняют цвет, но могут менять аромат. Необычные свойства сильного взаимодействия приводят к тому, что одиночный кварк не может удалиться на какое-либо заметное расстояние от других кварков, а значит, кварки не могут наблюдаться в свободном виде. Разлететься могут лишь «бесцветные» комбинации кварков — адроны.

Билет 18.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: