Релятивистская механика Механика Ньютона, или, как говорят, классическая механика, основана на принципе относительности Галилея, согласно которому все законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Математически принцип относительности в классической механике выражается с помощью преобразования Галилея - закона сложения скоростей при переходах от одной инерциальной системы отсчета к другой.Рассмотрим тело массой
, состоящее из
частиц с массами
. Тело не будет распадаться на образующие его частицы при условии, что эти частицы связаны друг с другом. Эту связь можно охарактеризовать энергией связи
, которую нужно затратить, чтобы разорвать связь между частицами и разнести их на такие расстояния, при которых взаимодействием частиц друг с другом можно пренебречь. Энергия связи равна:
. (12.114)
В качестве примера рассмотрим ядро
, масса которого равна
. Оно состоит из 92 протонов с массой
и 146 нейтронов с массой
. В этом случае энергия связи протонов и нуклонов в ядре равна:
. В данном случае энергия связи положительна, так как масса ядра
меньше суммы масс составляющих это ядро нуклонов.
Частицы с нулевой массой
Законы ньютоновской механики не допускают существования частиц с нулевой массой. Такие частицы под действием ничтожно малой силы получили бы бесконечно большое ускорение. Однако, существование частиц с
не противоречит законам релятивистской механики. Согласно формулам:
и
(12.115)
частица с массой
может обладать отличными от нуля импульсом и энергией лишь в том случае, если скорость частицы
(с точки зрения математики имеем неопределенность типа
, которую с помощью правила Лопиталя можно свести к конечному значению). Таким образом, частицы с нулевой массой могут существовать лишь двигаясь со скоростью света в вакууме. Учитывая полученное ране соотношение:
, (12.116)
получаем, что для частиц с
и
справедливо:
. (12.117)
Примером частицы с нулевой массой может служить фотон. Энергия фотона равна
, (12.118)
где
- постоянная Планка;
- частота электромагнитного излучения, соответствующего этому фотону. В таком случае импульс фотона равен:
. (12.119)
Свет представляет собой поток фотонов. При поглощении света поверхностью некоторого тела, этому телу сообщается импульс. В результате возникает давление, оказываемое светом на тело.
Пусть на единичную площадку поверхности тела падает в единицу времени и поглощается этой площадкой
фотонов, т.е. поглощаемая энергия равна:
. (12.120)
Тогда площадке будет сообщаться импульс
. (12.121)
Импульс, поглощаемый в единицу времени, равен силе, действующей на тело. Следовательно, тело будет испытывать давление, равное
, где
- плотность потока энергии, т.е. энергия, падающая на единицу поверхности в единицу времени. Давление света достаточно мало. Например, на расстоянии
от источника света силой в
поверхность испытывает давление
.