аступним вимогам:
1. Його форма повинна зберігатися при перетвореннях Лоренца, інакше можливі такі особливі інерціальні системи відліку, в яких закон має найбільш простий вигляд, що суперечило б принципу рівноправності інерційних систем відліку, на якому заснована вся теорія.
2. При швидкостях, малих в порівнянні з швидкістю світла, новий закон руху повинен переходити під другий закон Ньютона, інакше виникло б протиріччя з досвідченими даними для руху з малими швидкостями, коли другий закон Ньютона виконується.
Цих двох вимог достатньо, щоб більш-менш однозначно встановити новий закон руху.
Маса й енергія. Відмінності між ньютонівськими і релятивістськими рівняннями руху проявляються і в відмінностях наслідків, з них випливають. Коли ці відмінності експериментально виявляються, то виявляється, що вони узгоджуються з релятивістськими рівняннями.
Перше, що потребувало підтвердженні, - це залежність маси від швидкості. Частка, що рухається з дуже великою швидкістю, згідно приватної теорії відносності, рухається приблизно так само, як і в ньютонівської механіці, але її маса повинна наступним чином залежати від швидкості:
В
де m 0 - маса частинки, виміряна в системі, в якій частка (нехай навіть тимчасово) спочиває; маса m 0 називається масою спокою або власної масою. З цією квазіньютоновской точки зору маса зростає із збільшенням швидкості і прагне до нескінченності при наближенні швидкості частки до швидкості світла. Це не парадокс, а лише результат В«ньютонівськоїВ» інтерпретації релятивістського рівняння.
При малих швидкостях, розкладаючи квадратний корінь в ряд, отримуємо наближено
В
де трьома крапками позначені члени вищого порядку малості, ніж (v/c) 2 .
Зміна маси з зміною швидкості вперше спостерігалося В. Кауфманом, а потім було підтверджено більш точними дослідами. Релятивістська залежність маси від швидкості підтверджується і експериментами на прискорювачах, які проектуються з урахуванням цієї залежності і інакше не працювали б.
Ще один важливий наслідок зрелятивістської формули - еквівалентність маси і енергії. Енергія E, входить до релятивістський закон збереження енергії, зазвичай записується у вигляді маси m, помноженої на с2:
В
Це вираз можна розкласти так само, як і вираз для маси:
В
Другий член збігається з звичайною формулою для ньютонівської кінетичної енергії (трьома крапками позначені члени, які стають істотними лише при дуже великих швидкостях). Ці дві рівності інтерпретуються наступним чином: маса тіла змінюється точно так само, як і енергія, ув'язнена в тілі, причому вираз для енергії має містити постійний доданок - так звану енергію спокою m 0 c 2 , відповідну масі спокою; при цьому співвідношення між масою і енергією має вигляд прямої пропорційності з коефіцієнтом c 2 .
З еквівалентності маси і енергії випливає багато наслідків. Одне з найбільш вражаючих - анігіляція пари частинок і повне перетворення їх сумарної маси у випромінювання з відповідною енергією. Така анігіляція спостерігається для пари електрон - позитрон (електрон заряджений негативно, а позитрон позитивно) і для пари протон - антипротон. Еквівалентністю маси і енергії пояснюється походження енергії зірок, вона лежить в основі принципів отримання атомної енергії та створення ядерної зброї, що використовує поділ і синтез ядер.
Так, енергія, що випромінюється зірками, і енергія вибуху водневої бомби мають однакове походження. Чотири ядра водню можуть об'єднатися і утворити одне ядро ​​гелію, причому маса ядра гелію буде менше маси чотирьох ядер водню, взятих порізно. Надлишкова маса вивільняється у вигляді випромінювання, енергія якого пов'язана з цією масою співвідношенням E = mc 2 .
Великий енергетичний вихід таких джерел енергії пояснюється тим, що множник c 2 в цьому рівнянні дуже великий - 9 * 10 16 (м/с) 2 . Перетворення водню в гелій різними шляхами є основним джерелом зоряної енергії, а також енергії, що вивільняється при термоядерних вибухах. Енергія атомної (Не водневої) бомби і реакторів атомних електростанцій обумовлена ​​реакцією поділу ядер: ядро ​​урану або плутонію розщеплюється на дві або більше частини, сумарна маса яких менше маси вихідного ядра, а надлишок енергії виділяється частково у вигляді випромінювання, а частково у вигляді кінетичної енергії продуктів поділу.
5. Теорія відносності і експеримент
В одному з найпоказовіших дослідів вчені Мічиганського університету помістили надточні атомний годинник на борт авіалайнера, що здійснював регулярні трансатлантичні рейси, і після кожного його повернення в аеропорт приписки звіряли їх свідчення з контрольними годинами [6]. З'ясувалося, що годинник на літаку поступово відставали ...
