Масса и энергия

Первый постулат Эйнштейна утверждает, что все физические явления протекают одинаково во всех ИСО. Из этого следует, что запись закона не должна меняться при переходе к другим координатам по правилам преобразований Лоренца.

Чтобы закон Ньютона удовлетворял требованиям СТО и при больших скоростях, его запись надо видоизменить так

).

Если обозначить то запись закона сохраняется, но смысл m изменяется. Если в классической механике считалось, что масса тела не зависит от скорости его движения, то в СТО понятие массы углубляется. С увеличением u масса увеличивается; при u = с, m®¥. Как видно из формулы, при u<<с, m = m₀, где m₀ - -масса покоя тела.

Увеличение массы начинает сказываться при довольно больших скоростях. Так тело, летящее со скоростью 10⁵ м/с, меняет массу на 10^-12 от величины массы покоя.

В классической механике кинетическая энергия определялась как

.

Так как m = const, то изменить кинетическую энергию данного тела, можно изменяя скорость. Но в СТО масса зависит от скорости. Ясно, что кинетическая энергия должна определяться с учетом этого фактора. Кинетическая энергия тела равна разности между энергией движущегося тела и энергией покоящегося тела

E_k= mc²- m₀c²,

где E = mc² – полная энергия тела.

Закон связи массы и энергии – фундаментальный закон природы, один из очень важных выводов теории относительности. Это соотношение имеет универсальный характер, оно применимо ко всем формам энергии. Этот закон показывает, что изменение энергии тела сопровождается эквивалентным изменением массы и обратно. Полная энергия не равна нулю, даже если тело покоится, в этом случае - энергия покоя, внутренняя энергия тела. Так как коэффициент пропорциональности с² очень велик, то изменение массы при изменении энергии мало. Например, нагревание 1 кг воды на 100 ⁰С изменяет массу воды всего лишь на 5.10^{-9 кг. Даже очень точными приборами это трудно заметить. Но при образовании ядер изменение массы очень ощутимо, потому что часть энергии уносится гамма-излучением.}

Пропорциональность массы и энергии приводит к фундаментальному результату: вместо двух законов сохранения классической механики – закона сохранения массы и закона сохранения энергии – в СТО имеется один закон: закон релятивистской массы.

Связь между массой и энергией в настоящее время может считаться надежно подтвержденной экспериментами ядерной физики. Расчеты реакции деления ядер основаны на законе Эйнштейна E = mc².