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狹義相對論中的質量 - 维基百科,自由的百科全书

狹義きょうぎ相對そうたいろんちゅうてき質量しつりょう

重定しげさだこうせいのうりょう

质量いちめい词在せま义相对论ちゅう通常つうじょう指物さしもの质在静止せいし时所测量てき质量(せい质量)。这个义的质量あずかうし顿力がくてき质量しょうどう变质りょうせい质量てき另一名称めいしょうただし通常つうじょうゆびよし许多粒子りゅうし构成てきけい统。

あい对论せい质量いちめい词也使用しよう,而这一个物体所具有的總のうりょう物体ぶったいてきしょう对论せい质量包括ほうかつりょう它所具有ぐゆうてき动能,いん此取决于观察しゃしょ处于てき参考さんこうけい

よう

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如果一个盒子装有许多粒子,它的重量じゅうりょうかいずい这些粒子りゅうしてきそくりつてき增加ぞうか增加ぞうか。盒子うらてきにんなんのうりょう加入かにゅう盒子てき质量ちゅういん此这个盒てき质量受到这些粒子りゅうしてきしょう对运动的かげ响。しか而,如果这整个盒ざい运动,么这盒子しょ具有ぐゆうてき动能应该包括ほうかつざい物体ぶったいてき质量とうちゅう呢?变质りょう包括ほうかつ盒子てき动能,而相对论せい质量则包括ほうかつりょう盒子てき动能。

あい对论せい质量かずしず质量物理ぶつりがくちゅうてき传统概念がいねんただしあい对论せい质量ただ总共のう量的りょうてきあまりてき名称めいしょう。一个系统只有在静止时其质量才有可能被测量,ただしとう物体ぶったい静止せいし时,物体ぶったいてきしょう对论せい质量就是物体ぶったいてきせい质量。

物体ぶったいてき变质りょうざい一个特定参考系中它所具有的总共能量,而在这个参考さんこうけいちゅう,该物体ぶったい静止せいしてき。这也变质りょう也被しょうさくしずか质量てき缘故。这个特定とくていてき参考さんこうけい也被しょうさく动量てきしつしんけいしつしんけいてい义成けい统的总动りょう为零时所处于てき参考さんこうけい。对于いち合成ごうせいてき物体ぶったいゆかり许多さらしょうてき物体ぶったい组成,这些物体ぶったい可能かのうざい运动)一组没有结合在一起的物体,ただよう总共てき动量れいそう对论せい质量便びんあずか变质りょうしょうどう

如果一个物体以光速运动,它在任ざいにんなん参考さんこうけいちゅうかい静止せいしとう观察しゃあさあずか这个物体ぶったい运动てき方向ほうこう加速かそく,该物体ぶったいしょ具有ぐゆうてきのうりょうかい越来ごえくえつしょうよし此,わが们可以推测这个物体ぶったいてきせい质量れい,而这个物体ぶったいしょ具有ぐゆうてき质量仅是しょう对论せい质量,一个取决于观察者的质量。

相對そうたいろんせい質量しつりょうてき概念がいねん

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早期そうきてき发展:よここうあずか纵向质量

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约瑟おっと·汤姆孙ざい1881ねん[1] うけたまわ认一个带电的物体比一个没有带电的物体更难加速。よし此静电能りょうひょう现成ぼう种电磁质りょう增加ぞうかりょう物体ぶったいてきつくえ械质りょうこれきさきかど·维恩 (1900)[2]かず Max Abraham (1902)[3] 认为一个物体的总共质量与它的电磁质量相同。よし为电磁质りょう决于电磁のうりょう,维恩しょ提出ていしゅつてき质能关系 

George Frederick Charles Searle 汤姆孙也指出さしで,电磁质量ずい物体ぶったいてき速度そくど增加ぞうかとおるとくさとかつ·らく伦兹ざいてきらく伦兹以太论的かまちちゅううけたまわ认这个说ほうしょう量定りょうてい义成所用しょようりょくあずか加速度かそくどてき值而动量あずか速度そくどてき值,いん此他必须区分くぶんよここう质量( )(とう物体ぶったい运动てき方向ほうこうあずか加速度かそくどしょうどうある相反あいはんかず纵向质量( )(とう物体ぶったい运动てき方向ほうこうあずか加速度かそくど垂直すいちょく)。ただゆうとう加速度かそくどあずか物体ぶったい运动てき方向ほうこう垂直すいちょく时,らく伦兹てき质量ざいかいとう于现ざいしょうさくしょう对论せい质量てき质量。( らく伦兹因子いんし,v物体ぶったいあずか以太てきしょう速度そくど,c光速こうそく)。よし此,すえ这一理论没有物体可以到达光速,いん物体ぶったいてき质量はた趋于无限だい[4][5]

而对于一个具有非零静质量的粒子在x方向ほうこう运动时所受到てき作用さようりょく加速度かそくどてきじゅん确表达是:

 
 
 

爱因斯坦ざい1905ねんてき论文ちゅう计算りょうよここう质量纵向质量。[6][7]しか而,ざいだいいちへん关于 てき论文ちゅう(1905),mしょ代表だいひょうてき现在认为てきせい质量。[8]一些人后来声称他不喜欢相对论性质量的想法。[9]

现代しょう对论てき概念がいねん

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ざいせま义相对论ちゅう,就像らく伦兹以太论,一个静质量非零的物体无法以光速运动。とう物体ぶったい趋近于光そく时,它的のうりょう动量はた无限せいてき增加ぞうか

よここう质量纵向质量あい对论せい质量てき概念がいねんだい。Richard C. Tolman ざい1912ねん表示ひょうじm0(1 - v2/c2)-1/2さい适合ようらい表示ひょうじ运动物体ぶったいてき质量。[10]

ざい1934ねん,Tolman也定义相对论せい质量为:[11]

 

这一定义对于所有粒子都适用,包括ほうかつ以光そく运动てき粒子りゅうし

对于以低于光そく运动てき粒子りゅうしそく具有ぐゆうれいてきせい质量てき粒子りゅうし,这方程式ほうていしき变成

 

とうあい速度そくど为零时, しょうとう于1。とうあい速度そくど趋近光速こうそく时, はた趋近无限だい

ざい动量てき方程式ほうていしきちゅう

 

mしょ代表だいひょうてき质量しょう对论せい质量

うし顿第定律ていりつ  てき形式けいしきひょう达仍しかせい确。ただし 并不れいいん为相对论せい质量そくりつてき函数かんすういん此牛顿第定律ていりつ不能ふのう らい表示ひょうじ

一个系统的质量

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いち个系统的せい质量并不とう于组なり这一系统的所有物体的静质量的和,じょざい这一けい统中てき所有しょゆう物体ぶったいざいしつしんけい静止せいしてき而不具有ぐゆう其它形式けいしきてきのうりょう(如场のう)。一个系统所具有的静质量等于它在質心系所具有的能量(包括ほうかつ场能)。 所以ゆえん许多けい统的总质りょうしょう于其ちゅうまい物体ぶったい质量てき,如1个氢原子げんしてき静止せいし质量しょう于1电子质量+1质子质量(ゆかり于电场能为负)。

相對そうたいろんのうりょう-どうりょう方程式ほうていしき

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上述じょうじゅつEpてき相對そうたいろん表示ひょうじしき轉寫てんしゃなり基礎きそてき相對そうたいろんのうりょう-どうりょう方程式ほうていしき」:

 

注意ちゅういいた此方こちらほどしきうらてき 表示ひょうじせい质量。這條方程式ほうていしきたい(せい)質量しつりょうてき光子こうし而言也適用てきよう

 
 
 
 

いん此一顆光子的動量是其能量的函數,而非あずか速度そくどなりせい空中くうちゅうてき光速こうそく常数じょうすう

考慮こうりょいち靜止せいしてき物體ぶったい上面うわつらだい一條方程式中的動量pためれいわが們得いた

 

以簡ため

 

顯示けんじ這項知名ちめいてき關係かんけいしき僅在物體ぶったい靜止せいし適用てきようなみきゅう靜止せいしのうりょうてき觀念かんねん。如果物體ぶったいざい運動うんどうわが們得いた

 

したがえ這裡,わが們可以看いた物體ぶったいそうのうEかず它的せいのうりょう以及どうりょうしょう;一旦動量隨速度v增加ぞうか增加ぞうかそうのうりょう也會發生はっせいいちようてきこと

這裡てきE實際じっさい上等じょうとうどう於前めん段落だんらくちゅうてき相對そうたいろん性能せいのうりょう方程式ほうていしき,而那じょうのうりょう方程式ほうていしき相對そうたいろんせい質量しつりょう方程式ほうていしきただりょういち因子いんしc2よし此「相對そうたいろんせい質量しつりょう本質ほんしつ上等じょうとう於總のうりょう」—,ただしりょう值與單位たんいゆう差別さべつとう採用さいようc = 1てき單位たんい(しょうさく自然しぜん單位たんい系統けいとう)のうりょう-どうりょう方程式ほうていしきそく簡化ため

 

一旦いったん ,其簡いた ,ある 

せま义相对论ちゅうてき质量守恒もりつね定律ていりつ

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のうりょうてき守恒もりつねてきりょうただしせい质量。这意味いみとうわが们可以确认一系统是封闭的,该系统的せい质量动量ざいかい守恒もりつねあい对论せい质量ほん质上就是のうりょういん此能りょう守恒もりつね定律ていりつ就是しょう对论せい质量守恒もりつね定律ていりつ

一个光子本身没有静质量。一个具有静质量的粒子可以衰变成光子,しか而这个由光子こうし组成てきけい统却具有ぐゆうせい质量,いん此一个系统的静质量并不等于组成它的粒子的静质量的和。无论ざいおとろえ变前きさき,这个ふう闭的けい统的せい质量守恒もりつねてき

一个系统如果保持相同的静质量,它必须是ふう闭的,以致ぼつ有能ゆうのうりょう可能かのう热或辐射)以逃离该けい统。外力がいりょく以改变该けい统的动量のうりょうただし该系统的动量のう量的りょうてきあらため变可以维せい质量变。とうぼう些反应将组成该系统的ぼう粒子りゅうしてきせい质量转换成光なるみつのうある热能,ただよう这些こうのうある热能无法从该けい统逃离,该系统的せい质量便びんかいあらため变。ただゆうざい这些のうりょう释放いた该系统周围的环境,该系统才かいしつしずか质量。

相對そうたいろんしつこころ

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せま义相对论なみぼつゆう含牛とみしつこころ所有しょゆう性質せいしつてき對應たいおうしょう相對そうたいろんしつこころ

そう

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すえれつおっと·おくこんてき说法,[12]爱因斯坦本人ほんにんいちじきようmらい表示ひょうじ变质りょう,而不ようmらい表示ひょうじ其它にんなん质量。おくこんかずてき跟随しゃこばめ绝相对论せい质量てき概念がいねん。Arnold B. Arons否定ひていきょう导相对论せい质量てき概念がいねん[13]

年来ねんらいじん们传统上どおり过相对论せい质量てき推导らい进入动力がくてき讨论。质量あずか速度そくどてき关系可能かのうざい主流しゅりゅう课本ちゅう仍有ひさげ及。しか而,最近さいきん越来ごえくえつじんうけたまわ认相对论せい质量一个麻烦和令人生疑的概念。[れい如, Okun (1989)页面そん档备份そん互联网档あん).]合理ごうり严格みちいたりしょう对论动力がく直接ちょくせつ发展以保证在所有しょゆう参考さんこうけいちゅう动量守恒もりつねてき动量:

 

而不どおり过相对论せい质量。

另一方面ほうめん,T. R. Sandin うつしどう[14]

あい对论せい质量てき概念がいねん为对せま义相对论はつ学者がくしゃてききょう导带らいりょう一致いっちせい简单。れい如, 优美地表ちひょう达了简化りょうてきのうりょうあずか质量てきとうどう些声たたえ使用しようしょう对论せい质量てきじん其实也使用しようりょうしょう对论せい质量,そく使つかい以相对论せい质量てき名字みょうじとう们在こう虑一个由许多粒子组成的系统的时候。あい对论せい质量并不决于作用さようりょく速度そくど间的角度かくど,这意味いみ它脱离牛顿第定律ていりつ不正ふせい确的使用しよう

必须注意ちゅういてき质量速度そくどてき关系れい

 

蕴含速度そくどしょう对于一个参考系测量的。

註腳

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  1. ^ 约瑟おっと·汤姆孙, 关于带电物体ぶったいてき运动造成ぞうせいてき效果こうか(On the Effects produced by the Motion of Electrified Bodies), Phil. Mag., 1881, 11: 229 
  2. ^ かど·维恩, Über die Möglichkeit einer elektromagnetischen Begründung der Mechanik, Annalen der Physik, 1900/1901, 5: 501–513 [2008-04-22], (原始げんし内容ないようそん于2021-03-22) 
  3. ^ Abraham, M., Prinzipien der Dynamik des Elektrons (PDF), Annalen der Physik, 1903, 10: 105–179 [永久えいきゅう失效しっこう連結れんけつ]
  4. ^ Lorentz, H.A., Simplified Theory of Electrical and Optical Phenomena in Moving Systems, Proc. Roy. Soc. Amst., 1899: 427–442 [2008-04-22], (原始げんし内容ないようそん于2008-12-05) 
  5. ^ Abraham, M., Prinzipien der Dynamik des Elektrons (PDF), Physikalische Zeitschrift, 1902, 4 (1b): 57–62 [2008-04-22], (原始げんし内容ないようそん (PDF)于2021-03-22) 
  6. ^ おもね尔伯とく·爱因斯坦, Zur Elektrodynamik bewegter Körper (PDF), Annalen der Physik, 1905, 17: 891–921 [2008-04-22], (原始げんし内容ないよう (PDF)そん档于2008-02-27)  English translation页面そん档备份そん互联网档あん
  7. ^ おもね尔伯とく·爱因斯坦., Über eine Methode zur Bestimmung des Verhältnisses der transversalen und longitudinalen Masse des Elektrons (PDF), Annalen der Physik, 1906, 21: 583–586 [2008-04-22], (原始げんし内容ないよう (PDF)そん档于2008-02-29) 
  8. ^ おもね尔伯とく·爱因斯坦, Ist die Trägheit eines Körpers von dessen Energieinhalt abhängig? (PDF), Annalen der Physik, 1905, 18: 639–643 [2008-04-22], (原始げんし内容ないよう (PDF)そん档于2005-01-24)  See also the English translation页面そん档备份そん互联网档あん
  9. ^ usenet physics FAQ. [2006-01-15]. (原始げんし内容ないようそん于2007-06-30). 
  10. ^ R. Tolman, 哲学てつがく杂志(Philosophical Magazine) 23, 375 (1912).
  11. ^ Tolman, R. C. あい对论、热力がく宇宙うちゅうがく(Relativity, Thermodynamics, and Cosmology). 牛津うしづ(Oxford): Clarendon Press. 1934. LCCN 340-32023.  再版さいはん (1987) New York: Dover ISBN 978-0-486-65383-9.
  12. ^ Lev B. Okun. 质量てき概念がいねん(The Concept of Mass) (PDF). こんてんてき物理ぶつりがく(Physics Today). 1989ねん7がつ, 42 (6): 31–36 [2008-04-22]. (原始げんし内容ないようそん (PDF)于2008-12-17). 
  13. ^ Arnold B. Arons, はつ级物理学りがく教育きょういく指南しなん(A Guide to Introductory Physics Teaching) (1990, page 263); also in きょう导初级物理学りがく(Teaching Introductory Physics) (2001, page 308)
  14. ^ T. R. Sandin. 维护しょう对论せい质量(In defense of relativistic mass). American Journal of Physics. Nov 1991, 59 (11). 

相關そうかん條目じょうもく

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外部がいぶ連結れんけつ

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