Не растет масса: Как нарастить мышцы, набор мышечной массы

Инвариантная масса • Физика элементарных частиц • LHC на «Элементах»

Инвариантная масса — исключительно важная характеристика коллектива частиц, описывающая их разлет относительно друг друга. Без измерения и обсуждения инвариантной массы не обходится практически никакой анализ современных коллайдерных данных. Однако прежде, чем рассказывать об инвариантной массе, начнем с одного недоразумения, касающегося понятия массы.

Масса не растет со скоростью!

Есть широко распространенное убеждение, что масса растет со скоростью; ее часто называют «релятивистской массой». Это убеждение основано на неправильной интерпретации связи между энергией и массой: мол, раз с увеличением скорости растет энергия, значит растет и масса. Это утверждение встречается не только во многих популярных книжках, но и в школьных и даже в вузовских учебниках физики.

Это утверждение неверно (для пущей педантичности см. приписку ниже мелким шрифтом). Масса — в том виде, в котором это слово понимает современная физика, и в особенности физика элементарных частиц, — от скорости не зависит. От скорости зависит энергия частицы и ее импульс, при околосветовых скоростях меняются законы динамики и кинематики. Но масса частицы — величина, которая связана с полной энергией E и импульсом p формулой

m² = E²/c⁴ – p²

/c²,

остается неизменной. В популярных материалах эту величину называют «массой покоя» и противопоставляют ее «релятивистской массе», но подчеркнем еще раз: это разделение проводится только в популярных материалах и в некоторых курсах физики. В современной физике нет никакой «релятивистской массы», в ней есть только «масса», определенная этим уравнением. Термин «релятивистская масса» — это неудачный прием популяризации физики, давным-давно уже от настоящей физики оторвавшийся.

Для читателя, который уже наслышан об этой проблеме, а может быть, даже поучаствовал в спорах по поводу нее, такая точка зрения может показаться несколько «экстремистской». Ведь формально мы можем ввести понятие релятивистской массы и переписать все уравнения с помощью нее, а не настоящей массы, и никакой математической ошибки мы при этом не совершим. Так почему же «релятивистскую массу» лишают права на существование?

Дело в том, что этот термин бесплоден с научной точки зрения и вреден с педагогической. Во-первых, опыт показывает, что он вовсе не упрощает понимание теории относительности (если под пониманием подразумевать что-то большее, чем просто знание нескольких слов). Во-вторых, он сбивает с толку «житейскую интуицию» непосвященного читателя и часто приводит его к ошибочным умозаключениям (например, о том, что тело, движущееся со скоростью, достаточно близкой к скорости света, неизбежно превратится в черную дыру из-за «возросшей массы»). Этот термин подспудно настраивает интуицию читателя на принятие выводов о том, что с частицей могут происходить изменения, зависящие от системы отсчета. И наконец, — повторим снова! — «релятивистская масса» не соответствует ни одной реальной характеристике частицы, которые знает современная физика; это исключительно прием популяризации физики.

Поэтому с образовательной точки зрения намного полезнее вообще не вводить этот термин.

Подробнее про происхождение и вред этого заблуждения см. в многочисленных публикациях выдающегося физика Льва Борисовича Окуня, например в заметке «Релятивистская» кружка.

Инвариантная масса

Пусть у нас есть две частицы с энергиями E₁ и E₂ и импульсами p₁ и p₂ (жирный шрифт указывает на то, что импульс — вектор). Это могут быть две сталкивающиеся или две разлетающиеся частицы, неважно. Их массы, разумеется, вычисляются по энергиям и импульсам в соответствии с приведенной выше формулой.

Мы хотим теперь что-то узнать о свойстве этой пары частиц как единой системы. Мы можем написать полную энергию E₁₂ и полный импульс p₁₂ этой системы, E₁₂ = E₁ + E₂, p₁₂ = p₁ + p₂, при этом импульсы суммируются как вектора. А значит, мы можем вычислить и некую похожую на массу величину m₁₂ по формуле

m₁₂² = E₁₂²/c⁴ – p₁₂²/c².

Эта величина m₁₂ и называется инвариантной массой пары частиц. Ее важнейшее свойство состоит как раз в том, что она инвариантна, то есть не зависит от системы отсчета, в которой мы проводим вычисление (хотя энергии и импульсы зависят).

Обратим внимание, что инвариантная масса вовсе не равна сумме масс двух частиц! Более того, несложно доказать, что m₁₂ ≥ m₁ + m₂, причем равенство возможно только тогда, когда две частицы движутся с одинаковыми скоростями (то есть первая частица покоится с точки зрения второй). Итак, для пары частиц у нас имеются три независимых характеристики, не зависящие от системы отсчета: m₁, m₂ и m₁₂.

Если мы изучаем не две частицы, а больше, то инвариантные массы по этим правилам можно сосчитать не только для всей системы целиком, но и для любой пары, тройки и вообще любой комбинации этих частиц. Заметьте, что сосчитав эти массы, мы еще ничего не утверждаем про сами частицы, про их происхождение, про то, в каких «отношениях» они состоят друг с другом. Это просто дополнительные кинематические величины, которые не зависят от системы отсчета.

Инвариантная масса как «метка» происхождения частиц

Инвариантная масса характеризует, насколько бурно частицы разлетаются друг от друга, насколько интенсивен этот разлет (или их столкновение, если речь идет о сталкивающихся частицах). Говоря совсем упрощенно, если разлет частиц представить себе как «микровзрыв» коллектива частиц, то инвариантная масса характеризует «энергетический баланс» этого микровзрыва. Для примера на рис. 1 показаны две ситуации, в которых энергии двух частиц E₁ и E₂ и модули их импульсов |p₁| и |p₂| одни и те же, но инвариантные массы разные.

Главная польза от инвариантной массы в том, что она помогает узнать происхождение этих частиц: получились ли они от распада какой-то одной промежуточной нестабильной частицы или же родились в разных процессах. В первом случае их инвариантная масса примерно совпадает с массой этой нестабильной частицы, а во втором случае она может быть произвольной. Этот прием сплошь и рядом используется при анализе результатов столкновений элементарных частиц; именно с помощью него мы узнаем о быстротечном существовании нестабильных частиц и умеем отделять разные типы событий друг от друга.

Возьмем ставший уже знаменитым пример: поиск хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере через его распад на два фотона. Если хиггсовский бозон рождается в столкновении, он может распасться на два фотона (рис. 2, слева). Но такая же пара фотонов может получиться и сама по себе, безо всяких промежуточных частиц, просто за счет излучения фотонов кварками (рис. 2, справа). Детектор в обоих случаях увидит пару фотонов и не сможет сказать, за счет чего они появились. Просто детектируя фотоны, мы не сможем доказать, что у нас действительно иногда происходит рождение и распад бозона Хиггса.

На помощь приходит изучение инвариантной массы двух фотонов m_γγ. В каждом конкретном событии с двумя фотонами надо вычислить эту инвариантную массу, а затем подсчитать, сколько событий с какой инвариантной массой у нас получилось, и построить график: количество событий в зависимости от m_γγ. Если хиггсовского бозона в данных нет (или пока не видно), эта зависимость будет плавной — ведь энергии и импульсы двух фотонов не связаны, поэтому инвариантная масса может получиться какой угодно. Если же хиггсовский бозон есть, на графике должен проступить бугорок. Этот бугорок — это те дополнительные события, которые получились именно за счет рождения бозона Хиггса и его распада на два фотона. Положение бугорка укажет на массу бозона, а его высота — на интенсивность этого процесса.

На рис. 3 показаны данные детектора ATLAS по результатам 2011-го и 2012 года в области инвариантной массы двух фотонов от 100 до 160 ГэВ. Виден более-менее плавный фон, уменьшающийся с ростом m_γγ и вызванный как раз независимым рождением двух фотонов. И на этом фоне хорошо заметен нужный бугорок в районе 125 ГэВ. Он не слишком сильный, но благодаря маленьким погрешностям у него большая статистическая значимость, а значит, существование новой частицы, распадающейся на два фотона, можно считать экспериментально доказанным.

Дополнительная литература:

• Г. И. Копылов. «Всего лишь кинематика», вып. 11 библиотечки «Квант».

Как эффективнее набирать мышцы и жечь жир на дефиците калорий

  Подписывайся на Telegram-канал «Зожник»

Более 60 научных исследований было изучено для подготовки этой статьи. Даже на большом дефиците калорий возможно увеличение мышечной массы, но все зависит от множества факторов.

Итак, для начала резюме в виде таблицы. Если вы регулярно тренируетесь, то исследования говорят о том, что вы вполне можете набирать и мышечную массу и силу.

Причем, чем выше у вас тренированность и ниже процент жира – тем сложнее сбрасывать жир и набирать мышцы на дефиците калорий.

* Приведенные в таблице данные основаны на научных исследованиях, но важно понимать, что исследования носят усредненный характер и не во всех 100% случаев подтверждаются на практике. Конечный результат зависит от множества факторов и вот самые важные из них: возраст, пол, уровень тренированости, величина дефицита калорий, процент жира, объем сна, качество восстановления, сколько кардио вы делаете и генетика. 

Можно ли набирать мышцы на дефиците калорий

Да, можно и вот ключевые данные и ссылки на исследования.

1. Мы можем терять мышечную массу при дефиците калорий без силовых тренировок. (Villareal et al., 2016). Однако при силовых тренировках на дефиците калорий мышечная масса не уходит (Stiegler and Cunliffe 2006; Miller et al., 2013; Churchward-Venne et al., 2013; Trexler et al., 2014; Helms et al., 2014a; Helms et al. , 2014b; Murphy et al., 2014; Hulmi et al., 2016).
2. Для сохранения мышечной массы необходим небольшой дефицит калорий – около 500 ккал/сутки (Garthe et al., 2011; Sundgot-Borgen and Garthe, 2011; Trexler et al., 2014; Helms et al., 2014a; Murphy et al., 2014; Khodaee et al., 2015; Manore et al., 2015; Hulmi et al., 2016). Если же дефицит калорий очень большой, это приводит к большей мышечной атрофии (Chaston et al., 2007).
3. Еще к вопросу о резком сокращении калорийности: есть длинный перечень негативных эффектов из-за быстрой потери веса – гормональные, психологические и физиологические.(Sundgot-Borgen and Garthe, 2011; Franchini et al., 2012; Trexler et al., 2014; Khodaee et al., 2015; Manore et al., 2015; Hulmi et al., 2016; Aloui et al., 2016; Hulmi et al., 2016).
4. Для сохранения мышечной массы нужно придерживаться питания с высоким содержанием белка. В некоторых исследованиях советуют 1.5-1.8 г белка на 1 кг массы тела в день, в некоторых более 2 г на 1 кг (Stiegler and Cunliffe 2006; Wycherley et al. , 2012; Churchward-Venne et al., 2013; Pasiakos et al., 2013; Phillips, 2014; Trexler et al., 2014; Helms et al., 2014; Helms et al., 2014a; Murphy et al., 2014; Manore et al., 2015; Kim et al., 2016; Hulmi et al., 2016).

Опять же следует упомянуть и про вклад генетики. Научные исследования доказывают, что результаты разных людей на одинаковую нагрузку сильно разнятся.

Вот к примеру, насколько разной была прибавка мышечной массы (в %) у атлетов за 12 недель тренировок.

На графике слева – атлеты, питавшиеся контролируемо с профицитом калорий, справа – питавшиеся в обычном для себя режиме (как им нравится). Исследование: 

Garthe et al., 2012 

Такой разный результат ученые объясняют именно генетической предрасположенностью. В большом количестве исследований доказали, что реакция разных людей на одинаковые тренировки – разная и что есть те, кто хорошо набирает мышечную массу и те, кто плохо, независимо от прочих условий.

Дефицит калорий при низком проценте жира

Если вы на дефиците калорий и при этом с низким процентом жира (для мужчин, к примеру, это менее 7-10%, вот тут подробнее как измерить процент жира в организме), то скорее всего будете терять и мышечную массу. Для женщин критический процент жира намного выше.

Есть исследование, в котором женщины в ходе подготовки к соревнованиям по бодибилдингу все же теряли на дефиците калорий не только жир, но и мышцы. Это связано не только с высокой тренированностью, но и с достижением очень низкого для женщин процента жира – атлетки достигли 12% и ниже.

Для сравнения: девушки, больные анорексией, имеют средний процент жира 9-13% (Mayo-Smith, 1989; Mayer et al., 2005).

Некоторые эксперты проводят параллель: 12% жира у женщин примерно соответствует 4% жира у мужчин.

Отдельно следует сказать, что экстремально низкий процент жира крайне вреден для здоровья, но это отдельная тема.

На этом графике показано, как изменилась масса жира (синие столбики) и мышечная масса (бежевые) у 27 атлеток в ходе подготовки к соревнованиям по бодибилдингу. 

Источник: исследование Hulmi et al., 2016.

Как видно из графика, все девушки, находясь на дефиците калорий, заметно снизили жировые запасы, а вот увеличить мышечную массу удалось лишь 7 из 27.

Как эффективнее всего набирать мышцы и жечь жир на профиците

Профицит калорий считается верным спутником всех, кто хочет набрать мышечную массу. Причем, чем больше профицит, тем лучше растут и мышцы. Однако при слишком большом избытке калорий вместе с мышцами отлично прирастает и жир.

Посмотрите, какая огромная разница в приросте жира между теми, кто ел 3600 ккал/сутки (белые столбцы) и 3000 ккал/сутки (черные) при том, что разница в приросте мышц относительно небольшая:

Источник: Garthe et al., 2012

В целом исследования говорят о том, что чем больше калорий и чем больше белка вы потребляете – тем лучше растут мышцы.

На этих графиках показана зависимость роста мышечной массы (вертикальная шкала) от объема потребленных калорий (первый график) и от объема потребления белка:

Источник: Bray et al., 2012 

Как видите – чем больше белка – тем лучше растут мышцы даже при одинаковом потреблении калорий.

Соответственно, чем меньше белка вы едите, тем больше калорий нужно потреблять, чтобы получить рост мышц.

Обратите внимание на еще один интересный график – зависимость от объема потребленного белка при профиците калорий.

Источник: Bray et al., 2012 

Обратите внимание – те, у кого в рационе было только 5% белка при росте массы теряли мышечную ткань и набирали жир. 

Как эффективнее всего набирать мышцы и жечь жир на дефиците калорий

Эксперты сходятся в том, что выбирать стратегию по набору мышечной массы при дефиците калорий, лучше всего для новичков или тех, у кого высокий процент жира. Если оба варианта про вас – еще лучше.

Если же вы атлет с большой мышечной массой и низким процентом жира, вероятно, на дефиците калорий может не получиться и набирать мышцы, и топить жир. Согласно исследованиям (Helms et al., 2014b; Rossow et al., 2013; Kistler et al., 2014; Huovinen et al., 2015), чем лучше композиция вашего тела, тем сложнее набирать мышцы на дефиците калорий.

На этом графике показано: чем выше процент жира (горизонтальная шкала), тем хуже прирост сухой (безжировой) массы тела (вертикальная шкала) у 8 участников исследования, находившихся на дефиците калорий.

Источник: Huovinen et al., 2015.

А на этом графике демонстрируется, что небольшой дефицит калорий позволяет лучше вырасти силе мышц в разных упражнениях, чем большой дефицит:

 

Источник:  Garthe et al., 2011

В целом исследования показывают, что сила растет легче, чем мышечная масса на дефиците калорий.

Резюме, как эффективнее растить мышцы и жечь жир на дефиците:

• Одновременный рост мышечной массы и сжигание жира – возможны и особенно эффективны у новичков и людей с большой долей жира (более 20% у мужчин). Чем меньше доля жира, тем сложнее набирать мышцы и жечь жир на дефиците калорий. И наоборот: чем больше в организме жира – тем легче растить мышц и жечь жир на дефиците.
• Потребление белка имеет важное значение: чем больше белка вы едите, тем лучше растут мышцы при той же калорийности питания (в том числе и на дефиците калорий). Рекомендуемые нормы белка 1.5-2 г на 1 кг массы тела в день.
• Сила мышц растет на дефиците калорий легче, чем масса.
• При профиците калорий мышечная масса набирается легче, однако, при значительном профиците – значительная доля непотраченной энергии запасается в виде жира. Поэтому эксперты рекомендуют: эффективнее всего придерживаться небольшого профицита – в пределах 500 ккал в день.
• Если вы атлет с низким процентом жира, то возможно продолжать совершенствовать свое тело на дефиците калорий при следующих благоприятных факторах: высокое потребление белка (2 г на 1 кг тела в день), небольшой дефицит калорий (менее 500 ккал в сутки), достаточное количество сна и времени на восстановление, отсутствие стресса, генетическая предрасположенность и адекватная тренировочная программа. Проще говоря, чем лучше вы выглядите, тем сложнее вам даются каждые следующие граммы и сантиметры.

Источник: sci-fit.net

Перевод: Зожник

 

 

Читайте также на Зожнике:

Саркопения: чем старше, тем важнее тренировки

Избыток белка: насколько это вредно

«Надо бы заняться здоровьем»: размазываем отмазки

Достаточно ли я занимаюсь?

8 причин почему вы не худеете даже на дефиците калорий

специальная теория относительности. Почему возникают споры о том, увеличивается ли масса со скоростью?

Задавать вопрос

спросил 8 лет, 8 месяцев назад

Изменено 9 месяцев назад

Просмотрено 17 тысяч раз

$\begingroup$

Одни люди говорят, что масса увеличивается со скоростью, а другие говорят, что масса объекта не зависит от его скорости.

Я понимаю, что некоторые (хотя и не многие) вещи в физике являются предметом интерпретации, основанной на определениях. Но я не могу понять, как оба могут быть «истинными» в любом смысле этого слова.

Либо масса увеличивается, либо нет, верно?

Разве мы не можем просто измерить это и выяснить, какая «интерпретация» верна? Например. нагревая некоторые частицы в ящике (каким-то изощренным способом) и измеряя их вес?

---

ОБНОВЛЕНИЕ:

Итак, у меня есть два одинаковых контейнера с одинаковым количеством воды, поставленные на одинаковые весы в одном гравитационном поле. Если в одном сосуде вода более горячая, будет ли показание на его шкале больше, чем в другом? Если ответ положительный, а $g$ остается постоянным, означает ли это, что $m$ в $W=mg$ увеличилось?

• специальная теория относительности
• масса
• скорость
• масса-энергия

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Никаких разногласий или двусмысленностей. Массу можно определить двумя разными способами, но: (1) выбор определения ничего не меняет в предсказаниях результатов эксперимента, и (2) определение стандартизировано уже около 50 лет. Все релятивисты сегодня используют инвариантную массу. Если вы сталкиваетесь с теорией относительности, в которой обсуждается изменение массы в зависимости от скорости, то это не неправильно в смысле неправильных предсказаний, но устарело на 50 лет.

Например, импульс массивной частицы задается согласно определению инвариантной массы как

$$ p=m\gamma v,$$

где $m$ — фиксированное свойство частицы, не скорость. В книге администрации Рузвельта вы можете найти для одномерного движения

$$ p=mv,$$

, где $m=\gamma m_0$, а $m_0$ — инвариантная величина, которую мы сегодня называют просто массой. Оба уравнения дают одинаковый результат для импульса.

Хотя определение «массы» как инвариантной массы было универсальным среди профессиональных релятивистов на протяжении многих десятилетий, современное использование очень медленно просочилось в обзорные учебники, используемые в старших классах и на курсах физики для первокурсников. Эти книги написаны людьми, которые не являются специалистами во всех областях, о которых они пишут, поэтому часто, когда авторы пишут о теме, выходящей за рамки их области знаний, они повторяют то, чему научились, когда были студентами. Опрос [Oas 2005] показывает, что примерно с 19С 70 по 2005 год большинство «вводных и современных учебников по физике» перешли от использования релятивистской массы к использованию инвариантной массы (рис. 2). Однако релятивистская масса все еще чрезвычайно распространена в популяризациях (рис. 4). Некоторое дальнейшее обсуждение истории дано в [Окунь 1989].

Оас не затрагивает конкретно вопрос о том, используется ли релятивистская масса в текстах, предназначенных для старшекурсников по специальной теории относительности. Я настолько заинтересовался этим вопросом, что попытался найти ответ. Покопавшись на веб-сайтах различных университетов, я обнаружил, что во многих школах до сих пор используются старые учебники. Массачусетский технологический институт все еще использует французский язык (1968), а некоторые другие школы также все еще используют книги 20-го века, такие как Риндлер или Тейлор и Уилер. Некоторые книги 21-го века, о которых, кажется, говорят люди, — это «Хеллиуэлл», «Вудхаус», «Хартл», «Стейн» и «Цампарлис». Из них Стин, Цампарлис и Хеллиуэлл решительно выступают против релятивистской массы. (Цампарлис использует термин «релятивистская масса» для обозначения инвариантной массы и выступает за отказ от «вводящего в заблуждение» термина «масса покоя».) и количества, зависящие от системы отсчета, но никогда не определяющие «массу». Я еще не узнал, чем занимается Хартл. Но в любом случае из этой ненаучной выборки кажется, что в книгах, написанных на этом уровне, инвариантная масса почти полностью взяла верх.

Оас, «О злоупотреблении и использовании релятивистской массы», 2005 г., здесь.

Окунь, «Понятие массы», 1989, здесь.

$\endgroup$

5

$\begingroup$

Как и в «Ответе» Бена Кроуэлла, концепция «релятивистской массы» не является неправильной, но она неудобна . Есть несколько вещей, которые может подразумевать свободное использование слова «масса», все разные, и поэтому становится строгим соглашением говорить о значении слова «масса», которое является инвариантом Лоренца, а именно масса покоя , которая является квадратной «нормой» Минковского 4-вектора импульса. Учитывая его инвариантность, вам не нужно указывать слишком много, чтобы указать его полностью, и поэтому он с наименьшей вероятностью вызовет путаницу.

Вот проблеск путаницы, которая может возникнуть из-за использования слова масса. Для большинства физиков, когда они изучают этот материал, в первый раз, когда они видят «массу», они думают о константе во втором законе Ньютона. Итак, что плохого в расширении этого определения? Разве мы не можем определить массу как константу, связывающую ускорение с силой? Можно, но это зависит от угла между силой и скоростью! «Инерция» тела выше, если попытаться толкнуть его по направлению движения, чем при попытке ввести поперечное ускорение. 3\,m_0\,a_z$, где $m_0$ – масса покоя, $f_z$ – составляющая силы вдоль движения тела, а $a_z$ – ускорение, порожденное этой силой. Однако под прямым углом к ​​движению «инерция» становится $\gamma\,m_0$ (термин, называемый в старой литературе релятивистской массой), 93\,м_0$. Далее, мы могли бы определить его как постоянную связь импульса и скорости. Как и в ответе Бена, мы получим $\gamma\,m_0$. Мы можем вычислить $\vec{f}=\mathrm{d}_t\,(\gamma\,m_0\,v)$ правильно, но не $\vec{f}=\gamma\,m_0\,\vec{ a}$ не работает не только потому, что $\gamma$ переменная, но и потому, что «инерция» зависит от направления между силой и скоростью.

Таким образом, «инерция» (сопротивление изменению состояния движения силами) действительно меняется с относительной скоростью. Можно описать это явление с помощью релятивистской массы, но это неудобно, осложняется, в частности, тем, что «инерция» зависит от угла между силой и движением. Гораздо менее запутанно описывать динамические явления, ковариантные по Лоренцу, , т. е. , путем соотнесения четырех сил и четырех импульсов, и для выполнения этих расчетов используется инвариантная масса покоя Лоренца.

$\endgroup$

0

$\begingroup$

Нет споров о том, увеличивается масса или нет, есть споры о том, что вы называете массой. Одно из возможных определений состоит в том, что вы рассматриваете систему покоя некоторого объекта и называете $\tfrac{F}{a}$, которую вы там измеряете (для небольших ускорений), массой. Это понятие массы не может изменяться со скоростью, потому что по определению оно всегда измеряется в кадре, где скорость равна нулю.

Нет ничего неправильного в таком образе мышления, это в основном вопрос математической аксиомы. Только не очень полезно требовать кадр покоя, потому что мы постоянно имеем дело с движущимися объектами ¹ . 2}}$ будет. Поэтому разумно сказать, что это реальная масса электрона, как видно из лабораторной системы координат.

---

¹ _{В самом деле, вы можете возразить, что никогда невозможно по-настоящему войти в остальную часть кадра. В макроскопических объектах у вас будет тепловое движение, которое вы не сможете отследить, и, что более важно, всегда будут квантовые флуктуации.}

---

Отредактируйте , как отмечено в комментариях, среди физиков, конечно, не будет разногласий о том, какое определение массы имеется в виду: они будут правильно указывать свое, обычно просто следуя соглашению о инвариантная масса . Это можно легко рассчитать для любой данной системы, исходя из общей энергии и импульса, а не из фактического движения компонентов (которое, опять же, вы не можете отследить). Тем не менее, это все еще оставляет место для путаницы для незнакомых людей, потому что, увеличивается или нет инвариантная масса при ускорении объекта, зависит от того, рассматриваете ли вы массу некоторой более крупной системы, скажем, с какой-то гораздо более тяжелой стационарной целью, или ускоренный объект сам по себе. . Это может показаться нелогичным, поэтому, когда вы слышите отчеты об одном и том же эксперименте, основанные на любом из этих «системных» определений, вы думаете, что существует противоречие, хотя на самом деле в отчетах просто говорится о разных вещах.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Некоторые люди говорят, что «масса увеличивается со скоростью». Некоторые люди говорят, что масса объекта не зависит от его скорости. я понимаю как некоторые вещи в физике — это вопрос… определений. Но я не могу понять, как оба могут быть «истинными» в любом смысле этого слова. Либо масса увеличивается, либо нет, верно? Разве мы не можем просто измерить это… нагреть некоторые частицы в коробка и измерьте их вес .

Мастерски представлены технические детали вопроса. Я попытаюсь дать вам более простое «удобное» объяснение. Вы вносите некоторую путаницу в свой собственный пост, между массой и весом , и если / когда вы уточните, что это может помочь вам правильно сфокусировать проблему .

Предположим, вы можете буквально подсчитать (электроны/протоны-атомы) вашего тела, считая в среднем атом углерода 12. Это число является безразмерным, абсолютным ( 9{27}$ атомов. Эта масса является реальной массой вашего тела, и она никогда не может/не будет увеличиваться.

Теперь предположим, что вы взвешиваете свое тело на Земле, затем на Луне, а затем на Юпитере, что вы получаете? что ваша «масса» видимо увеличивается и уменьшается. Вы, кажется, приняли это, забыв, что ваше тело состоит из того же количества атомов.

До сих пор вы соглашались с тем, что одна и та же масса может «наблюдаться» как имеющая разные значения в различных обстоятельствах, в данном случае: гравитация. 9{27}$ атомов.

В этом случае, помимо гравитации, вы можете найти более простое, «рациональное» объяснение, которое может облегчить вам его понимание и принятие: энергия (кинетическая, тепловая и т. д.), связанная в теле, имеет крошечную « к нему прикреплена масса/вес, что временно увеличивает его «вес»

Мы не можем просто измерить это… нагреть некоторые частицы в коробка и измеряют свой вес .

Непонятно, что вы этим пытаетесь доказать, но если вы нагреете материю, то ее вес изменится, в том числе за счет «гравитации»

Если у вас есть абсолютно одинаковые предметы, имеющие одинаковый вес именно тогда, когда они имеют одинаковую температуру, то когда один объект нагретый, он будет весить больше. Это связано с тем, что гравитационная сила зависит от тензора энергии напряжения в общей теории относительности. Стресс Компонента тензора энергии 00 представляет собой полную энергию тела, которая включает массу покоя плюс кинетическую энергию объекта. Разница температур означает, что существует разное количество кинетическая энергия при движении атомов двух тел. 92)!

Эта дополнительная масса/вес временно добавляется к вашему телу, и когда оно замедляется или остывает, оно теряет энергию и, следовательно, свой «вес», связанный с ним, и возвращается к своему «истинному» значению. Помогает ли это вам развеять ваши сомнения?

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Нет ничего плохого или неловкого в определении релятивистской массы, и это вместо устарело. Физики do все время ссылаются на релятивистскую массу, они просто называют ее «энергией». Релятивистская масса относится к собственной массе так же, как координатное время к собственному времени — вот и все, а релятивистская масса так же устарела, как и часы.

$\endgroup$

0

$\begingroup$

Если вы когда-нибудь задавались вопросом, как учитывать влияние теории относительности на тело, зависящее от скорости, а именно замедление времени, сокращение длины и увеличение массы, возможно, вам будет полезно обосновать свои мысли, вспомнив, что таких вещей не существует. как абсолютная скорость. Все скорости относительны, что означает, что объект никогда не имеет уникальной скорости, но вместо этого он одновременно имеет все возможные скорости относительно каждой возможной системы отсчета.

Предположим, у вас в руке килограммовая гиря. Его собственная масса составляет килограмм. Пока вы держите объект неподвижно в руке, он движется со скоростью 0,5с относительно одной системы отсчета, 0,00001с относительно другой, 0,9999999с относительно третьей и так далее до бесконечности. В каждой из этих систем эффективная масса объекта, т. е. отношение между приложенными к нему силами и его результирующим ускорением, будет иметь различное значение. Ясно, что собственная масса объекта в вашей руке не может одновременно иметь разные значения, поэтому она должна оставаться независимой от системы отсчета. Его эффективная масса зависит от системы отсчета, но его собственная масса постоянна.

То же самое относится и к сокращению длины. Метровая линейка в вашей руке одновременно движется с произвольно возможными скоростями в других системах отсчета, в которых ее сокращенная длина может принимать любое значение, меньшее метра. Ясно, что он не может иметь одновременно бесконечное число внутренних длин, поэтому сокращение длины — это эффект, существующий только в системах отсчета, движущихся относительно правила метра — сама линейка не сжимается.

Аналогично с замедлением времени. Ваше сердце бьется с определенной скоростью. Если смотреть из системы отсчета, движущейся со скоростью, близкой к скорости света, может показаться, что ваше сердце бьется только раз в год. Ясно, что внутренняя частота, с которой бьется ваше сердце, не меняется.

Все эффекты относительности «реальны» в том смысле, что их можно наблюдать и измерять, но они «реальны» только в системе отсчета, движущейся относительно объекта, который кажется подверженным эффекту. Сам объект, по сути, не меняется. Более того, все эффекты возникают непосредственно из-за того, что движущиеся друг относительно друга системы отсчета не имеют общих плоскостей одновременности, а их оси времени наклонены друг относительно друга. Именно тот факт, что в разных кадрах они видят объект в разные комбинации времени, вызывает наблюдаемые эффекты.

$\endgroup$

$\begingroup$

Потому что, к сожалению, он получил ярлык «релятивистской массы», что придало ему своего рода бессознательную легитимность.

Я предлагаю вместо этого назвать его «направленная масса». Это ИМО, гораздо менее вероятно, будет воспринято всерьез как концепция.

С этого момента я собираюсь делать это сам, и посмотрим, как это получится.

$\endgroup$

$\begingroup$

Итак, у вас есть тело, движущееся с такой скоростью, что его $\gamma$-фактор нельзя пренебречь. Каким образом масса станет манифестной ? Один из способов — через гравитацию: в принципе могли бы существовать весы настолько большие, что они установлены в однородном гравитационном поле, и на одной чаше находится движущееся тело, а на другой — такое же неподвижное тело, и кастрюли настолько велики, что, несмотря на околосветовую скорость движущегося тела, мы успеваем увидеть, сколько массы нужно добавить вместе с неподвижной к остаток остаток; или, может быть, мы могли бы сначала объединить два тела и два ( два , чтобы устранить колебание ) проверить тела, вращающиеся вокруг них, а затем они симметрично разлетаются со скоростью, близкой к световой, и масса выводится из изменения в движении пробных тел: или, может быть, мы могли бы вывести массу из импульса , столкнув движущееся тело с чем-то, или каким-то образом измерив реакцию в том, что приводило их в движение: или через энергия способом, подобным тому, как мы могли бы достичь его через импульс (частицы, образующиеся при столкновении в ускорителе, и тому подобное): или . ..

Да, я понимаю, что вышеизложенное является кропотливым исследованием ; не на самом деле может быть выполнено человеком: но это преднамеренно труд, поскольку я пытаюсь продемонстрировать, что помимо классической динамики, масса равна по существу неотделимо от способа, которым он проявляется . Вы можете проявить это через импульс , и в этом случае непосредственное данное является поведением импульса в релятивистском режиме, или аналогичным образом через энергию ; или вы можете проявить его через гравитацию , и в этом случае непосредственным данным является поведение объектов под действием гравитации , когда они движутся со скоростью, близкой к световой. Ни в коем случае не сама масса непосредственные данные . (Здесь я немного педантичен, кстати, и использую слово «немедленно» буквально буквально для обозначения без посредничества , а не прямо сейчас ). Масса как непосредственная данность на самом деле является классическим понятием, происходящим из способности действительно иметь вещество там , поддающееся исследованию и осязанию, и которое закрепилось как привычка мыслить , что мы могли бы сделать с нарушением, когда мы переходим на относительности парадигмы, так как самим обуславливающим подвижной системы отсчета мы устанавливаем массу как таковую вне досягаемости .

Но тогда я рассматриваю движение по прямой линии конечно. Я не могу найти прямого ответа на вопрос, имеет ли частица, движущаяся по окружности, фактор Лоренца от своей массы. Я думаю, что в этом случае вся система кинетической энергии частицы + ее потенциальная энергия в любом поле равна принуждающий его к круговому движению должен рассматриваться в целом . Но мы знаем, что в ядерных реакциях разница в массе вещества от до -реакции до после -реакции равна (выделяемой энергии)÷ c ²: что есть очень тщательно установлено экспериментально ; а мы говорим о массе, рассматриваемой в совершенно необычном смысле — весимом на весах . Вклад в общую массу вносят как потенциальная энергия связи частиц вместе, , так и кинетическая энергия движения частиц вокруг друг друга. И часть этой потенциальной и кинетической энергии может быть извлечена как энергия в обычном смысле ; а общая масса равна массе в обычном смысле . Отсюда может показаться, что, может быть, релятивистская масса не есть вообще просто целесообразная абстракция.

Таким образом, тело, движущееся по прямой линии с релятивистски значимой скоростью, практически не поддается взвешиванию, хотя физически реалистично — хотя и не реализуемо человеком — означает, что можно только придумать для ( опосредованно ) взвешивания тело, движущееся с релятивистски значимой постоянной скоростью прямолинейно; тогда как субатомных частиц, движущихся с высокой скоростью внутри частиц материи, составляют систему, в которой вклады в общую массу кинетическая энергия их движения и потенциальная энергия их связывания не могут быть просто отделены друг от друга в релятивистском режиме. .. хотя система в целом вполне может быть просто взвешиваемой.

В поисках конкретизации этого ограниченного нелинейного релятивистского движения, единственные две, которые я могу найти, по существу также квантовая механическая: первая — атомная — это движение электронов в атом. С этим справляется довольно сложный и сложный 92$, на самом деле, так как условия, как правило, даже . В соответствии с этим релятивистские эффекты становятся тем более значительными, чем выше периодическая таблица, и объясняют определенные возникающие аномалии, такие как желтое золото и более электроположительный цезий, чем франций; а также для возможности того, что атом не может даже существовать с $Z>137$, так как указанный ряд расходился бы для такого атома. (Некоторые, однако, говорят, что этот эффект можно обойти , и что этот аргумент на самом деле не исключает существования таких атомов.) Но дело здесь в том, что при таком рассмотрении атома перестает существовать какой-либо эквивалент великолепной теоремы вириала , согласно которой полная энергия равна отрицательной кинетической энергии, а потенциальная энергия равна в два раза больше энергии в сумме — такого рода сегрегация исчезает, и все это сводится к одной только энергии в сумме . Итак, релятивистская масса электрона и соответствующая ему энергия становятся полностью объединенными с полной энергией системы. Другая система — это система кварков, составляющих барионы: движение здесь, безусловно, ультрарелятивистское , но есть , безусловно, , и нечего больше говорить о «форме» кваркового «пути»! Все, что есть , давно исчезло с ! Вы могли бы прочитать, что масса покоя кварков (а у вас даже не может быть свободные кварки все равно ! откуда возникают разногласия по поводу даже определяющих массу покоя кварков при всех ! ) представляет собой малую (или незначительную) долю массы бариона, и эта масса в значительной степени обусловлена ​​ энергией связывания и движения кварков. Итак, здесь мы имеем релятивистскую массу, являющуюся очень осязаемой, но наряду с тщательным срывом любой надежды приписать ее хорошему фактору Лоренца с хорошим $\beta$ & $\gamma$ и всем прочим.

Является ли движение частиц в циклотроне или синхротроне достаточно замкнутым кругом, чтобы отклонение от приближения линейного движения было существенным в этой связи!?

Я делаю Видите, как сильно нагружено понятие релятивистской массы, но, с другой стороны, не кажется, что вообще можно полностью отбросить.

$\endgroup$

0 92$, только на этот раз $m$ будет зависеть от скорости объекта в выбранной вами системе отсчета.

Мой ограниченный опыт работы с теорией относительности (специальной и общей) показывает, что большая часть путаницы в понимании ее работы возникает из-за непонимания роли системы отсчета. Всякий раз, когда вы хотите что-то рассчитать, вы должны сначала установить систему отсчета (линейку, часы и начало координат как для оси пространства, так и для оси времени). Как только вы это сделаете, вы сможете делать утверждения об изучаемой системе.

Иногда два объекта могут перемещаться относительно друг друга. Обычно вы можете гораздо проще вычислить все об этих изолированных объектах в соответствующих кадрах покоя. Тогда вы должны беспокоиться обо всей системе, и вам нужно установить общую систему отсчета для системы из двух объектов и вычислить все, что вам нужно для расчета (расстояния, скорости, электромагнитные поля) в этой системе отсчета. Для этого вам нужно использовать преобразования (например, преобразования Лоренца или Пуанкаре), чтобы преобразовать величины, которые вы вычислили в системах покоя этих объектов, в общую систему отсчета.

$\endgroup$

0

специальная теория относительности — Почему релятивистская масса тела увеличивается с увеличением его скорости?

Я имею в виду, что «почему» — это забавный вопрос, потому что в конечном итоге вам суждено просто получить ответ «потому что так говорит Вселенная», но я попытаюсь дать самые короткие, самые интуитивные объяснения, которые я могу придумать на несколько уровней ниже. Не стесняйтесь останавливаться всякий раз, когда ответ кажется удовлетворительным. 🙂

1. Ваш вопрос: «Почему релятивистская масса тела увеличивается с увеличением его скорости?»

Мой ответный вопрос: «Ну что такое масса?»

В самом простом смысле масса — это не что иное, как «то, что заставляет вас давить сильнее, когда вы что-то ускоряете».

Если у меня есть два стационарных объекта, один из которых в два раза больше массы другого, и я толкаю оба с одинаковой не смешной скоростью, то больший будет ускоряться в два раза медленнее.

Когда объект движется медленно, величина «толкания», необходимая для ускорения чего-либо, не зависит от того, насколько быстро объект движется. См. второй закон Ньютона.

Когда дело идет быстро, требуется дополнительный «толчок», чтобы заставить его работать. Чем быстрее он идет, тем больше требуется дополнительного «толчка». Если вы хотите разогнать что-то с массой до скорости света, потребуется бесконечное количество силы. Поскольку масса — это то, как мы количественно оцениваем, насколько трудно что-то толкнуть, это означает, что мы думаем об этом как о массе, которая приближается к бесконечности, когда ее скорость приближается к скорости света. 92}}$$

3. Но почему частица получает больший импульс, чем быстрее она движется?

Потому что одиночный фотон света имеет ОДИНАКОВЫЙ импульс независимо от того, с какой точки зрения я смотрю на него. У него тоже такая же скорость. Скорость — это изменение расстояния по сравнению с изменением времени, поэтому, чтобы это было правдой, расстояние и время должны варьироваться в зависимости от вашей инерциальной системы отсчета (перспективы). В частности, если что-то движется относительно меня, единица времени на его внутренних часах будет казаться более длительной, чем на моих. И единица расстояния на его внутренней линейке окажется короче, чем на моей.

Здесь мы вступаем на территорию «жертвовать точностью ради интуиции», поскольку, если мы на самом деле ускоряем релятивистскую частицу, специальная теория относительности на самом деле не применима, но. ..

Давайте представим, что я прикладываю некоторый постоянный импульс (относительный мне) за 1 секунду до этой частицы. По отношению к частице, чем быстрее она движется, тем короче становится 1 секунда с ее точки зрения. Когда он приближается к скорости света, мне понадобится бесконечный импульс (бесконечная сила в течение конечного времени, или конечная сила в течение бесконечного времени, или и то, и другое), придающий ему бесконечный импульс, чтобы заставить его достичь c.

4. Но почему фотон имеет одинаковую скорость независимо от моей системы отсчета?

Потому что электрические поля генерируются зарядами, а магнитные поля индуцируются движущимися зарядами очень специфическим образом. И то, как эти поля заставляют Вселенную вести себя, на самом деле согласуется, хотя сами поля различаются в зависимости от вашей точки зрения (например, в лабораторной системе у заряда есть поле E и поле B, поскольку он движется, но из системы движущегося заряда , поля B нет).