Εάν η μάζα αυξάνεται στο άπειρο, καθώς η ταχύτητα προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός, πώς οι επιταχυντές σωματιδίων χειρίζονται τα σωματίδια σε τέτοιες υψηλές ταχύτητες;
Ακολουθεί μια κατανομή του τι συμβαίνει πραγματικά:
1. Η εσφαλμένη αντίληψη της αύξησης της μάζας:
* Σχετικιστική μάζα: Στο παρελθόν, οι φυσικοί συχνά μίλησαν για την "σχετικιστική μάζα" - την ιδέα ότι η μάζα ενός αντικειμένου αυξάνεται καθώς προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός. Αυτή η ιδέα εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε ορισμένα εγχειρίδια, αλλά δεν είναι ο πιο ακριβής τρόπος να το σκεφτούμε.
* Η σύγχρονη άποψη: Σήμερα, οι φυσικοί καταλαβαίνουν ότι η μάζα είναι αμετάβλητη ιδιότητα ενός αντικειμένου. Δεν αλλάζει με ταχύτητα. Αντ 'αυτού, ποιες αλλαγές είναι η ενέργεια του αντικειμένου και ορμή .
2. Ενέργεια και ορμή στη σχετικότητα:
* Καθώς επιταχύνεται ένα αντικείμενο, η ενέργεια του αυξάνεται. Αυτή η ενέργεια δεν είναι μόνο κινητική ενέργεια (ενέργεια κίνησης), αλλά περιλαμβάνει επίσης συμβολή από τη μάζα ανάπαυσης του αντικειμένου. Αυτό δίνεται από τη διάσημη εξίσωση του Einstein E =MC².
* Η ορμή του αντικειμένου αυξάνεται επίσης.
3. Πώς λειτουργούν οι επιταχυντές σωματιδίων:
* Οι επιταχυντές σωματιδίων λειτουργούν επιταχύνοντας τα σωματίδια σε πολύ υψηλές ταχύτητες. Αυτά τα σωματίδια είναι συνήθως ηλεκτρόνια, πρωτόνια ή ιόντα.
* Το πρόβλημα: Όσο πιο κοντά ένα σωματίδιο φτάνει στην ταχύτητα του φωτός, τόσο περισσότερη ενέργεια απαιτείται για να το επιταχύνει περαιτέρω. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ορμή του αυξάνεται δραματικά.
* Η λύση: Οι επιταχυντές σωματιδίων χρησιμοποιούν ισχυρά μαγνητικά πεδία για να καθοδηγήσουν και να επιταχύνουν τα σωματίδια. Χρησιμοποιούν επίσης μια διαδικασία που ονομάζεται "σύγχρονη επιτάχυνση" για να κρατήσει τα σωματίδια σε συγχρονισμό και να τους εμποδίσει να εξαπλωθούν.
4. Χωρίς άπειρη μάζα:
* Είναι αδύνατο να επιταχυνθεί ένα σωματίδιο στην ταχύτητα του φωτός. Καθώς ένα σωματίδιο προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός, η ενέργεια και η ορμή του αυξάνονται απεριόριστα. Αυτό σημαίνει ότι μια άπειρη ποσότητα ενέργειας θα πρέπει να φτάσει στην ταχύτητα του φωτός, η οποία είναι φυσικά αδύνατη.
* Το LHC: Ο μεγάλος συνεργάτης Hadron (LHC) είναι ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο. Επιταχύνει πρωτόνια σε περίπου 99,99999991% της ταχύτητας του φωτός. Ακόμη και σε αυτή την απίστευτη ταχύτητα, τα πρωτόνια δεν έχουν φτάσει σε άπειρη μάζα. Έχουν απλώς εξαιρετικά υψηλή ενέργεια και ορμή.
Συνοπτικά:
* Οι επιταχυντές σωματιδίων δεν επιταχύνουν τα σωματίδια στο σημείο της "άπειρης μάζας" επειδή η μάζα είναι μια αμετάβλητη ιδιότητα.
* Επιταχύνουν τα σωματίδια σε εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες, πράγμα που έχει ως αποτέλεσμα μια μαζική αύξηση της ενέργειας και της ορμής.
* Η πρόκληση στην επιτάχυνση των σωματιδίων σε τέτοιες υψηλές ταχύτητες έγκειται στην εκθετική αύξηση της απαιτούμενης ενέργειας καθώς προσεγγίζουν την ταχύτητα του φωτός.
