Шпаргалка ядерным физикам

В релятивистской физике существует глубокая аналогия с эффектом инерции при торможении, а также принципиальные нюансы в поведении разных типов масс.
Современная физика отказалась от понятия «релятивистской массы» (зависящей от скорости). Вместо этого масса тела считается инвариантной величиной, а все релятивистские эффекты перенесены в структуру импульса и энергии. Именно через них раскрывается суть.

1. Аналогия с инерцией при релятивистском торможении:
Продольная и поперечная инерция.

Когда ультрарелятивистский объект пытается затормозить или повернуть, он проявляет колоссальную анизотропную (зависимую от направления) инерцию.
Чтобы замедлить объект вдоль линии его движения, требуется приложить колоссальное усилие. Эффективная «продольная инерционная масса» в этом случае пропорциональна кубу лоренц фактора. Из-за кубической зависимости ультрарелятивистский объект практически невозможно быстро затормозить силой — его инерция вдоль оси движения стремится к бесконечности.

 Поперечное торможение (смена траектории, поворот).

Если сила приложена перпендикулярно скорости (например, магнитное поле поворачивает частицу), эффективная поперечная инерционная масса растет гораздо медленнее (в первой степени от лоренц фактора). Аналогия с торможением: Ультрарелятивистский объект ведет себя как абсолютно «неповоротливый» лом. Развернуть или остановить его встречной силой в разы сложнее, чем отклонить в сторону.

2. Соотношение инерциальной и гравитационной масс на релятивистских скоростях.

Принцип эквивалентности Эйнштейна строго утверждает, что гравитационная и инерциальная массы эквивалентны всегда, в любой системе отсчета. Однако в ультрарелятивистском режиме само понятие «гравитационной массы» как простого аналога «заряда» (как в законе Ньютона) перестает работать. Гравитация в ОТО описывается тензором энергии-импульса.
Для ультрарелятивистского объекта соотношение выглядит следующим образом:
А. Инерциальные свойства (сопротивление изменению движения) - определяются полной энергией.
Б. Гравитационные свойства (как объект создает гравитацию и реагирует на нее) - источник гравитации в ОТО — это не масса, а энергия и её поток.

Создание гравитационного поля: Ультрарелятивистский объект создает вокруг себя гравитационное поле, пропорциональное его полной энергии и давлению (импульсу). Для внешнего неподвижного наблюдателя такое поле превращается в плоскую гравитационную волну. Сила гравитационного притяжения, которую генерирует этот объект, колоссально возрастает и пропорциональна квадрату лоренц фактора (из-за вклада как плотности энергии, так и её продольного импульса).
Реакция на внешнее гравитационное поле: Если ультрарелятивистский объект влетает во внешнее поле (например, к черной дыре), траектория его торможения или падения зависит от его скорости. Фотоны и ультрарелятивистские частицы отклоняются гравитацией раза в два сильнее, чем предсказывала бы ньютоновская физика для медленных тел, за счет вклада пространственной кривизны.

Итого: принцип эквивалентности не нарушается: в собственной системе отсчета объект по-прежнему имеет массу, эквивалентную массе покоя, а все «возрастания» — это геометрия пространства-времени, наблюдаемая со стороны.