相對論力學

在物理學中，相對論力學是指與特殊相對論（SR）和一般相對論（GR）兼容的力學。在移動物體的速度與光c速度相當的情況下，它提供了顆粒系統或流體系統的非量子機械描述。結果，經典的力學正確地擴展到以高速和能量傳播的顆粒，並與顆粒的力學相穩定地包含電磁劑。在伽利略相對論中，這是不可能的，在這種情況下，顆粒和光可以以任何速度行駛，包括比光快。相對論力學的基礎是特殊相對論和一般相對論的假設。 SR與量子力學的統一是相對論量子力學，而GR的嘗試是量子重力，這是物理學中未解決的問題。

與古典力學一樣，主題可以分為“運動學”。通過指定位置，速度和加速度以及“動力學”來描述運動的描述；通過考慮能量，動量和角動量及其保護定律的完整描述，以及作用於顆粒或顆粒施加的力。但是，有一個微妙的；似乎“移動”和“靜止”的內容（由經典力學中的“靜態”稱為“靜止”）取決於測量參考框架的觀察者的相對運動。

儘管經典力學的某些定義和概念確實延續到SR，例如力量的動量（牛頓第二定律）的力量，但粒子所做的工作是沿路徑沿粒子上施加在粒子上的力的線的成分，以及作為完成工作的時間導數的權力，對其餘的定義和公式都有許多重大修改。 SR指出，運動是相對的，對於所有實驗者，無論其慣性參考框架，物理定律都是相同的。除了修改空間和時間的概念外，SR還迫使人們重新考慮質量，動量和能量的概念，所有這些都是牛頓力學中重要的結構。 SR表明，這些概念都是相同物理數量的不同方面，與顯示相互關聯的空間和時間幾乎相同。因此，另一種修改是系統質量中心的概念，該質量是在經典力學中直接定義的，但在相對論中不太明顯 - 有關詳細信息，請參見相對論質量中心。

由於Lorentz因子的非線性，該方程在更熟悉的三維矢量演算形式主義中變得更加複雜，該因子的非線性準確地說明了相對論速度依賴性以及所有粒子和場的速度限制。但是，它們在四維時空中具有更簡單，更優雅的形式，其中包括平坦的Minkowski空間（SR）和彎曲的時空（GR），因為從時間和時間得出的三維矢量可以將其收集到四個矢量中，可以將其收集到四個矢量中，將其收集到四個矢量，或四維張量。但是，有時將六個成分角動量張量稱為雙向運動器，因為在3D角度，它是兩個向量（其中之一是傳統的角動量，是軸向向量）。

相對論運動學

相對論的四速度，即代表相對速度的四矢量，定義如下：

在以上，是穿越時空路徑的正確時間，稱為世界線，其次是上述對象速度所代表的，並且

是四位置；事件的坐標。由於時間膨脹，正確的時間是在同一位置進行的兩個參考框架中兩個事件之間的時間。適當的時間與協調時間t有關：

在哪裡是洛倫茲因素：

（可以引用任何一個版本），因此如下：

前三個術語，除了，觀察者在自己的參考框架中可以看到的速度。這由速度確定在觀察者的參考框架和對象的框架之間，這是測量其適當時間的框架。該數量在洛倫茲轉換下是不變的，因此要檢查以查看不同參考框架中的觀察者，一個人只是將速度四矢量乘以兩個參考幀之間的速度四載體。

相對論動態

休息質量和相對論質量

在其自身的參考框架中測量的物體的質量稱為其剩餘質量或不變質量，有時會寫成。如果對像以速度移動在其他參考框架中，數量在該框架中，通常稱為對象的“相對論質量”。一些作者使用為了表示靜止的質量，但為了清楚起見，本文將遵循使用的約定相對論質量和休息質量。

Lev Okun建議，相對論群眾的概念“今天沒有理性的理由”，不應再教授。包括Wolfgang Rindler和Tr Sandin在內的其他物理學家認為該概念很有用。有關此辯論的更多信息，請參見特殊相對論的質量。

靜止質量為零的粒子稱為無質量。光子和重力被認為是無質量的，中微子幾乎是如此。

相對論能量和動力

有幾種（等效）定義SR中動量和能量的方法。一種方法使用保護法。如果這些法律在SR中保持有效，則必須在每個可能的參考框架中都是正確的。但是，如果使用牛頓的動量和能量定義進行一些簡單的思想實驗，則可以發現這些數量在SR中並不保守。可以通過對定義進行一些小的修改來解釋相對論速度，從而挽救保護的想法。正是這些新定義被視為SR中動量和能量的正確定義。

一個物體的四摩托姆很簡單，形式與經典動量相同，但用4個向量代替3個向量：

物體不變質量的能量和動力，速度移動關於給定的參考框架，分別由

因素來自上述四速度的定義。外觀可以以另一種方式說明，這將在下一部分中進行解釋。

動能，，定義為

並且動能的速度由

空間動量可以寫成，保留牛頓力學的形式，其相對論質量代替了牛頓質量。但是，這種替代失敗了一些數量，包括力和動能。此外，在洛倫茲轉變下，相對論質量並不是不變的，而其餘質量則是。因此，許多人更喜歡使用其餘群眾並說明明確地通過4速度或坐標時間。

能量，動量和速度之間的簡單關係可以從能量和動量的定義中獲得，通過將能量乘以乘以，將動量乘以，並指出兩個表達式相等。這會產生

然後可以通過將此方程除以和平方，

將能量的定義除以和平方，

並替代：

這是相對論的能量 - 巨型關係。

而能量和動力取決於測量的參考框架，數量是不變的。它的價值是乘以4個彈載體的平方幅度。

系統的不變質量可以寫為

由於動能和結合能，該量與系統組成的顆粒的其餘質量之和不同。與牛頓物理學的情況不同，休息質量不是特殊相對論的保守數量。但是，即使對像在內部發生變化，只要它不與周圍環境交換能量或動量，其靜止質量也不會改變，並且可以在任何參考框架中以相同的結果計算。

質量 - 能量等效

相對論的能量 - 元素方程適用於所有粒子，即使對於m ₀ = 0的無質量粒子也是如此：在這種情況下：

當將其替換為EV = C ² P時，這給出V = C ：無質量顆粒（例如光子）總是以光速傳播。

請注意，複合系統的剩餘質量通常將與其零件的其餘部分的總和略有不同，因為在其休息框架中，它們的動能會增加其質量，並且（負）結合能將減少其質量。特別是，即使不是因為它們的力量取消，一個假設的“光盒”也將具有休息的質量。

查看上面的系統不變質量的公式，當一個巨大對象處於靜止（ v = 0 ， p = 0 ）時，剩下一個非零的質量： m ₀ = e / c ² 。當單個粒子處於靜止狀態時，相應的能量也是總能量，稱為“休息能”。在從移動的慣性框架中可以看到的顆粒系統中，總能量增加，動量也會增加。但是，對於單個粒子，其餘質量保持恆定，對於顆粒系統，不變質量保持恆定，因為在這兩種情況下，能量和動量都會增加彼此的減去，並取消。因此，粒子系統的不變質量是所有觀察者的計算常數，其餘的單個顆粒也是如此。

系統的質量和不變質量的保護

對於顆粒系統，能量摩托明器方程需要求和顆粒的動量向量：

所有粒子的矩形總和為零的慣性框架稱為動量框架的中心。在這個特殊的框架中，相對論能量 - 符號方程的p = 0，因此將系統的不變質量作為系統的所有部分的總能量，除以C ²

這是在其總動量為零的框架中測量的任何系統的不變質量，例如一瓶熱氣在尺度上。在這樣的系統中，量表重量的質量是不變的質量，它取決於系統的總能量。因此，它不僅僅是分子的其餘質量之和，而且還包括系統中的所有總能量。像能量和動力一樣，只要係統保持完全關閉（不允許進出的質量或能量），就不能更改隔離系統的不變質量，因為系統的總相對論能量保持不變，只要沒有任何東西可以進入或別管它。

通過將系統轉換為不是動量框架中心的慣性框架引起的這種系統能量的增加，會導致能量和動量增加而不會增加不變質量。但是， E = M ₀ C ²僅適用於其動量總和為零的摩託中心框架中的孤立系統。

以這個公式為面值，我們看到相對論中的質量僅以另一個名稱為單位（並以不同的單位進行測量）。 1927年，愛因斯坦（Einstein）談到了特殊的相對性，“在這個理論下，質量不是一個不可更改的幅度，而是一個級級，取決於（實際上與）能量的量。”

封閉（隔離）系統

在“完全關閉”的系統（即孤立的系統）中，總能量，總動量，因此總質量是保守的。 Einstein的質量變化公式轉化為最簡單的δE = δMC2形式，但是，僅在允許能量逃脫的非關閉系統中（例如，作為熱量和光），因此減少了不變^的質量。愛因斯坦的方程式表明，這種系統必須按照上述公式與周圍環境損失的能量成比例失去質量。相反，如果一個人可以在系統發生前釋放熱和光的反應之前測量質量的差異，以及在熱和光逸出後反應後的系統，則可以估計逃脫系統的能量量。

化學和核反應

在核和化學反應中，這種能量代表了原子中電子（用於化學）或核中核子之間的結合能的差異（原子反應）。在這兩種情況下，反應物與（冷卻）產物之間的質量差異都測量將逃脫反應的熱量和光的質量，因此（使用等式）會產生同等的熱和光能，如果反應進行，則可能會發出。。

在化學中，與發射能有關的質量差異約為分子質量的10 ^-9 。但是，在核反應中，能量非常大，以至於它們與質量差異相關，如果稱重產物和反應物，可以預先估算（可以通過使用原子質量來間接稱重原子，這總是相同每個核素）。因此，當一個人測量了不同原子核的質量時，愛因斯坦的公式就變得很重要。通過查看質量的差異，人們可以預測哪些核可以儲存某些核反應可以釋放的能量，從而提供了重要的信息，這些信息可用於核能的發展以及核彈。例如，從歷史上看，莉絲·梅特納（Lise Meitner）能夠利用核中的質量差異來估計有足夠的能量使核裂變成為有利的過程。因此，這種特殊形式的愛因斯坦公式的含義使其成為所有科學中最著名的方程之一。

勢頭框架中心

方程E = M ₀ C ²僅適用於動量框架中心的孤立系統。這意味著質量可能會轉化為能量，因此質量消失了。但是，應用於系統的方程式的流行解釋包括開放的（非分離）系統，允許熱量和光線逃脫，否則它們將有助於系統的質量（不變質量）。

從歷史上看，關於質量被“轉化”到能量的混亂得到了質量和“物質”之間的混淆，在物質被定義為fermion顆粒的情況下。在這種定義中，電磁輻射和動能（或熱）不被視為“物質”。在某些情況下，物質確實可以轉換為非遺物形式的能量形式（請參見上文），但是在所有這些情況下，物質和非物能形式仍然保留其原始質量。

對於孤立的系統（與所有質量和能量交換的關閉），質量在動量框架的中心永遠不會消失，因為能量不會消失。取而代之的是，在上下文中，此方程僅意味著，當添加或從摩amentum框架中的系統中添加或逃脫的系統時，將根據添加的能量成比例地測量系統的質量或失去質量或刪除。因此，從理論上講，如果將原子彈放在足夠強的盒子中，並在尺寸上引爆，則該封閉系統的質量不會改變，並且規模不會移動。只有當超強等離子體填充盒中打開一個透明的“窗口”，並允許光線和熱量在橫梁中逸出，而炸彈組件冷卻時，系統是否會失去與質量相關的質量爆破。例如，在21公斤的炸彈中，產生了大約一克的光和熱量。如果允許這種熱量和光線逸出，則在冷卻時，炸彈的遺跡將失去一克的質量。在這種思想實驗中，光和熱量攜帶質量的克，因此將這些質量量沉積在吸收它們的物體中。