Énergie et Impulsion Relativistes

En relativité restreinte, l'énergie et l'impulsion se combinent en un unique quadrivecteur dont la longueur invariante est la masse au repos, donnant la célèbre relation E = mc^2 et une quantité conservée pour tous les processus à grande vitesse.

Definition

L'énergie et l'impulsion relativistes sont les composantes temporelle et spatiale du quadrivecteur énergie-impulsion p = (E/c, p), dont le total conservé régit la dynamique des particules et dont la magnitude invariante est égale à la masse au repos multipliée par c.

Scope

Ce sujet couvre les définitions relativistes de l'impulsion et de l'énergie, le quadrivecteur énergie-impulsion, la relation invariante E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2, l'énergie au repos et l'équivalence masse-énergie, le comportement des particules sans masse telles que les photons, et la conservation du quadri-impulsion dans les collisions, les désintégrations et les réactions.

Core questions

• Comment l'impulsion et l'énergie doivent-elles être redéfinies pour que les lois de conservation soient valables dans chaque référentiel inertiel ?
• Que signifie E = mc^2 pour un corps au repos, et comment l'énergie s'ajoute-t-elle à la masse ?
• Comment des particules sans masse comme les photons peuvent-elles transporter de l'impulsion et de l'énergie ?

Key concepts

• Impulsion relativiste
• Énergie au repos et masse au repos
• Quadrivecteur énergie-impulsion
• Invariant E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2
• Particules sans masse
• Conservation du quadri-impulsion

Key theories

Quadrivecteur énergie-impulsion

L'énergie et l'impulsion sont les composantes d'un unique quadrivecteur qui se transforme par la transformation de Lorentz, de sorte que le quadri-impulsion total est conservé dans tous les référentiels et que sa magnitude invariante est la masse au repos.

Équivalence masse-énergie

Un corps au repos possède une énergie au repos E = mc^2, et tout changement de son énergie interne modifie sa masse en conséquence, de sorte que la masse est une forme d'énergie et que les deux sont interconvertibles dans les processus nucléaires et de particules.

Clinical relevance

L'équivalence masse-énergie sous-tend la libération d'énergie de la fission et de la fusion nucléaires, la création et l'annihilation de paires particule-antiparticule dans les collisionneurs et en imagerie TEP, et le bilan d'énergie de liaison qui explique pourquoi les étoiles brillent et pourquoi certains noyaux sont stables.

History

Le court article de suivi d'Einstein de 1905 a déduit qu'un corps émettant de l'énergie perd de la masse, donnant l'équivalence masse-énergie ; la relation a été affinée par Planck et d'autres et confirmée de manière décisive par la physique nucléaire dans les années 1930, où les énergies de liaison mesurées correspondaient aux défauts de masse.

Key figures

• Albert Einstein
• Max Planck
• Gilbert N. Lewis

Seminal works

• einstein1905b
• rindler2006

Frequently asked questions

La masse d'un objet augmente-t-elle lorsqu'il accélère ?

L'usage moderne maintient la masse comme la masse au repos invariante et attribue l'augmentation de l'inertie à grande vitesse à l'accroissement de l'énergie et de l'impulsion relativistes ; l'ancienne terminologie de la 'masse relativiste' décrit la même physique mais est maintenant généralement évitée.

Comment un photon peut-il avoir de l'impulsion s'il n'a pas de masse ?

La relation invariante E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2 se réduit pour une particule sans masse à E = pc, de sorte qu'un photon transporte une impulsion proportionnelle à son énergie, ce qui rend possibles la pression de radiation et la diffusion Compton.