|
Обнаружен странный скрытый эффект теории относительности
|
|
|
|
На протяжении многих десятилетий были известны часто странные и противоречащие здравому смыслу эффекты специальной теории относительности Эйнштейна, включая сокращение длины и замедление времени. Однако новая теория готова раскрыть еще один из его необычных аспектов: его долгое время скрытое влияние на жидкости.
|
|
|
|
Эффект, получивший название “сгущение жидкости”, подробно описан в новой статье физика Алессио Дзакконе, в которой излагается уникальная микроскопическая теория, включающая вязкость жидкости и ее влияние в релятивистских условиях. Используя структуру, сочетающую элементы релятивистских уравнений с современной теорией, лежащей в основе перемещения частиц, теория Закконе показывает, как вязкость жидкости может вести себя в условиях, приближающихся к скорости света.
|
|
|
|
Это новаторское исследование может помочь преодолеть разрыв между существующими концепциями, включающими релятивистскую гидродинамику и классическое поведение жидкости, и даже может указать на необходимость нового фундаментального закона физики.
|
|
|
|
|
|
|
Теория относительности и гидродинамика
|
|
|
|
С появлением специальной теории относительности Эйнштейна в 1905 году был введен ряд концепций, которые начали раскрывать более странные элементы релятивистских эффектов. Среди них было сокращение длины - явление, из-за которого объекты, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, кажутся короче в направлении своего движения.
|
|
|
|
Хотя такие эффекты были хорошо известны в физике на протяжении десятилетий, последствия теории относительности для других областей физики еще предстоит полностью прояснить, включая ее влияние на толщину жидкости, иначе известную как вязкость.
|
|
|
|
То есть до сих пор. Дзакконе, физик из Миланского университета, Италия, опубликовал первую работу, посвященную этому вопросу, разработав микроскопическую модель вязкости, которая может объяснить ее влияние на релятивистские скорости.
|
|
Релятивистская вязкость, объясненная
|
|
|
|
Используя релятивистское уравнение Ланжевена, описывающее движение системы, испытывающей определенные виды случайных воздействий, и теорию нелинейного отклика, которая может быть использована для получения микроскопической формулы вязкости твердых тел и жидкостей, Закконе представляет общую теорию вязкости газов в новой статье. опубликовано в журнале Physical Review E.
|
|
|
|
По словам Закконе, недавно предложенная теория может объяснить поведение вязкости газов в повседневных условиях, учитывая такие факторы, как масса, температура и размер частиц, и это объяснение остается неизменным, даже когда газы движутся не со скоростью, близкой к скорости света. Кроме того, теория также показывает, как изменяется вязкость при приближении жидкостей к экстремальным скоростям.
|
|
|
|
Теория Закконе также объясняет, что жидкости при очень высоких температурах движутся со скоростью, близкой к скорости света, с помощью простой формулы, описывающей, как их вязкость увеличивается пропорционально температуре. По словам Закконе, эти ранее игнорируемые эффекты теории относительности согласуются с результатами предыдущих исследований, в которых использовались плотные, горячие вещества, такие как кварк-глюонная плазма, высокоэнергетическая форма материи, которая, как полагают, существовала вскоре после Большого взрыва.
|
|
|
|
По сути, новая концепция Закконе учитывает движение частиц в потоке и их отклонение в результате столкновений и взаимодействий с другими частицами, что приводит к возникновению “неаффинных” движений, ответственных за значительную диссипацию импульса.
|
|
Собственный импульс
|
|
|
|
Особое значение в теории Закконе имеет понятие “собственного импульса”, который представляет собой импульс, относящийся к относительному движению объекта, наблюдаемому наблюдателем. По существу, это определяется нормальным импульсом частицы, умноженным на коэффициент Лоренца (число, всегда превышающее единицу и становящееся чрезвычайно большим при приближении к околосветовым скоростям).
|
|
|
|
Этот фактор играет решающую роль в том, как потеря импульса — а следовательно, и вязкости — воспринимается в релятивистских условиях в жидкостях.
|
|
|
|
Проверяя свою теорию на соответствие классическим сценариям, Закконе с удивлением обнаружил, что она, по-видимому, точно восстанавливает известные зависимости вязкости от температуры, массы и размера частиц, а также постоянную Больцмана применительно к классическим газам. По словам Закконе, это согласуется с экспериментальными наблюдениями, а также с кинетической теорией.
|
|
|
|
Между тем, в случае высокоэнергетических жидкостей, движущихся с очень высокими скоростями (как в случае кварк-глюонной плазмы), теория Закконе предсказывает кубическую температурную зависимость, которая хорошо согласуется с современными данными и дает единое представление о поведении жидкости в обычных и экстремальных условиях.
|
|
|
|
Примечательно, что Закконе говорит, что новая модель поддерживает введение “нового фундаментального закона физики”, который, по его словам, может объединить “самые важные фундаментальные константы в природе”.
|
|
Скрытый эффект теории относительности Эйнштейна?
|
|
|
|
Еще одно интригующее наблюдение, сделанное Закконе, связано с открытием ранее непризнанного эффекта теории относительности Эйнштейна.
|
|
|
|
Эффект, который физик называет “сгущением жидкости”, представляет собой аналог ранее наблюдавшихся странных эффектов, которые включают сокращение длины и замедление времени, но применительно к жидкостям.
|
|
|
|
По словам Закконе, открытие этого эффекта, который предполагает, что жидкости ведут себя по-разному при высоких скоростях, может сыграть решающую роль в том, чтобы помочь физикам понять релятивистскую плазму и ее значение в астрофизических контекстах и в экспериментах по физике высоких энергий.
|
|
|
|
По сути, это открытие значительно расширяет наше понимание возможностей специальной теории относительности, а также закладывает основу для будущих исследований, связанных с высокоскоростной и высокоэнергетической гидродинамикой.
|
|
|
|
Источник
|
