狭义相对论中的物理现象与计算
1. 相对论单位的回顾
在物理学中,由于习惯问题,MKS(米 - 千克 - 秒)和 cgs(厘米 - 克 - 秒)单位制都曾被使用。但目前,大多数科学家采用 MKS 单位制作为国际科学标准。使用一致的单位制是最简便的做法,同时,我们也需要使用适合基本粒子尺度的单位,而焦耳和千克对于基本粒子来说太大了。
一种常见的做法是始终使用电子伏特(eV)作为单位,其中 1 eV 是粒子通过 1 伏特电势差所获得的能量($1.6 × 10^{-19}$ J)。以下是一些基本粒子的质量,从 MKS 单位转换为 eV 后的近似值:
| 粒子 | 质量(eV) |
| ---- | ---- |
| 电子(e) | 0.51 MeV |
| π介子(π) | 0.14 GeV |
| K介子(K) | 0.50 GeV |
| 质子(p) | 0.94 GeV |
这里,1 MeV = $10^6$ eV,1 GeV = $10^9$ eV,1 TeV = $10^{12}$ eV。这些单位将在描述基本粒子时统一使用。此外,还有三个与速度相关的变量:v、β 和 γ,它们的关系如下:
[
\beta = \frac{v}{c} = \sqrt{1 - \frac{1}{\gamma^2}}
]
[
\gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \beta^2}}
]
质量 m、能量 ε 和动量 p 之间的关系为:
[
p = \gamma\beta mc = \gamma mv
]
[
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