A részecskék felgyorsításához miért kell akkora energia? A részecske hogyan tud elnyelni ekkora energiát?

Te itt tájékozódsz a relativitás elméletről?

:)

A kulcs a megoldáshoz:

A fénysebességhez közeledve az anyag TÖMEGE a végtelenhez közelít, míg a puskagolyó tömege hangsebességen is csak néhány gramm.

"Mert ha ez a részecske nekiütközne egy embernek, akkor nem hiszem, hogy mondjuk egy kilőtt puskagolyó roncsolásánál nagyobb roncsolást végezne az emberen"

Ez az, amiben tévedsz.

A részecskék szintjén már át lehet hatolni egy vagy más anyagon úgy, hogy nem is vagy rá hatással, de ha most ettől eltekintünk:

Egy ütközéssel átadott energia ugyanúgy nő a mozgási energiával, tehát egyetlen jól célztt részecskével is korlátlanul nagy véges energiát át lehet adni.

Nem csak hogy meghaladhatsz egy puskagolyót:

az egész Földet el lehet pusztítani egyetlen kellőképpen nagy mozgási energiájú részecskével.

(Kérdés, hogy honnan szerzet azt a tömérdek mozgási energiát.)

"de szinte alig gyorsul"

De itt van benned a félreértés: a fénysebességhez közeledve az "alig" az nem "alig". A m/s-ban kifejezett növekedés nem a mércéd, hanem az energiában.

Nem a görbe koordinátán felvett értéke, hanem a görbe hossza.

[link]

Egyrészt van abban valami, amiket írsz, másrészt viszont az adataid, példáid nagyon aránytalanok.

Egyetlen részecske fénysebesség közelébe gyorsításához nem kell atomerőműnyi energia (Kellhetne éppen, de mi olyan gyorsítókat még messze nem tudunk csinálni). Sok kell hozzá, de nem annyi, amennyit te írsz. És a mi gyorsítóinkban felgyorsított részecskék közel sem rendelkeznek akkora energiával, mint egy puskagolyó.

De egyébként igen, elvben akármekkora energia adható akármilyen testnek, egy részecskének is. De csak elvben. Az univerzumban nem nagyon vannak puskagolyó energiájú részecskék, mert nincs olyan dolog, ami ennyire fel tudná gyorsítani őket.

De ha mégis lenne, akkor az energia számodra úgy nyilvánulna meg, hogy megnőne a részecske tömege. A sebesség nem tud végtelenségig nőni, de a tömeg igen. A részecske pedig azt látná, hogy a körülötte lévő univerzum a mozgása irányában összemegy. Tehát ő azt látná, hogy igenis egyre gyorsabban megy, mert egyre kevesebb idő alatt tesz meg azonos távolságokat (mivel ezek a távolságok összemennek).

"A foton tömege nem végtelen?"

Nem, a foton (nyugalmi/invariáns) tömege 0.

"És ha a részecske azt látja, hogy a mi tömegünk is nő (hiszen mi is annyival haladunk számára, mint ahogy ő halad számunkra), akkor a mi tömegünk is megnő fény tömegéhez képest, de mi még sem kapunk energiát."

"A fénysebességhez közeledve az anyag TÖMEGE a végtelenhez közelít"

"A sebesség nem tud végtelenségig nőni, de a tömeg igen."

Nem. A mozgási energiára gondoltok.

A relativisztikus tömeg (amit senki nem használ) = az energia, csak más néven.

És a mozgási energia (vagy relativisztikus tömeg mínusz invariáns tömeg) valóban változik a tehetetlenségi referenciarendszerek között.

Bármikor tekinthetsz úgy egy részecskét, hogy nincs mozgási energiája, és nincs tömege az invariáns tömegen kívül, és igen, ez azzal jár, hogy minden más dolog körülötte PLUSZ mozgási energiát és relativisztikus tömeget fog kapni.

Amúgy #1-gyel értek egyet: itt tájékozódsz a relativitásról? :p

#1: tévedsz.

A tömeg (valójában maradó tömeg) NEM nő a sebesség növekedésével. Ha ez igaz lenne, akkor egy majdnem fénysebességgel haladó űrhajóban utazva a saját tömeged is mérhetően, érezhetően megnőne, meg sem tudnál mozdulni. Ez nem így van. A tömeg növekedése a vizsgált objektummal együtt mozgó vonatkoztatási rendszerből sohasem mérhető, nem tapasztalható. Relatív sebességgel mozgó vonatkoztatási rendszerből nézve észlelhető egy látszólagos tömegnövekedés, de ennek nem tömegnövekedés, hanem az idődilatáció az oka.

Beszélhetünk látszólagos, relativisztikus tömegnövekedésről, de az egy félrevezető fogalom, szerintem haszontalan.

Kérdező: nagyon egyszerű. Hogy számolod ki a gyorsulást? Sebességváltozás adott idő alatt. A sebességváltozást erővel éred el, tehát adott erővel hatsz adott ideig. A befektetett munka (energia) az erő és a megtett út szorzata. Egy eleve gyors részecske sokkal több utat tesz meg adott idő alatt, mint egy lassú. Nagyobb kezdősebesség --> több utat tesz meg ugyanolyan gyorsítás közben --> több befektetett energia. Ezért növekszik a mozgási energia képlete a sebességhez képest négyzetesen. Nem kell ide semmiféle tömegnövekedés, semmi relativisztikus hatás. Sima newtoni fizika.

Csak egy apróság: Ha az atomerőműűnyi energia alatt az LHC-re gondoltál, akkor ott valóban egy pofás kis atomerőmű működik a francia oldalon, amely energiával látja el az LHC-t. De ennek a felhasznált energiamennyiségnek csak egy töredéke az, ami a részecskék gyorsítására szolgál, a döntő többsége három dologra megy el: egyrészt üzemeltetni a bazi nagy elektromágneseket a gyorsítógyűrűben, másrészt ezen elektromágnesek hűtését táplálni energiával, harmadrészt az LHC-ben működő egyéb fogyasztókat (világítás, szerverpark, egyebek) üzemeltetni.

Jelenleg nagyjából "hatkilencesre" (a fénysebesség 99,999999%-ára) gyorsítják a protonokat vagy az ólomionokat. (Főként e kettővel kísérleteznek, az egyik a legkönnyebb, a másik pedig a legnehezebb, még nem radioaktív elem izotópja). Egyetlen ólomatom ilyen sebességre történő nettó gyorsításához gyakorlatilag egy ember által tekert, dinamóként működő szobabicikli energiája is bőven elegendő lenne.

A részecskegyorsító témából a fotont nyugodtan ki lehet hagyni. Több okból is.

- a fotonnak nincs elektromos töltése, nem tudod elektromos térrel gyorsítani, eltéríteni sem.

- a foton alapból fénysebességgel mozog. nincs lassabb és gyorsabb foton sem. Éppen ezért azt nem gyorsítjuk, nem lassítjuk, mert értelmezhetetlen rá más sebesség.

A részecskegyorsítókban valóban nagyon kis tömegű részecskéket gyorsítanak fel, ezért első látásra úgy tűnhet, hogy ágyúval lövünk verébre, de valójában nem.

Egy darab részecske tömege nagyon kicsi. De a töltése is. Márpedig "annál fogva" gyorsítjuk.

Hiába kicsi a tömege, ha jelentős (mondjuk éppen fénysebességet közelítő) sebességre akarjuk gyorsítani, azért ahhoz kell térerő dögivel. Főleg, ha nem körpályás, hanem lineáris gyorsítóról van szó, mert azt a részecskét iszonyatosan rövid idő alatt kel felgyorsítani, különben kifogy alóla a pálya.

Ha meg körpályás, akkor elektromos tekercsekkel az egész pályán téríteni kell a részecskét, hogy kövesse a gyűrűt és ne egyenesen repüljön el. Minél nagyobb a körpálya, annál kisebb térítő térerő elég, de annál hosszabb pályát kell végigrakni áramjárta tekercsekkel. Ha egy méteres szakasz csak annyit fogyasztana, mint egy 20 W-os égő, akkor is kiszámolhatod, mekkora teljesítmény kell mondjuk egy 3 km-es kerületű körpályához.

Szóval a bevitt teljesítménynek is csak töredéke lesz az, ami valóban a gyorsításra használódik fel, és mivel nagyon rövid idő alatt nagyon nagy sebességre kel gyorsítani, az is jelentős. Nem az energia az iszonytatóan sok, hanem a szükséges teljesítmény, ugyebár energia/idő. Persze nem egy darab részecskét gyorsítanak, hanem részecskenyalábot, amiben minden részecskét gyorsítanak, X ideig folyamatos üzemben.

A puskagolyós hasonlatoddal élve, a párhuzam inkább egy railgunnal lenne jogos, az elektromos gyorsítás miatt. Még így is, igaz, hogy a gyorsított tömeg kicsi, a puskagolyódnak milliomod-része, de milliárdnyi ilyen kis tömeget kell egy folyamatos, nagy teljesítményű hatással gyorsítani.

És ott a sokmilliónyi műszer, szenzor, számítógép, hőszabályozó berendezések stb, ami mind fogyasztó.

Nem véletlen, hogy egy részecskegyorsító energiafelhasználása egy kisebb erőműnek megfelelő.