Ενότητα 3: Εργαλειοθήκη, µέρος 2 ο : Σχετικιστική Κινηµατική Φύλλο Φοιτητή

Σχετικά έγγραφα
Ενότητα 6: Μη θερµική ακτινοβολία σε blazars: Αντίστροφη Σκέδαση Compton Φύλλο Φοιτητή

Ενότητα 2: Υπέρφωτες κινήσεις σε πίδακες αερίων Φύλλο Φοιτητή

Ενότητα 5: Μη θερµική ακτινοβολία σε blazars: Ακτινοβολία Σύγχροτρον Φύλλο Φοιτητή

Ο Μετασχηµατισµός του Λόρεντς για τις Συντεταγµένες Θέσης Ενός Συµβάντος

u'+v u= 1+(u'v/c c+c=c Δx Δx'+vΔt' (Δx'/Δt')+v Δt Δt'+(v/c )Δx' 1+(v/c )(Δx'/Δt')

Εργαλειοθήκη I: Μετρήσεις σε κοσµολογικές αποστάσεις (µέρος 2 ο )

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξετάσεις στη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας Ιούνιος 2010

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 10, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων. Ορμή και Ενέργεια στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων, Ειδική Σχετικότητα, Διάλεξη 5 Οι Μετασχηματισμοί του Lorentz και η Συστολή του μήκους

ΦΥΣ Διαλ Σύνοψη εννοιών. Κινηµατική: Περιγραφή της κίνησης ενός σώµατος. Θέση και µετατόπιση Ταχύτητα Μέση Στιγµιαία Επιτάχυνση Μέση

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΧΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΕΥ η ΕΡΓΑΣΙΑ

5 Σχετικιστική μάζα. Στο Σ Πριν Μετά. Στο Σ

Ε Θ Ν Ι Κ Ο Μ Ε Τ Σ Ο Β Ι Ο Π Ο Λ Υ Τ Ε Χ Ν Ε Ι Ο Τ Ο Μ Ε Α Σ Φ Υ Σ Ι Κ Η Σ

Κεφάλαιο M4. Κίνηση σε δύο διαστάσεις

5 Σχετικιστική μάζα. Στο Σ Πριν Μετά. Στο Σ

Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

Φυσικό Τμήμα Παν/μιο Ιωαννίνων - Ειδική Σχετικότητα - Λυμένα Προβλήματα - ΙI

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 4, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων Η Αρχές της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και οι μετασχηματισμοί του Lorentz

Ο ειδικός μετασχηματισμός του Lorentz

Στοιχείατης. τηςθεωρίαςτης Σχετικότητας. Άλµπερτ Αϊνστάιν 1905

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στην Ειδική Θεωρία Σχετικότητας 19 Ιουνίου 2013

Εισαγωγή στη Σχετικότητα και την Κοσμολογία ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Ο ΧΩΡΟΣ ΚΑΙ Ο ΧΡΟΝΟΣ

Ο ειδικός μετασχηματισμός του Lorentz

Φυσικό Τμήμα Παν/μιο Ιωαννίνων - Ειδική Σχετικότητα - Λυμένα Προβλήματα - ΙII

( ) { } ( ) ( ( ) 2. ( )! r! e j ( ) Κίνηση στερεών σωμάτων. ω 2 2 ra. ω j. ω i. ω = ! ω! r a. 1 2 m a T = T = 1 2 i, j. I ij. r j. d 3! rρ. r! e!

ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΣΥΜΜΕΤΡΙΕΣ

Ε Θ Ν Ι Κ Ο Μ Ε Τ Σ Ο Β Ι Ο Π Ο Λ Υ Τ Ε Χ Ν Ε Ι Ο Τ Ο Μ Ε Α Σ Φ Υ Σ Ι Κ Η Σ

1 + Φ r /c 2 = 1 (1) (2) c 2 k y 1 + (V/c) 1 + tan 2 α = sin α (3) tan α = k y k x

Κεφάλαιο 5 : Το φαινόμενο Doppler. Διαστήματα, χωρόχρονος και κοσμικές γραμμές.

3α. ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ «ΠΑΡΑ ΟΞΑ» ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΚΕΝΤΡΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΔΟΥΑΡΔΟΥ ΛΑΓΑΝΑ Ph.D. Λεωφ. Κηφισίας 56, Αμπελόκηποι, Αθήνα Τηλ.: ,

3. ΥΝΑΜΙΚΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΒΡΑΧΙΟΝΩΝ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Έλλειµµα µάζας και ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα του ατόµου A

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

Μπερδέματα πάνω στην κεντρομόλο και επιτρόχια επιτάχυνση.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξετάσεις στη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας 7 Οκτωβρίου 2014 (περίοδος Σεπτεμβρίου )

Mηχανή Atwood µε κινούµενη τροχαλία

Στροφορµή. υο παρατηρήσεις: 1) Η στροφορµή ενός υλικού σηµείου, που υπολογίζουµε µε βάση τα προηγούµενα, αναφέρεται. σε µια ορισµένη χρονική στιγµή.

Μηχανική ΙI. Λαγκρανζιανή συνάρτηση. Τµήµα Π. Ιωάννου & Θ. Αποστολάτου 3/2001

m i r i z i Αν είναι x, y, z τα µοναδιαία διανύσµατα των τριών αξόνων, τότε τα διανύσµατα ω r και r i µπορούν αντίστοιχα να γραφούν: r r x i y i ω x

ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ

ds 2 = 1 y 2 (dx2 + dy 2 ), y 0, < x < + (1) dx/(1 x 2 ) = 1 ln((1 + x)/(1 x)) για 1 < x < 1. l AB = dx/1 = 2 (2) (5) w 1/2 = ±κx + C (7)

ETY-202. Εκπομπή και απορρόφηση ακτινοβολίας ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 12. ΎΛΗ & ΦΩΣ. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/12/2012

Σφάλμα. (c) Για λόγους απλούστευσης, θέτουμε Άρα θα είναι ή. Όπου είναι προφανώς θετικός αριθμός. Άρα και. Αφού. Αφού

Ο µετασχηµατισµός της ορµής και της ενέργειας. x y z x y z

Συστήµατος Αναφοράς. Συγχρονισµός των Ρολογιών Ενός

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 12, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων Διαγράμματα Minkowski

Τι είναι τα διανύσµατα

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

Κεφάλαιο 1. Κίνηση σε μία διάσταση

Σ 1 γράφεται ως. διάνυσµα στο Σ 2 γράφεται ως. Σ 2 y Σ 1

(α) (β) (γ) [6 μονάδες]

ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ Μετασχηματισμοί Γαλιλαίου. (Κλασική θεώρηση) αφού σύμφωνα με τα πειράματα Mickelson-Morley είναι c =c.

Κεφάλαιο 1 : Μετασχηματισμοί Γαλιλαίου.

Κεφάλαιο 2. Κίνηση κατά μήκος ευθείας γραμμής

9. Σχετικιστική δυναµική

Φαινόμενο Doppler Α. ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ DOPPLER ΓΙΑ ΤΑ ΑΚΟΥΣΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ. α) Πηγή (S) ακίνητη - Παρατηρητής (Ο) κινούμενος. S(u s =0) u o O x.

Ενεργός Διατοµή (Cross section)

1. Κινηµατική. x dt (1.1) η ταχύτητα είναι. και η επιτάχυνση ax = lim = =. (1.2) Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα παίρνει τη µορφή: (1.

Κεφάλαιο M11. Στροφορµή

A! Κινηµατική άποψη. Σχήµα 1 Σχήµα 2

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/11/2013

Η «ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΗ ΙΔΙΟΤΗΤΑ» ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Αλληλεπιδράσεις µε Ανταλλαγή Σωµατιδίων

( ) ( ) ( ) Μη αδρανειακά συστήματα αναφοράς. ( x, y,z) καρτεσιανό. !!z = h x, y,z. !! y = q. x = f. !! z = h

c 4 (1) Robertson Walker (x 0 = ct) , R 2 (t) = R0a 2 2 (t) (2) p(t) g = (3) p(t) g 22 p(t) g 33

( ) Απειροστές περιστροφές και γωνιακή ταχύτητα ( ) = d! r dt = d! u P. = ω! r

Σχετικιστικές συμμετρίες και σωμάτια

Απώλεια Ενέργειας λόγω Ιονισμού

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ:

( ) Φ.27 είξετε ότι, για ένα σωµατίδιο µε µάζα ηρεµίας m 0, το οποίο κινείται µε ταχύτητα υκαι έχει ορµή pκαι κινητική ενέργεια Κ, ισχύει η σχέση ΛΥΣΗ

Q 40 th International Physics Olympiad, Merida, Mexico, July 2009

Κεφάλαιο 4 ιανυσµατικοί Χώροι

Υδροδυναμικές Ροές και Ωστικά Κύματα

Κεφάλαιο 3 Κίνηση σε 2 και 3 διαστάσεις, Διανύσµατα. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΜΑΘΗΜΑ 8. B 2.3 Χρησιµοποιώντας Ευκλείδεια Γεωµετρία

ξ i (t) = v i t + ξ i (0) (9) c (t t 0). (10) t = t, z = z 1 2 gt 2 (12)

Ε Θ Ν Ι Κ Ο Μ Ε Τ Σ Ο Β Ι Ο Π Ο Λ Υ Τ Ε Χ Ν Ε Ι Ο Τ Ο Μ Ε Α Σ Φ Υ Σ Ι Κ Η Σ

Α. Ροπή δύναµης ως προς άξονα περιστροφής

ΛΥΣΕΙΣ. Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Κεφάλαιο T3. Ηχητικά κύµατα

Στοιχεία Σχετικότητας, χρήσιμα στο μάθημα της Ατομικής Φυσικής Ε. Γ. Βιτωράτος. Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Πατρών (2005)

Το σύστημα των μη αλληλεπιδραστικών ροών και η σημασία του στην ερμηνεία των ιδιοτήτων των ιδανικών αερίων.

Κ. Χριστοδουλίδης: Μαθηµατικό Συµπλήρωµα για τα Εισαγωγικά Μαθήµατα Φυσικής Παράγωγος. x ορίζεται ως

Δυναµική. ! F(δύναµη), m(µάζα), E(ενέργεια), p(ορµή),! Πως ένα σώµα αλληλεπιδρά µε το περιβάλλον του! Γιατί σώµατα κινούνται µε το τρόπο που κινούνται

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξετάσεις στη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας 23 Μαρτίου 2015 (πτυχιακή περίοδος)

Παραµόρφωση σε Σηµείο Σώµατος. Μεταβολή του σχήµατος του στοιχείου (διατµητική παραµόρφωση)

Κίνηση στερεών σωμάτων - περιστροφική

Εισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική και τα Στοιχειώδη Σωµάτια

Η εξίσωση Dirac (ΙI) Σπύρος Ευστ. Τζαμαρίας Στοιχειώδη Σωμάτια 1

( ) ( ) ( )! r a. Στροφορμή στερεού. ω i. ω j. ω l. ε ijk. ω! e i. ω j ek = I il. ! ω. l = m a. = m a. r i a r j. ra 2 δ ij. I ij. ! l. l i.

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ LORENTZ

Μηχανική ΙI. Μετασχηµατισµοί Legendre. της : (η γραφική της παράσταση δίνεται στο ακόλουθο σχήµα). Εάν

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΥΕ ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ 4 ης ΕΡΓΑΣΙΑΣ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΛΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

Φυσικά μεγέθη. Φυσική α λυκείου ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Όλα τα φυσικά μεγέθη τα χωρίζουμε σε δύο κατηγορίες : Α. τα μονόμετρα. Β.

ΦΥΣ Διαλ Δυναµική

ΕΡΓΑΣΙΑ 3 η. (αποστολή µέχρι ευτέρα 1/4/ βδοµάδα)

Transcript:

Αστροφυσική Υψηλών Ενεργειών! Διδάσκ.: Β. Παυλίδου! Ενότητα 3: Σχετικιστική Κινηματική 1 Ενότητα 3: Εργαλειοθήκη, µέρος 2 ο : Σχετικιστική Κινηµατική Φύλλο Φοιτητή Σκοπός της ενότητας αυτής: Δείξαµε στο προηγούµενο µάθηµα ότι οι πίδακες των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων κινούνται σύσσωµοι µε σχετικιστικές ταχύτητες. Στην ενότητα αυτή θα κάνουµε µια σύντοµη ανασκόπηση της σχετικιστικής κινηµατικής, µε έµφαση στα φαινόµενα που µπορούν να µεταβάλλουν παρατηρήσεις φωτονίων απο µια σχετικιστικά µετακινούµενη πηγή. Θα χρησιµοποιήσουµε τις γνώσεις µας για τα φαινόµενα αυτά, σε συνδυασµό µε τις ανακαλύψεις µας του περασµένου µαθήµατος για τις σχετικιστικές ταχύτητες των πιδάκων, για να προβλέψουµε τι άλλες παρατηρήσεις µπορούµε να περιµένουµε από τους πίδακες αερίων. Τι θα συζητήσουµε: A. Μετασχηµατισµοί Lrentz. B. Συστολή µήκους, διαστολή χρόνου. C. Μετασχηµατισµοί ταχυτήτων και σχετικιστική απόκλιση. Σχετικιστική εστίαση ακτινοβολίας. D. Σχετικιστικό φαινόµενο Dppler E. Ποσότητες αναλλοίωτες κάτω από µετασχηµατισµούς Lrentz Γνώσεις και δεξιότητες που θέλουµε να αποκτήσουµε ή να φρεσκάρουµε (τα SOS!) : i. Πώς παίρνουµε µετρήσεις χρόνου και µήκους; Ποια η φυσική σηµασία της συστολής µήκους και διαστολής χρόνου; Πώς αυτές µπορούν να είναι συµµετρικές και ως προς τα δυο συστήµατα αναφοράς; ii. Πώς προκύπτει η σχετικιστική απόκλιση, και προς ποια κατεύθυνση λειτουργεί; Πώς συγκρίνεται µε το µη σχετικιστικο φαινόµενο; Τι είναι η σχετικιστική εστίαση της ακτινοβολίας, και ποιο είναι το µέγεθός της; iii. Ποια η φυσική σηµασία κάθε συστατικού του παράγοντα Dppler? Προς ποια κατεύθυνση λειτουργεί; Τι µεγέθη επηρεάζει; Για ποια γωνία είναι ο παράγοντας Dppler µέγιστος; iv. Βασικές αρχές του τανυστικού λογισµού: ανέβασµα/κατέβασµα δεικτών, συστολή, παραγώγιση, αναλλοίωτα µεγέθη. v. Γιατί ο λόγος της έντασης της ακτινοβολίας προς την 3 η δύναµη της συχνότητας είναι αναλοίωτος;

Αστροφυσική Υψηλών Ενεργειών! Διδάσκ.: Β. Παυλίδου! Ενότητα 3: Σχετικιστική Κινηματική 2 Α. Μετασχηµατισµοί Lrentz. Θα χρησιµοποιούµε β=v/c, γ=(1-β 2 ) -1/2. Παρατηρείστε ότι β 2 +γ -2 =1. Αν σύστηµα αναφοράς Κ κινείται µε ταχύτητα v ως προς K κατά µήκος του άξονα x, ώστε το Κ να κατευθύνεται προς αυξανόµενα x και µε τα Κ, Κ να συµπίπτουν σε χρόνο t=t =0, µετασχηµατισµός µεταξύ χωροχρονικών συντεταγµένων t,x,y,z στο K και t, x, y, z στο Κ είναι: t =γ(t-vx/c 2 ) x =γ(x-vt) y =y z =z Ο αντίστροφος µεταχηµατισµός είναι απλά αυτός που προκύπτει εναλλάσσοντας τα x, x και τα t, t, και αντικαθιστώντας το v µε -v: t=γ(t +vx /c 2 ) x=γ(x +vt ) y=y z=z Β. Συστολή µήκους, διαστολή χρόνου. " Πώς θα µετρήσουµε στο Κ το µήκος µιας ράβδου που είναι ακίνητη στο Κ και έχει εκεί µήκος L (είναι δηλαδή x 2 -x 1 =L, σε χρόνο ας πούµε t =0). " Πώς µετράει ο Κ τη διαφορά ανάµεσα σε δυο γεγονότα ταυτόχωρα στο Κ (ας πούµε ανάµεσα σε δυο διαδοχικούς χτύπους ενός ρολογιού που κάθεται πάνω στο x=y=z=0)? Γ. Μετασχηµατισµοί ταχυτήτων και σχετικιστική απόκλιση. Σχετικιστική εστίαση ακτινοβολίας. Οι σχέσεις που θα εξάγουµε µε τον απλό µετασχηµατισµό Lrentz για κίνηση κατά µήκος του x γενικεύονται µε πολύ απλό τρόπο αν θεωρήσουµε ταχύτητες παράλληλες στην ταχύτητα v, u # (που θα µετασχηµατίζονται όπως το ux) και ταχύτητες κάθετες στην v, u (που θα µετασχηµατίζονται όπως το u y και το u z ). " Υπολογίστε το u x από το µετασχηµατισµό Lrentz και γενικεύστε στο u # " Υπολογίστε το u υ από το µετασχηµατισµό Lrentz και γενικεύστε στο u " Ποια η γωνία θ ανάµεσα σε u και v σε σχέση µε τη γωνία θ ανάµεσα σε u και v?

Αστροφυσική Υψηλών Ενεργειών! Διδάσκ.: Β. Παυλίδου! Ενότητα 3: Σχετικιστική Κινηματική 3 " Τι συµβαίνει για u =c? (φωτόνια) Για ισότροπη εκποµπή, να βρείτε πού καταλήγει το 50% της ακτινοβολίας που εκπέµπεται όταν η πηγή βρίσκεται σε υπερ-σχετικιστική κίνηση (v~c, γ>>1). Αυτό είναι το φαινόµενο της σχετικιστικής εστίασης της ακτινοβολίας (relativistic beaming), " Άρα τι περιµένουµε για τους πίδακες? Που είναι ο αντιδιαµετρικός πίδακας στις παρατηρήσεις των υπέρφωτων κινήσεων; Τι ποσοστό των πιδάκων βλέπουµε από τη Γη? Δ. Σχετικιστικό φαινόµενο Dppler Είναι ο συνδυασµός 2 φαινοµένων που λειτουργούν σε αντίθετες κατευθύνσεις: -- διαστολή χρόνου (τείνει να αυξάνει τις παρατηρούµενες χρονικές κλίµακες και να ελαττώνει τις συχνότητες ανεξάρτητα από την κατεύθυνση κίνησης), παράγοντας γ -- απόσταση που καλύπτεται από τα φωτόνια (τείνει να µειώσει τις παρατηρούµενες χρονικές κλίµακες όταν η κίνηση είναι προς τον παρατηρητή και το αντίστροφο όταν η κίνηση είναι µακρυά από τον παρατηρητή), παράγοντας (1-v/c csθ) (όπως είδαµε την τελευταία φορά στον υπολογισµό του Δt στην υπέρφωτη κίνηση). οπότε ο συνολικός παράγοντας είναι Δt bs =Δt/D, όπου D=1/[γ(1-βcsθ)] είναι ο παράγοντας Dppler. Αντίστοιχα, οι συνχότητες µετασχηµατίζονται κατά το ν bs =νd. " Για csθ=1 (θ=0), τότε D=? " Για θ=π, csθ = -1, D=? " Άρα τι περιµένουµε για τους πίδακες? Τι περιµένουµε για τη µεταβλητότητά τους και τις χρονικές κλίµακες αυτής; Τι περιµένουµε για τη συχνότητα της ακτινοβολίας που παρατηρούµε; Ε. Ποσότητες αναλλοίωτες κάτω από µετασχηµατισµούς Lrentz Επανάληψη-αστραπή του τανυστικού λογισµού:

Αστροφυσική Υψηλών Ενεργειών! Διδάσκ.: Β. Παυλίδου! Ενότητα 3: Σχετικιστική Κινηματική 4 Μετρική Minkwski Δείκτες πάνω (π.χ. x µ ): τετραδιάνυσµα, µετασχηµατίζεται όπως το τετραδιάνυσµα θέσης, και άρα αντίστροφα απο τα διανύσµατα βάσης (ανταλλοίωτο). Δείκτες κάτω (π.χ. x µ ): 1-µορφή, µετασχηµατίζεται αντίστροφα από το τετραδιάνυσµα θέσης, και άρα όπως τα διανύσµατα βάσης (συναλλοίωτα). Σύµβαση Einstein: επαναλαµβανόµενοι δείκτες αθροίζονται. Προσοχή: αθροίζουµε µόνον όταν ένας δείκτης είναι πάνω και ένας κάτω. Χρήση µετρικής για να «ανεβάζουµε» ή να «κατεβάζουµε» δείκτες: x µ =η µν x ν, x µ =η µν x ν. Η ποσότητα x µ y µ = η µν x µ y ν =η µν x µ y ν είναι ένα βαθµωτό µέγεθος και είναι αναλλοίωτη κάτω από µετασχηµατισµούς Lrentz. Ένα βαθµωτό είναι ένας τανυστής µηδενικής τάξης. Ένα τετραδιάνυσµα και µια 1-µορφή είναι και τα δυο τανυστές πρώτης τάξης. Ένας τανυστής τάξης N θα έχει Ν ελεύθερους δείκτες, είτε πάνω είτε κάτω, και θα µετασχηµατίζεται ανάλογα. Μπορούµε να προσθέσουµε τανυστές ίδιας τάξης µε ίδιο αριθµό ελεύθερων δεικτών στο ίδιο µέρος, απλώς προσθέτοντας τις συνιστώσες: π.χ. Α µ +Β µ. Άλλο παράδειγµα: F µ ν+g µ ν. Μπορούµε να πολλαπλασιάσουµε τανυστές µε διαφορετικούς ελεύθερους δείκτες, και ο τανυστής που προκύπτει έχει τάξη όση το άθροισµα των τάξεων των δυο τανυστών: π.χ., A µ Β ν είναι ένας τανυστής 2 ης τάξης. Άλλο παράδειγµα: F µ νg α β είναι τανυστής τέταρτης τάξης. Συστολή ενός τανυστή τάξης Ν 2: αθροίζουµε µεταξύ ενός δείκτη πάνω και ενός δείκτη κάτω. Προκύπτει τανυστής µε τάξη Ν-2. Π.χ. A µν ν είναι η συστολή του τανυστή 3 ης τάξης Α µν β και είναι ένα τετραδιάνυσµα. Άλλο παράδειγµα: T µ µ είναι η συστολή του τανυστή Τ µ ν και είναι ένα βαθµωτό. Διαφόριση τανυστών: Η διαφόριση ενός τανυστή τάξης Ν παράγει έναν τανυστή τάξης Ν+1 µε τον έξτρα δείκτη κάτω. Συµβολίζουµε τον καινούριο τανυστή µε κόµµα πριν τον καινούριο δείκτη. Παράδειγµα: Τ µν / x α Τ µν,α. Άλλο παράδειγµα: Α ν / x α Α ν,α. Μετασχηµατισµός τανυστών: Ένας µετασχηµατισµός Lrentz για κάθε δείκτη πάνω, ένας αντίστροφος µετασχηµατισµός Lrentz για κάθε δείκτη κάτω. Παράδειγµα:. Άλλο παράδειγµα:. Ο µετασχηµατισµός Lrentz: Λ µ ν= x µ / x ν. Σε µορφή πίνακα, για κίνηση στην κατεύθυνση x µε ταχύτητα β: ώστε.

Αστροφυσική Υψηλών Ενεργειών! Διδάσκ.: Β. Παυλίδου! Ενότητα 3: Σχετικιστική Κινηματική 5 Εφαρµογές: Ο αντίστροφος µετασχηµατισµός Lrentz: - κυριολεκτικά, ο αντίστροφος πίνακας του Λ µ ν. Το χωροχρονικό διάστηµα είναι βαθµωτό και άρα αναλλοίωτο: Δs 2 =η µν Δx µ Δx ν Το τετραδιάνυσµα της ορµής ορίζεται µε συνιστώσες. Άρα η ποσότητα η µν p µ p ν =-Ε 2 /c 2 +p 2 είναι αναλλοίωτη (και ίση µε την µάζα του σωµατιδίου, αφού Ε 2 =p 2 c 2 +m 2 c 4. Για φωτόνιο όπου E=pc, η µάζα είναι ίση µε 0, όπως και θα έπρεπε). Ο όγκος στο χώρο φάσης d 3 xd 3 p είναι αναλλοίωτος 1, και άρα η πυκνότητα στο χώρο φάσης, f(x i,p i ) είναι και αυτή αναλλοίωτη, αφού dn=αριθµός σωµατιδίων, αριθµήσιµος και βαθµωτός, πραφνώς αναλλοίωτος =f(x i,p i )d 3 xd 3 p. Η ένταση ακτινοβολίας, I ν, συνδέεται µε την πυκνότητα στο χώρο φάσης εξισώνοντας την ενεργειακή ροή ως εξής: Συναρτήσει της έντασης, µπορούµε να γράψουµε τη ροή ενέργειας ανά µονάδα συχνότητας (ενέργεια ανά µονάδα επιφάνειας ανά µονάδα χρόνου) ως εξής: I ν dωdν. Συναρτήσει της πυκνότητας στο χώρο φάσης, γράφουµε c(hν)fd 3 p=c(hν)fp 2 dpdω. Επειδή p=hv/c, η δεύτερη έκφραση γίνεται c(hν)fd 3 p=(h 4 ν 3 /c 2 )fdνdω, ή fν 3 I ν. Άρα η ποσότητα I ν /ν 3 είναι και αυτή αµετάβλητη. " Αφού η I ν /ν 3 είναι αµετάβλητη, πώς περιµένουµε να συµπεριφερθεί το I ν στους πίδακες συναρτήσει του D? Ασκήσεις: 1. Ένα σύστηµα Κ κινείται ως προς το Κ µε ταχύτητα v. Το Κ όπως φαίνεται από το Κ πηγαίνει προς την κατεύθυνση των αυξανόµενων y. Να γράψετε τον µετασχηµατισµό Lrentz. (2β) 2. Δυο γεγονότα Α, Β είναι ταυτόχωρα στο Κ της άσκησης 1, και ταυτόχρονα στο Κ. Ποια είναι η χρονική τους απόσταση στο Κ, t B -t A?(2β) 3. Να δείξετε ότι για θ=0, ο παράγοντας Dppler µπορεί να γραφεί σαν D=γ(1+β). Ποια η τιµή του D για υπερσχετικισική κίνηση;(2β) Βιβλιογραφία: Rsswg & Brueggen High Energy Astrphysics, 1, Special Relativity Schutz A first curse in general relativity, 1, Special Relativity Rybicki & Lightman Radiative Prcesses in Astrphysics, 4, Relativistic Cvariance and Kinematics 1 βλ. µια καλή απόδειξη εδώ: http://www.astr.princetn.edu/~jeremy/heap.pdf στις σηµειώσεις από τις διαλέξεις του Jeremy Gdman στο Princetn, γιατί η συνήθης «απόδειξη» π.χ. στους Rybicki & Lightman που την αντιγράφουν και οι Rwsswg & Brueggen εµένα µου φαίνεται κοµπογιανίτικη και δεν µε πειθει - γιατί πχ τι γίνεται αν θεωρήσουµε και όρους δεύτερης τάξης; τι γίνεται αν η απόκλιση των ορµών είναι µεγάλη; δεν είναι τότε αναλλοίωτος ο όγκος στο χώρο φάσης;