В классической физике требование инвариантности законов физики относительно преобразований Лоренца означает, что любые физические величины должны преобразовываться как скаляры
, векторы
или тензоры
в пространстве Минковского. Правила вычислений с такими величинами даются тензорным исчислением. Использование тензорного исчисления позволяет записывать законы физики в таком виде, что их лоренц-инвариантность становится непосредственно очевидной.
Законы сохранения в теории относительности и релятивистская механика
В О. т., так же как в классической механике, для замкнутой физической системы сохраняется импульс р
и энергия Е
. Трёхмерный вектор импульса вместе с энергией образует четырёхмерный вектор импульса-энергии с компонентами Е
/с
, р
, обозначаемый как (Е
/с
, р
). При преобразованиях Лоренца остаётся инвариантной величина
E >2
– (cp) >2
= m >2c >4
, (7)
где m –
масса покоя частицы. Из требований лоренц-инвариантности следует, что зависимость энергии и импульса от скорости имеет вид
,
. (8)
Энергия и импульс частицы связаны соотношением р
= Eu
/c>2
. Это соотношение справедливо также для частицы с нулевой массой покоя; тогда u
= с
и р
= Е/с.
Такими частицами, по-видимому, являются фотоны (g) и электронные и мюонные нейтрино. Из (8) видно, что импульс и энергия частицы с m
¹ 0 стремятся к бесконечности при u
® с
.
Обсуждалась возможность существования объектов, движущихся со скоростью, большей скорости света (т. н. тахионов). Формально это не противоречит лоренц-инвариантности, но приводит к серьёзным затруднениям с выполнением требования причинности.
Масса покоя т
не является сохраняющейся величиной. В частности, в процессах распадов и превращений элементарных частиц сумма энергий и импульсов частиц сохраняется, а сумма масс покоя меняется. Так, в процессе аннигиляции позитрона
и электрона е> +
+ е>–
® 2g сумма масс покоя изменяется на 2 m>е
.
В системе отсчёта, в которой тело покоится (такая система отсчёта наз. собственной), его энергия (энергия покоя) есть Е>0
= mс >2
. Если тело, оставаясь в покое, изменяет своё состояние, получая энергию в виде излучения или тепла, то из релятивистского закона сохранения энергии следует, что полученная телом энергия DЕ
связана с увеличением его массы покоя соотношением DЕ
= Dmc >2
. Из этого соотношения, названного Эйнштейном принципом эквивалентности массы и энергии, следует, что величина Е>0
= mc >2
определяет максимальную величину энергии, которая может быть «извлечена» из данного тела в системе отсчёта, в которой оно покоится.