Номер 2, страница 241 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

2. Какие частицы могут двигаться со скоростью света?

2. Согласно специальной теории относительности, двигаться со скоростью света в вакууме ($c$) могут только частицы, не имеющие массы покоя, так называемые безмассовые частицы.

Этот вывод следует из релятивистской формулы для энергии частицы: $E = \frac{m_0 c^2}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$ где $E$ — полная энергия частицы, $m_0$ — её масса покоя, $v$ — скорость частицы, а $c$ — скорость света в вакууме.

Если частица имеет массу покоя ($m_0 > 0$), то при её скорости $v$, стремящейся к скорости света $c$, знаменатель дроби $\sqrt{1 - v^2/c^2}$ будет стремиться к нулю. В результате энергия $E$, необходимая для достижения скорости света, будет стремиться к бесконечности. Это означает, что для разгона массивной частицы до скорости света потребовалась бы бесконечная энергия, что физически невозможно.

Для безмассовых частиц ($m_0 = 0$), чтобы энергия не была равна нулю, необходимо, чтобы знаменатель также был равен нулю. Это условие выполняется только тогда, когда их скорость $v$ в точности равна скорости света $c$. Таким образом, безмассовые частицы обречены всегда двигаться со скоростью света. Они не могут быть замедлены или ускорены; они либо существуют, двигаясь со скоростью $c$, либо не существуют вовсе.

К таким частицам относятся:

• Фотоны — кванты электромагнитного поля, то есть частицы света. Это самый известный пример безмассовых частиц.
• Глюоны — элементарные частицы, являющиеся переносчиками сильного взаимодействия. Они также считаются безмассовыми. Однако в свободном состоянии они не наблюдаются из-за свойства сильного взаимодействия, называемого конфайнментом.
• Гравитоны — гипотетические безмассовые частицы, которые должны быть переносчиками гравитационного взаимодействия. Их существование предсказывается квантовой теорией гравитации, но пока не подтверждено экспериментально.

Ответ: Двигаться со скоростью света могут только безмассовые частицы, то есть частицы с нулевой массой покоя. К ним относятся фотоны, глюоны, а также гипотетические гравитоны.