Кіріспе
Қозғалысқа тәуелсіз масса, тыныштықтағы жалпы массаға тең. Инвариант масса, тыныштықтағы масса, ішкі масса, меншікті масса немесе байланысқан жүйелер үшін жай ғана масса – бұл объектінің немесе объектілер жүйесінің жалпы массасының, жүйенің жалпы қозғалысына тәуелсіз бөлігі. Нақтырақ айтқанда, ол Лоренц түрлендірулерімен байланысты барлық есептеу жүйелерінде бірдей болатын жүйенің жалпы энергиясы мен импульсінің сипаттамасы. Егер жүйенің импульс орталығы болса, онда жүйенің инвариант массасы сол "тыныштықтағы" жалпы массасына тең болады. Басқа есептеу жүйелерінде, жүйенің импульсі нөлден өзгеше болғанда, жүйенің жалпы массасы (яғни релятивистік масса) инвариант массадан үлкен, бірақ инвариант масса өзгеріссіз қалады. Масса-энергия эквиваленттілігінің арқасында жүйенің тыныштықтағы энергиясы жай ғана инвариант массаға, жарық жылдамдығының квадратына көбейтілгенге тең. Сол сияқты, жүйенің жалпы энергиясы оның жалпы (релятивистік) массасына, жарық жылдамдығының квадратына көбейтілгенге тең. Төрт импульсі нөлдік вектор болатын жүйелерде (мысалы, бір фотон немесе бір бағытта қозғалатын көптеген фотондар) инвариант масса нөлге тең және олар массасыз деп аталады. Жарық жылдамдығынан жылдам қозғалатын физикалық объект немесе бөлшектің төрт импульсі кеңістіктік сипатта болады (мысалы, гипотетикалық тахион), және мұндай бөлшектердің бар екені белгісіз. Кез келген уақыт тәрізді төрт импульс, (3 өлшемді) импульсі нөлге тең болатын есептеу жүйесіне ие, ол импульс орталығы болып табылады. Бұл жағдайда инвариант масса оң болып табылады және ол тыныштықтағы масса деп аталады. Егер жүйедегі объектілердің арасында салыстырмалы қозғалыс болса, онда жүйенің инвариант массасы объектілердің тыныштықтағы массаларының қосындысынан өзгеше болады. Бұл сондай-ақ жүйенің жалпы энергиясының c²-ге бөлінуіне тең. Массаның анықтамалары туралы мәліметтер үшін масса-энергия эквиваленттілігіне қараңыз. Жүйелердің массасы импульс орталығындағы салмақ немесе массалық шкаламен өлшенуі керек, онда жүйенің барлық импульсі нөлге тең, сондықтан мұндай шкала әрқашан жүйенің инвариант массасын өлшейді. Мысалы, шкала газ баллонындағы молекулалардың кинетикалық энергиясын баллонның инвариант массасының бөлігі ретінде өлшейді, демек, оның тыныштықтағы массасы да. Бұл жүйедегі массасыз бөлшектер үшін де дұрыс, олар өз энергияларына сәйкес жүйеге инвариант массаны және тыныштықтағы массаны қосады. Оқшауланған массалық жүйе үшін жүйенің массалық орталығы тұрақты, жарықтан кем жылдамдықпен түзу сызықта қозғалады (жылдамдық қолданылатын есептеу жүйесіне байланысты). Осылайша, бақылаушы онымен бірге қозғалуы мүмкін. Осы кадрда, импульс орталығы кадры, жалпы импульс нөлге тең, және егер ол байланысқан жүйе болса (мысалы, газ баллоны), жүйенің барлығы "тыныштықта" деп қарастырылуы мүмкін. Осы шарттардағы кадрда жүйенің инвариант массасы жалпы жүйе энергиясына (нөлдік импульс кадрында) c²-ге бөлінгенге тең. Импульс орталығындағы бұл жалпы энергия, жүйенің әртүрлі инерциялық кадрлардан әртүрлі бақылаушылар көретін ең төменгі энергиясы болып табылады. Бір бағытта қозғалатын фотондар немесе жарық сәулелері үшін мұндай тыныштықтағы кадрдың жоқ екенін ескеріңіз. Бірақ егер екі немесе одан да көп фотон әртүрлі бағытта қозғалса, массалық орталық кадры (немесе жүйе байланысқан болса "тыныштықтағы кадр") болады. Осылайша, әртүрлі бағытта қозғалатын бірнеше фотондардан тұратын жүйенің массасы оң, яғни бұл жүйе үшін инвариант масса бар, бірақ ол әр фотон үшін жоқ.
The invariant mass, rest mass, intrinsic mass, proper mass, or in the case of bound systems simply mass, is the portion of the total mass of an object or system of objects that is independent of the overall motion of the system. More precisely, it is a characteristic of the system's total energy and momentum that is the same in all frames of reference related by Lorentz transformations. If a center of momentum frame exists for the system, then the invariant mass of a system is equal to its total mass in that "rest frame". In other reference frames, where the system's momentum is nonzero, the total mass (a. k. a. relativistic mass) of the system is greater than the invariant mass, but the invariant mass remains unchanged. Because of mass–energy equivalence, the rest energy of the system is simply the invariant mass times the speed of light squared. Similarly, the total energy of the system is its total (relativistic) mass times the speed of light squared. Systems whose four momentum is a null vector (for example, a single photon or many photons moving in exactly the same direction) have zero invariant mass and are referred to as massless. A physical object or particle moving faster than the speed of light would have space like four momenta (such as the hypothesized tachyon), and these do not appear to exist. Any time like four momentum possesses a reference frame where the momentum (3 dimensional) is zero, which is a center of momentum frame. In this case, invariant mass is positive and is referred to as the rest mass. If objects within a system are in relative motion, then the invariant mass of the whole system will differ from the sum of the objects' rest masses. This is also equal to the total energy of the system divided by c2. See mass–energy equivalence for a discussion of definitions of mass. Since the mass of systems must be measured with a weight or mass scale in a center of momentum frame in which the entire system has zero momentum, such a scale always measures the system's invariant mass. For example, a scale would measure the kinetic energy of the molecules in a bottle of gas to be part of invariant mass of the bottle, and thus also its rest mass. The same is true for massless particles in such system, which add invariant mass and also rest mass to systems, according to their energy. For an isolated massive system, the center of mass of the system moves in a straight line with a steady subluminal velocity (with a velocity depending on the reference frame used to view it). Thus, an observer can always be placed to move along with it. In this frame, which is the center of momentum frame, the total momentum is zero, and the system as a whole may be thought of as being "at rest" if it is a bound system (like a bottle of gas). In this frame, which exists under these assumptions, the invariant mass of the system is equal to the total system energy (in the zero momentum frame) divided by c^(2). This total energy in the center of momentum frame, is the minimum energy which the system may be observed to have, when seen by various observers from various inertial frames. Note that for reasons above, such a rest frame does not exist for single photons, or rays of light moving in one direction. When two or more photons move in different directions, however, a center of mass frame (or "rest frame" if the system is bound) exists. Thus, the mass of a system of several photons moving in different directions is positive, which means that an invariant mass exists for this system even though it does not exist for each photon.
Тыныштықтағы массалардың жиынтығы
Жүйенің инвариантты массасы жүйені құрайтын бөлшектердің кинетикалық энергиясының импульс шеңберінің ортасында сақталатын массасын қамтиды, сондықтан жүйенің инвариантты массасы оның жеке құрамдас бөліктерінің инвариантты массаларының (бақилық массаларының) қосындысынан артық болуы мүмкін. Мысалы, жеке фотондар үшін тынығу массасы және инвариантты массасы нөлге тең, бірақ олар жүйенің инвариантты массасын арттыруы мүмкін. Осы себепті, инвариантты масса, әдетте, қосылатын шама емес (бірақ жүйеде потенциалдық немесе кинетикалық энергия болмағанда, массивті бөлшектерді жалпы массаға қосу сияқты, сирек жағдайларда қосыла алады). Екі дене жүйесінің қарапайым мысалын қарастырайық, онда A денесі бастапқыда тыныш күйдегі (кез келген есептеу жүйесінде) B денесіне қарай қозғалады. Бұл екі дене жүйесінің инвариантты массасының шамасы (төмендегі анықтаманы қараңыз) олардың тыныш күйдегі массаларының қосындысынан өзгеше. Егер біз осы жүйені импульс шеңберінің ортасынан қарастырсақ та, онда жалғыз импульс нөлге тең, жүйенің инвариантты массасының шамасы оның құрамындағы бөлшектердің тыныш массаларының қосындысына тең болмайды. Мұндай бөлшектердің кинетикалық энергиясы және күш өрістерінің потенциалдық энергиясы бөлшектердің тыныш массаларының қосындысынан артық жалпы энергияны арттырады, ал екі фактор да жүйенің инвариантты массасына үлеседі. Бақылаушы есептеген бөлшектердің кинетикалық энергиясының қосындысы импульс шеңберінің ортасында ең төменгі мәнге ие (егер жүйе байланысқан болса, бұл "тыныш жүйе" деп аталады). Олар көбінесе бір немесе бірнеше негізгі күштер арқылы өзара әрекеттеседі, бұл оларға өзара әрекеттесудің потенциалдық энергиясын береді, ол теріс болуы мүмкін.
Колайдерлік тәжірибелер
Бөлшектік соқтығыстырғыш эксперименттерінде бөлшектің бұрыштық орны көбінесе азимуттық бұрыш және псевдожылдамдық арқылы анықталады. Сонымен қатар, көлденең импульс, , әдетте өлшенеді. Егер бөлшектер массасыз немесе жоғары салыстырмалы болса, инварианттық массасы былай болады:
Тынығудағы энергия
Тыныштықтағы энергия (Тынықтағы масса энергиясы деп те аталады) – бөлшектің өзгермейтін массасымен байланысты энергия. Бөлшектің тыныштықтағы энергиясы формуласымен анықталады, мұндағы – вакуумдағы жарық жылдамдығы. Жалпы, энергияның өзгесуі ғана физикалық мағынаға ие. Тыныштықтағы энергия тұжырымы, Эйнштейннің энергия мен массаның эквиваленттігі туралы белгілі қорытындысына алып келетін арнайы салыстырмалылық теориясынан туындайды. Қараңыз.