Az Albert Einstein által 1905-ben előterjesztett speciális relativitáselmélet az egyik legbefolyásosabb elmélet a 20. század elméleti és gyakorlati fizikájának területén. Bármely fizikus tudja, de hogyan lehet megmagyarázni azoknak, akiknek semmi közük a tudományhoz? Vannak-e olyan dolgok és jelenségek a mindennapokban, amelyek képesek lennének demonstrálni ezt a forradalmi elméletet?
Relativitás-elmélet
Albert Einstein fogalmazta meg 1905-ben, a relativitáselmélet tudományos elmélete a következőket javasolja:
- minden fizikai folyamat mindenhol ugyanúgy zajlik, és a fizika törvényeit minden környezetben betartják;
- a kölcsönhatások terjedésének maximális sebessége nem haladhatja meg a fénysebességet;
- a tér és az idő homogén.
Promóciós videó:
Az elmélet megmagyarázza a különféle tárgyak viselkedését a tér-időben, ami lehetővé teszi, hogy mindent megjósoljanak a fekete lyukak létezésétől, amelyekben maga Einstein nem tudott hinni, a gravitációs hullámokig. A relativitás megtévesztően egyszerűnek tűnik, de ez nem teljesen igaz.
A relativitáselmélet hatása
A relativitáselmélet nemcsak olyan csodálatos jelenségeket magyaráz meg, mint a gravitációs hullámok és a fekete lyukak, hanem azt is, hogy a téridőt a tárgyak mozgásának sebességétől és mozgásirányától függően másképp érzékelik.
Ha a fénysebesség mindig állandó, ez azt jelenti, hogy a Földhöz képest nagyon gyorsan mozgó űrhajós számára a másodpercek lassabban telnek el, mint a Földről érkező megfigyelő esetében. Az idő lényegében lelassul az űrhajós számára.
De nem feltétlenül van szükségünk űrhajóra a különféle relativisztikus hatások megfigyeléséhez. Valójában sok olyan eset fordul elő, amikor a speciális relativitáselmélet, amelyet a newtoni mechanika fejlesztésére terveztek, megnyilvánul mindennapi életünkben és a rendszeresen alkalmazott technológiákban.
Elektromosság
A mágnesesség relativisztikus hatás, és ha villamos energiát használ, akkor köszönheti a relativitásnak, hogy a generátorok működőképessé váltak.
Ha egy vezetőt vesz és mágneses mezőnek teszi ki, elektromos áram keletkezik. A vezetőben lévő töltött részecskék változó mágneses mezőnek vannak kitéve, ami mozgásra kényszeríti őket, és elektromos áramot hoz létre.
Elektromágnesek
Az elektromágnesek munkáját a relativitáselmélet is tökéletesen megmagyarázza. Amikor egy elektromos töltés egyenárama áthalad egy huzalon, a benne lévő elektronok elsodródnak. A huzal általában elektromosan semleges, pozitív vagy negatív töltés nélkül. Ez annak a következménye, hogy azonos számú proton (pozitív töltés) és elektron (negatív töltés) van benne. De ha egy másik vezetéket teszünk mellé közvetlen áramárammal, akkor a vezetékek vonzzák vagy taszítják egymást, attól függően, hogy az áram milyen irányban mozog a vezetékben.
Ha az áram ugyanabba az irányba mozog, akkor az első vezeték elektronjai "észlelik" a második vezetékben lévő elektronokat álló helyzetben (ha az elektromos töltés azonos erősségű). Eközben az elektronokat tekintve a két vezetékben lévő protonok mozgásban vannak. A hosszúság relativisztikus rövidülése miatt úgy tűnik, hogy közelebb vannak egymáshoz, így a vezeték teljes hosszában több pozitív töltés van, mint negatív. Mivel ugyanazokat a töltéseket taszítják, így a két vezetéket is.
Az ellentétes irányban haladó áram miatt a vezetők vonzódnak.
Global Positioning System
A legpontosabb GPS navigáció érdekében a műholdaknak figyelembe kell venniük a relativisztikus hatásokat. Ez annak köszönhető, hogy annak ellenére, hogy a műholdak sokkal lassabban mozognak, mint a maximális sebességük, mégis elég gyorsan mozognak. A műholdak a földi állomásoknak küldik a jelüket. Az autók, az okostelefonok és más eszközök GPS navigátoraihoz hasonlóan ők is nagyobb gyorsulást tapasztalnak a gravitáció miatt, mint a pályán lévő műholdak.
A tökéletes pontosság elérése érdekében a műholdak szuperpontos órákra támaszkodva mondják el az időt nanoszekundumig (másodperc milliomod része). Mivel minden műhold 20 300 kilométerrel van a Föld felett, és óránként körülbelül 10 000 kilométerrel halad, relativisztikus időeltolódás körülbelül négy mikroszekundum / nap. Adjon gravitációt az egyenlethez, és a szám körülbelül hét mikroszekundumra nő. Ez körülbelül 7 ezer nanoszekundum.
A különbség meglehetősen nagy: ha nem vesznek figyelembe relativisztikus hatásokat, akkor a GPS navigátort már az első nap csaknem 8 kilométer tévesztené.
Nemes színű arany
A fémek fényesek, mert atomjaikban az elektronok különböző energiaszintek vagy pályák között mozognak. A fémfelületet eltaláló fény egyes fotonjai elnyelődnek, majd hosszabb fényhullámok bocsátják ki őket. A látható fénysugarak többsége egyszerűen visszaverődik.
Az aranyatom nagyon nehéz, ezért a sejt elektronjai elég gyorsan mozognak, ami jelentős relatív tömegnövekedést eredményez. Ennek eredményeként az elektronok rövidebb pályán, nagyobb lendülettel forognak a sejt körül. A belső pályákon lévő elektronok olyan töltést hordoznak, amely körülbelül egybeesik a külső elektronok töltésével, illetve az elnyelt és visszavert fényt hosszabb hullám jellemzi.
A hosszabb hullámhosszúság azt jelenti, hogy a látható fény egy része, amely normálisan csak visszaverődik, elnyelte az atomokat, és ez a rész a spektrum kék végén van. Ez azt jelenti, hogy az arany által visszavert és kibocsátott fény közelebb van a hosszabb hullámhossz-spektrumhoz, vagyis több sárga, narancssárga és vörös színű, és szinte nincs rövidhullámú kék és lila.
Az arany gyakorlatilag elpusztíthatatlan
Az arany elektronjain látható relativisztikus hatás egyben az oka annak, hogy a fém nem korrodálódik és rosszul reagál más elemekkel.
Az aranynak csak egy elektronja van a külső elektronhéjban, de ennek ellenére még kevésbé aktív, mint a szerkezetében hasonló kalcium vagy lítium. Az arany arany elektronjai nehezebbek, ezért közelebb helyezkednek el az atom magjához. Ez azt jelenti, hogy a legtávolabbi külső elektron nagy valószínűséggel a belső héjban lévő "saját" elektronok között lesz, és egy másik elem külső elektronjaival reagálni kezd.
Folyékony higanyállapot
Az aranyhoz hasonlóan a higanynak is nehéz atomjai vannak, amelyek elektronjai a mag közelében keringenek. Ennélfogva a sebesség és a tömeg relatív növekedését követi a mag és a töltött részecske közötti távolság csökkenése miatt.
A higany atomjai közötti kötések annyira gyengék, hogy a higany alacsonyabb hőmérsékleten megolvad, mint más fémek, és általában a mindennapi élet legtöbb esetben folyékony.
Régi tévék és monitorok
Nem is olyan régen a legtöbb televízió és monitor katódsugaras készülék volt. A katódsugárcső olyan eszköz, amely optikai képet reprodukál azáltal, hogy elektronokat sugárnyalábokban vagy sugárnyalábokban nagy mágnessel lumináló felületre lő. Minden elektron megvilágított pixelt hoz létre, miután az a képernyő hátuljára kerül. Az elektronokat nagy sebességgel indítják el, ami megegyezik a maximális sebesség vagy a fénysebesség körülbelül 30% -ával.
A funkcionális optikai kép kialakulásához a készülékbe telepített elektromágneseknek, hogy az elektronokat a képernyő szükséges részére irányítsák, különféle relativisztikus hatásokat kellett figyelembe venniük, hogy ne zavarják az egész rendszert.
Remélem Chikanchi