Albert Einsteini poolt 1905. aastal välja toodud erirelatiivsusteooria on 20. sajandi teoreetilise ja praktilise füüsika valdkonnas üks mõjukamaid teooriaid. Iga füüsik teab seda, aga kuidas saab seda seletada neile, kellel pole teadusega midagi pistmist? Kas igapäevaelus on täheldatud asju ja nähtusi, mis võiksid seda revolutsioonilist teooriat tegevuses näidata?
Relatiivsusteooria
Albert Einsteini poolt 1905. aastal sõnastatud relatiivsusteooria teaduslik teooria viitab sellele, et:
- kõik füüsikalised protsessid kulgevad kõikjal ühtemoodi ja füüsikaseadusi järgitakse igas keskkonnas;
- vastastikmõjude levimiskiirus on maksimaalne, mis ei tohi ületada valguse kiirust;
- ruum ja aeg on homogeensed.
Reklaamvideo:
Teooria selgitab erinevate objektide käitumist aegruumis, mis võimaldab ennustada kõike alates mustade aukude olemasolust, millesse Einstein ise ei osanud uskuda, kuni gravitatsioonilaineteni. Relatiivsus tundub petlikult lihtne, kuid see pole päris tõsi.
Relatiivsusteooria mõju
Relatiivsusteooria selgitab mitte ainult selliseid hämmastavaid nähtusi nagu gravitatsioonilained ja mustad augud, vaid ka seda, kuidas aegruumi tajutakse erinevalt, sõltuvalt objektide liikumiskiirusest ja liikumissuunast.
Kui valguse kiirus on alati konstantne, tähendab see, et Maa suhtes väga kiiresti liikuva astronaudi jaoks mööduvad sekundid aeglasemalt kui Maalt pärit vaatleja jaoks. Aeg astronaudil aeglustub sisuliselt.
Kuid me ei vaja ilmtingimata kosmoselaeva mitmesuguste relativistlike efektide jälgimiseks. Tegelikult on palju juhtumeid, kus Newtoni mehaanika täiustamiseks mõeldud erirelatiivsusteooria avaldub meie igapäevaelus ja regulaarselt kasutatavates tehnoloogiates.
Elekter
Magnetism on relativistlik efekt ja kui kasutate elektrit, võite tänada relatiivsusteooriat generaatorite töö eest.
Kui võtate dirigendi ja paljastate selle magnetväljale, tekib elektrivool. Juhi laetud osakesed puutuvad kokku muutuva magnetväljaga, mis sunnib neid liikuma ja tekitab elektrivoolu.
Elektromagnetid
Elektromagnetite tööd selgitab suurepäraselt ka relatiivsusteooria. Kui elektrilaengu alalisvool läbib traati, triivivad selles olevad elektronid. Tavaliselt näib traat olevat elektriliselt neutraalne, positiivse ega negatiivse laenguta. See on tagajärg selles, et selles on sama palju prootoneid (positiivsed laengud) ja elektrone (negatiivsed laengud). Kuid kui asetate selle kõrvale veel ühe juhtme otsese elektrivooluga, tõmbavad juhtmed üksteist ligi või tõrjuvad, sõltuvalt sellest, millises suunas vool juhtmes liigub.
Kui vool liigub samas suunas, siis "tajuvad" esimese juhtme elektronid teise juhtme elektrone statsionaarsena (kui elektrilaeng on sama tugev). Samal ajal on elektronide osas mõlema juhtme prootonid liikumises. Pikkuse relativistliku lühenemise tõttu näivad nad asetsevat üksteisele lähemal, seega on kogu juhtme pikkuses rohkem positiivset laengut kui negatiivset. Kuna samad laengud tõrjutakse, tõrjuvad ka kaks juhtet.
Vastassuunas liikuv vool põhjustab juhtide tõmbamise.
Globaalne positsioneerimissüsteem
GPS-i kõige täpsema navigeerimise jaoks peavad satelliidid arvestama relativistlike mõjudega. See on tingitud asjaolust, et hoolimata asjaolust, et satelliidid liiguvad oma maksimaalsest kiirusest palju aeglasemalt, liiguvad nad siiski piisavalt kiiresti. Satelliidid saadavad oma signaale maajaamadele. Neil, nagu ka autode, nutitelefonide ja muude seadmete GPS-navigaatoritel, on raskusjõu tõttu kiirendus suurem kui orbiidil olevatel satelliitidel.
Täiusliku täpsuse saavutamiseks tuginevad satelliidid ülitäpsetele kelladele, et öelda aega nanosekunditeni (miljardi sekundini). Kuna iga satelliit on 20 300 kilomeetrit Maast kõrgemal ja liigub sinna umbes 10 000 kilomeetrit tunnis, ilmneb relativistlik ajavahe umbes neli mikrosekundit päevas. Lisage võrrandile gravitatsioon ja arv tõuseb umbes seitsme mikrosekundini. See on umbes 7 tuhat nanosekundit.
Erinevus on üsna suur: kui relativistlikke efekte ei arvestataks, eksiks GPS-navigaator juba esimesel päeval peaaegu 8 kilomeetri võrra.
Kuldne värvus üllas
Metallid näivad läikivad, kuna nende aatomites olevad elektronid liiguvad erinevate energiatasemete või orbitaalide vahel. Mõni metallpinda tabav valguse footon neeldub ja eraldub seejärel pikema valguslaine mõjul. Suurem osa nähtavatest valguskiirtest lihtsalt peegeldub.
Kuldaatom on väga raske, mistõttu tuuma elektronid liiguvad piisavalt kiiresti, mille tulemuseks on massi märkimisväärne suhteline suurenemine. Selle tulemusena pöörlevad elektronid tuuma ümber lühema orbiidiga suurema hooga. Sisemiste orbitaalide elektronid kannavad laengut, mis langeb kokku ligikaudu väliste elektronide laenguga, neelatud ja peegeldunud valgust iseloomustab pikem laine.
Pikemad valguse lainepikkused tähendavad, et osa nähtavast valgusest, mis tavaliselt lihtsalt peegelduks, on aatomid neelanud ja see osa asub spektri sinises otsas. See tähendab, et kuld peegelduv ja kiiratav valgus on lähemal pikemale lainepikkuse spektrile, see tähendab, et sellel on rohkem kollast, oranži ja punast ning peaaegu mitte ühtegi lühilainelist sinist ja violetset.
Kuld on praktiliselt hävimatu
Kullas olevate elektronide relativistlik mõju on ka põhjus, miks metall ei söövita ja reageerib halvasti teiste elementidega.
Kullal on välises elektronkestas ainult üks elektron, kuid sellele vaatamata on see veelgi vähem aktiivne kui kaltsium või liitium, mis on struktuurilt sarnased. Kullas olevad elektronid on raskemad ja asuvad seetõttu aatomi tuumale lähemal. See tähendab, et kõige kaugem välimine elektron on tõenäoliselt sisemise kesta "oma" elektronide hulgas, kui hakkab reageerima mõne teise elemendi väliste elektronidega.
Vedel elavhõbeda olek
Nagu kuld, on ka elavhõbedal rasked aatomid, mille elektronid tiirlevad tuuma lähedal. Siit järeldub kiiruse ja massi suhteline suurenemine tuuma ja laetud osakese vahelise kauguse vähenemise tõttu.
Elavhõbeda aatomite vahelised sidemed on nii nõrgad, et elavhõbe sulab madalamatel temperatuuridel kui muud metallid ja on enamasti igapäevaelus vedel.
Vanad telerid ja monitorid
Mitte nii kaua aega tagasi olid enamik telereid ja kuvareid katoodkiirte seadmed. Katoodkiiretoru on seade, mis reprodutseerib optilist pilti, tulistades elektronid kiirte või kiirte kiirtena suure magnetiga luminestsentspinnale. Iga elektron loob valgustatud piksli, kui see tabab ekraani tagakülge. Elektronid käivitatakse suurel kiirusel, mis võrdub umbes 30% -ga maksimaalsest kiirusest ehk valguskiirusest.
Funktsionaalse optilise pildi moodustamiseks pidid aparaati paigaldatud elektromagnetid elektronide suunamiseks vajalikule ekraani osale võtma arvesse erinevaid relativistlikke mõjusid, et mitte häirida kogu süsteemi.
Loodan, et Chikanchi
