Speciali reliatyvumo teorija, kurią 1905 m. Pateikė Albertas Einšteinas, yra viena įtakingiausių teorijų XX a. Teorinės ir praktinės fizikos srityje. Bet kuris fizikas tai žino, bet kaip tai paaiškinti tiems, kurie neturi nieko bendro su mokslu? Ar kasdieniniame gyvenime pastebimi dalykai ir reiškiniai, galintys parodyti šią revoliucinę teoriją veikdami?
Reliatyvumo teorija
Suformuluota Alberto Einšteino 1905 m., Mokslinė reliatyvumo teorija rodo, kad:
- visi fiziniai procesai visur yra vienodi, o fizikos dėsniai laikomasi bet kurioje aplinkoje;
- yra didžiausias sąveikos sklidimo greitis, kuris negali viršyti šviesos greičio;
- erdvė ir laikas yra vienodi.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Teorija paaiškina įvairių objektų elgesį erdvėlaikyje, o tai leidžia nuspėti viską, pradedant juodųjų skylių, kuriomis negalėjo patikėti pats Einšteinas, egzistavimu ir baigiant gravitacinėmis bangomis. Reliatyvumas atrodo apgaulingai paprastas, bet tai nėra visiškai tiesa.
Reliatyvumo teorijos įtaka
Reliatyvumo teorija paaiškina ne tik tokius nuostabius reiškinius kaip gravitacinės bangos ir juodosios skylės, bet ir tai, kaip erdvė-laikas suvokiamas skirtingai, atsižvelgiant į daiktų judėjimo greitį ir kryptį.
Jei šviesos greitis visada yra pastovus, tai reiškia, kad labai greitai Žemės atžvilgiu judančiam astronautui sekundės praeina lėčiau nei stebėtojui iš Žemės. Laikas astronautui iš esmės sulėtėja.
Tačiau norint stebėti įvairius reliatyvistinius efektus, nebūtinai reikia erdvėlaivio. Tiesą sakant, yra daug atvejų, kai specialiojo reliatyvumo teorija, skirta patobulinti Niutono mechaniką, pasireiškia mūsų kasdieniniame gyvenime ir technologijose, kurias naudojame reguliariai.
Elektra
Magnetizmas yra reliatyvus efektas, ir jei jūs naudojate elektrą, galite padėkoti reliatyvumui už tai, kad generatoriai veikia.
Paėmus laidininką ir veikiant magnetiniam laukui, susidaro elektros srovė. Įkrautos laidininko dalelės veikiamos besikeičiančio magnetinio lauko, kuris priverčia jas judėti ir sukuria elektros srovę.
Elektromagnetai
Elektromagnetų darbą taip pat puikiai paaiškina reliatyvumo teorija. Kai laidu praeina nuolatinė elektros krūvio srovė, joje esantys elektronai dreifuoja. Paprastai viela atrodo elektra neutrali, be teigiamo ar neigiamo krūvio. Tai yra to paties protonų (teigiamų krūvių) ir elektronų (neigiamų krūvių) buvimo jame pasekmė. Bet jei šalia jo pastatysite kitą laidą su tiesioginiu elektros srautu, laidai pritraukia arba atstumia vienas kitą, priklausomai nuo krypties, kuria srovė juda laidu.
Jei srovė juda ta pačia kryptimi, elektronai iš pirmojo laido „suvokia“antrojo laido elektronus kaip stacionarius (jei elektros krūvis yra vienodo stiprumo). Tuo tarpu elektronų atžvilgiu abiejų laidų protonai juda. Atrodo, kad dėl reliatyvistinio ilgio sutrumpėjimo jie yra arčiau vienas kito, taigi visame laido ilgyje yra daugiau teigiamo krūvio nei neigiamo. Kadangi atmetami tie patys krūviai, abu laidai taip pat atstumia.
Priešinga kryptimi einanti srovė priverčia laidininkus.
Globali padėties nustatymo sistema
Kad GPS navigacija būtų tiksli, palydovai turi atsižvelgti į reliatyvistinius efektus. Taip yra dėl to, kad, nepaisant to, kad palydovai juda daug lėčiau nei maksimalus greitis, jie vis tiek juda pakankamai greitai. Palydovai siunčia savo signalus antžeminėms stotims. Jie, kaip ir automobilių, išmaniųjų telefonų ir kitų įrenginių GPS navigatoriai, dėl gravitacijos patiria didesnį pagreitį nei orbitoje esantys palydovai.
Norėdami pasiekti tobulą tikslumą, palydovai pasikliauja itin tiksliu laikrodžiu, norėdami pasakyti laiką iki nanosekundžių (milijardinės sekundės dalys). Kadangi kiekvienas palydovas yra 20 300 kilometrų virš Žemės ir ten važiuoja maždaug 10 000 kilometrų per valandą greičiu, reliatyvistinis laiko skirtumas yra maždaug keturios mikrosekundės per dieną. Pridėkite gravitaciją prie lygties ir skaičius padidės maždaug iki septynių mikrosekundžių. Tai yra apie 7 tūkstančiai nanosekundžių.
Skirtumas yra gana didelis: jei nebūtų atsižvelgta į reliatyvistinius efektus, GPS navigatorius jau pirmą dieną suklystų beveik 8 kilometrais.
Tauri aukso spalva
Metalai atrodo blizgūs, nes jų atomuose esantys elektronai juda tarp skirtingų energijos lygių ar orbitų. Kai kurie šviesos fotonai, pataikantys į metalinį paviršių, absorbuojami ir paskui išsiskiria ilgesne šviesos banga. Dauguma matomų šviesos spindulių tiesiog atsispindi.
Aukso atomas yra labai sunkus, todėl branduolyje esantys elektronai juda pakankamai greitai, todėl santykinai padidėja masė. Dėl to elektronai sukasi aplink branduolį trumpesnėje orbitoje ir turi didesnį pagreitį. Vidinių orbitalių elektronai turi krūvį, kuris maždaug sutampa su išorinių elektronų krūviu, atitinkamai absorbuota ir atspindėta šviesa pasižymi ilgesne banga
Didesnis šviesos bangos ilgis reiškia, kad dalį matomos šviesos, kuri paprastai tik atsispindėtų, absorbavo atomai, ir ta dalis yra mėlyname spektro gale. Tai reiškia, kad aukso atspindėta ir skleidžiama šviesa yra arčiau ilgesnio bangos ilgio spektro, tai yra, ji turi daugiau geltonos, oranžinės ir raudonos spalvos ir beveik neturi trumpųjų bangų mėlynos ir violetinės spalvos.
Auksas praktiškai atsparus erozijai
Reliatyvistinis poveikis, matomas aukso elektronams, taip pat yra priežastis, kodėl metalas nerūdija ir blogai reaguoja su kitais elementais.
Aukso išoriniame elektronų apvalkale yra tik vienas elektronas, tačiau, nepaisant to, jis yra dar mažiau aktyvus nei kalcis ar ličio, panašios struktūros. Aukso elektronai yra sunkesni, todėl yra arčiau atomo branduolio. Tai reiškia, kad labiausiai nutolęs išorinis elektronas greičiausiai bus tarp „savo“elektronų vidiniame apvalkale, nei pradės reaguoti su kito elemento išoriniais elektronais.
Skystoji gyvsidabrio būsena
Kaip ir auksas, gyvsidabris taip pat turi sunkiųjų atomų, kurių elektronai skrieja arti branduolio. Taigi seka santykinis greičio ir masės padidėjimas dėl sumažėjusio atstumo tarp branduolio ir įkrautos dalelės.
Ryšiai tarp gyvsidabrio atomų yra tokie silpni, kad gyvsidabris ištirpsta žemesnėje temperatūroje nei kiti metalai, ir dažniausiai būna skystas, dažniausiai pastebimas kasdieniniame gyvenime.
Seni televizoriai ir monitoriai
Ne taip seniai dauguma televizorių ir monitorių buvo katodinių spindulių prietaisai. Katodinių spindulių vamzdis yra prietaisas, kuris atkuria optinį vaizdą, dideliu magnetu apšaudydamas elektronus spinduliuose ar spindulių pluoštuose ant liuminescencinio paviršiaus. Kiekvienas elektronas sukuria apšviestą pikselį, kai patenka į ekrano galą. Elektronai paleidžiami dideliu greičiu, lygiu apie 30% didžiausio greičio arba šviesos greičio.
Kad susidarytų funkcinis optinis vaizdas, aparate sumontuoti elektromagnetai, nukreipiantys elektronus į reikiamą ekrano dalį, turėjo atsižvelgti į įvairius reliatyvistinius efektus, kad nesutrikdytų visos sistemos.
Tikiuosi, Chikanchi