Speciální teorie relativity, kterou navrhl Albert Einstein v roce 1905, je jednou z nejvlivnějších teorií v oblasti teoretické a praktické fyziky 20. století. Každý fyzik to ví, ale jak to lze vysvětlit těm, kteří nemají nic společného s vědou? Existují věci a jevy pozorované v každodenním životě, které by mohly demonstrovat tuto revoluční teorii v akci?
Teorie relativity
Vědecká teorie relativity, kterou vytvořil Albert Einstein v roce 1905, naznačuje, že:
- všechny fyzikální procesy probíhají všude stejně a zákony fyziky jsou dodržovány v jakémkoli prostředí;
- existuje maximální rychlost šíření interakcí, která nemůže překročit rychlost světla;
- prostor a čas jsou homogenní.
Propagační video:
Teorie vysvětluje chování různých objektů v časoprostoru, což umožňuje předvídat vše od existence černých děr, kterým Einstein sám nevěřil, až po gravitační vlny. Relativita se zdá být klamně jednoduchá, ale není to tak úplně pravda.
Vliv teorie relativity
Teorie relativity vysvětluje nejen takové úžasné jevy jako gravitační vlny a černé díry, ale také to, jak je časoprostor vnímán odlišně v závislosti na rychlosti a směru pohybu objektů.
Pokud je rychlost světla vždy konstantní, znamená to, že astronautovi pohybujícímu se velmi rychle vzhledem k Zemi uběhnou sekundy pomaleji než pozorovateli ze Země. Čas se astronautovi v podstatě zpomaluje.
K pozorování různých relativistických efektů ale nutně nepotřebujeme kosmickou loď. Ve skutečnosti existuje mnoho případů, kdy se teorie speciální relativity, určená ke zlepšení newtonovské mechaniky, projevuje v našem každodenním životě a technologiích, které pravidelně používáme.
Elektřina
Magnetismus je relativistický efekt a pokud používáte elektřinu, můžete poděkovat relativitě za to, že generátory fungují.
Pokud vezmete vodič a vystavíte jej magnetickému poli, vytvoří se elektrický proud. Nabité částice ve vodiči jsou vystaveny měnícímu se magnetickému poli, které je nutí k pohybu a vytváří elektrický proud.
Elektromagnety
Práce elektromagnetů je také dokonale vysvětlena teorií relativity. Když stejnosměrný proud elektrického náboje prochází drátem, elektrony v něm driftují. Drát se obvykle jeví jako elektricky neutrální bez kladného nebo záporného náboje. To je důsledek přítomnosti stejného počtu protonů (kladných nábojů) a elektronů (záporných nábojů). Pokud však vedle něj umístíte další vodič s přímým tokem elektřiny, dráty se navzájem přitahují nebo odpuzují, v závislosti na směru, kterým se proud v drátu pohybuje.
Pokud se proud pohybuje stejným směrem, elektrony z prvního drátu „vnímají“elektrony ve druhém drátu jako stacionární (pokud má elektrický náboj stejnou sílu). Mezitím, pokud jde o elektrony, jsou protony v obou vodičích v pohybu. Vzhledem k relativistickému zkrácení délky se zdá, že jsou umístěny blíže k sobě, takže po celé délce drátu existuje více kladného náboje než záporného. Jelikož jsou odpuzovány stejné náboje, oba vodiče také odpuzují.
Proud pohybující se v opačných směrech způsobuje přitahování vodičů.
Globální Polohovací Systém
Pro nejpřesnější navigaci GPS musí satelity brát v úvahu relativistické efekty. To je způsobeno skutečností, že i přes to, že se satelity pohybují mnohem pomaleji než jejich maximální rychlost, stále se pohybují dostatečně rychle. Družice vysílají své signály pozemním stanicím. Stejně jako GPS navigátory automobilů, smartphonů a dalších zařízení zažívají vyšší gravitační zrychlení než satelity na oběžné dráze.
Aby dosáhly dokonalé přesnosti, satelity spoléhají na superpřesné hodiny, které určují dobu až na nanosekundy (miliardtiny sekundy). Jelikož je každý satelit 20 300 kilometrů nad Zemí a cestuje tam rychlostí přibližně 10 000 kilometrů za hodinu, objeví se relativistický časový rozdíl asi čtyři mikrosekundy za den. Přidejte k rovnici gravitaci a počet stoupne na přibližně sedm mikrosekund. To je asi 7 tisíc nanosekund.
Rozdíl je poměrně velký: pokud by nebyly brány v úvahu žádné relativistické efekty, GPS navigátor by se hned první den mýlil o téměř 8 kilometrů.
Vznešená barva zlata
Kovy vypadají lesklé, protože elektrony v jejich atomech se pohybují mezi různými energetickými hladinami nebo orbitály. Některé fotony světla dopadajícího na kovový povrch jsou absorbovány a poté emitovány delší vlnou světla. Většina paprsků viditelného světla se jednoduše odráží.
Atom zlata je velmi těžký, takže elektrony v jádru se pohybují dostatečně rychle, což vede k významnému relativnímu nárůstu hmotnosti. Ve výsledku se elektrony točí kolem jádra na kratší oběžné dráze s větší hybností. Elektrony ve vnitřních orbitálech nesou náboj, který se přibližně shoduje s nábojem vnějších elektronů, absorbované a odražené světlo je charakterizováno delší vlnou.
Delší vlnové délky světla znamenají, že část viditelného světla, které by se za normálních okolností jen odrazilo, byla absorbována atomy a tato část je na modrém konci spektra. To znamená, že světlo odražené a vyzařované zlatem se blíží delšímu spektru vlnových délek, to znamená, že má více žluté, oranžové a červené barvy a téměř žádnou krátkovlnnou modrou a fialovou barvu.
Zlato je prakticky nezničitelné
Relativistický účinek na elektrony ve zlatě je také důvodem, že kov nekoroduje a špatně reaguje s jinými prvky.
Zlato má ve vnějším elektronovém pouzdře pouze jeden elektron, ale přesto je ještě méně aktivní než vápník nebo lithium, které mají podobnou strukturu. Elektrony ve zlatě jsou těžší, a proto se nacházejí blíže k jádru atomu. To znamená, že nejvzdálenější vnější elektron bude s největší pravděpodobností mezi „vlastními“elektrony ve vnitřním obalu, než začne reagovat s vnějšími elektrony jiného prvku.
Kapalný stav rtuti
Stejně jako zlato má rtuť také těžké atomy s elektrony obíhajícími blízko jádra. Z toho vyplývá relativní nárůst rychlosti a hmotnosti v důsledku zmenšení vzdálenosti mezi jádrem a nabitou částicí.
Vazby mezi atomy rtuti jsou tak slabé, že se rtuť taje při nižších teplotách než jiné kovy a je ve většině případů obecně tekutá, což lze pozorovat v každodenním životě.
Staré televizory a monitory
Není to tak dávno, co většina televizorů a monitorů byla katodová zařízení. Katodová trubice je zařízení, které reprodukuje optický obraz vypalováním elektronů v paprscích nebo paprskech paprsků na luminiscenční povrch pomocí velkého magnetu. Každý elektron vytvoří světelný pixel, když narazí na zadní část obrazovky. Elektrony jsou odpalovány vysokou rychlostí, která se rovná asi 30% maximální rychlosti nebo rychlosti světla.
Aby mohl být vytvořen funkční optický obraz, musely elektromagnety instalované v přístroji, aby nasměrovaly elektrony na požadovanou část obrazovky, zohledňovat různé relativistické efekty, aby nenarušily celý systém.
Doufám, že Chikanchi