Η σχετικότητα είναι μια από τις πιο διάσημες επιστημονικές θεω-ρίες του 20ου αιώνα, αλλά πόσο καλά εξηγεί τα πράγματα που βλέπουμε στην καθημερινή μας ζωή;
Διατυπώθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν που ξεκίνησε το 1905, η θεωρία της σχετικότητας εξηγεί τη συμπεριφορά των α-ντικειμένων στο χώρο και το χρόνο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει πράγματα όπως η ύπαρξη μαύρων οπών , η κάμψη του φωτός λόγω της βαρύτητας και η συμπεριφορά των πλανητών στο τροχιές.
Η θεωρία είναι απατηλά απλή. Πρώτον, δεν υπάρχει «απόλυτο» πλαίσιο αναφοράς. Κάθε φορά που μετράτε την ταχύτητα ενός αντικειμένου, την ορμή του ή το πώς βιώνει το χρόνο, είναι πάντα σε σχέση με κάτι άλλο. Δεύτερον, η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια ανεξάρτητα από το ποιος τη μετράει ή πόσο γρήγορα πηγαίνει αυτός που τη μετράει. Τρίτον, τίποτα δεν μπορεί να πάει πιο γρήγορα από το φως.
Οι συνέπειες της πιο διάσημης θεωρίας του Αϊνστάιν είναι βαθιές. Εάν η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα η ίδια, σημαίνει ότι ένας αστροναύτης που πηγαίνει πολύ γρήγορα σε σχέση με τη Γη θα μετρήσει τα δευτερόλεπτα που χτυπούν πιο αργά από ό,τι ένας παρατηρητής που οδηγεί στη Γη. Ο χρόνος ουσιαστικά επιβραδύνεται για τον αστροναύτη - ένα φαινόμενο που ονομάζεται διαστολή χρόνου .
Οποιοδήποτε αντικείμενο σε ένα μεγάλο πεδίο βαρύτητας επιταχύνεται, επομένως βιώνει επίσης διαστολή χρόνου. Εν τω μεταξύ, το διαστημόπλοιο του αστροναύτη βιώνει συστολή μήκους , πράγμα που σημαίνει ότι αν τραβούσατε μια φωτογραφία του διαστημικού σκάφους καθώς πετούσε, θα φαινόταν σαν να ήταν «σφιγμένο» προς την κατεύθυνση της κίνησης. Στον α-στροναύτη, ωστόσο, όλα θα φαίνονταν φυσιολογικά. Επιπλέον, η μάζα του διαστημόπλοιου φαίνεται να αυξάνεται από την άποψη των ανθρώπων στη Γη.
Αλλά δεν χρειάζεστε απαραίτητα ένα διαστημόπλοιο που κάνει ζουμ με σχεδόν ταχύτητα φωτός για να δείτε σχετικιστικά εφέ. Πράγματι, υπάρχουν αρκετές περιπτώσεις σχετικότητας που μπορούμε να δούμε στην καθημερινή μας ζωή και τις τε-χνολογίες που χρησιμοποιούμε σήμερα που αποδεικνύουν ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο. Εδώ είναι μερικοί τρόποι με τους οποίους βλέπουμε τη σχετικότητα στην πράξη.
1️⃣➖ Ηλεκτρομαγνήτες:
Κοντινό πλάνο ενός εργάτη που κρατά ένα ηλεκτρομαγνητικό πηνίο σε ένα εργοστάσιο
ηλεκτρομαγνητικών.( Monty Rakusen μέσω Getty Images)
Ο μαγνητισμός είναι ένα σχετικιστικό φαινόμενο, και μπορείτε να το δείτε αυτό αποδεικνύεται μέσω γεννητριών. Εάν πάρετε ένα βρόχο σύρματος και το μετακινήσετε μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο, δημιουργείτε ηλεκτρικό ρεύμα. Τα φορτισμένα σω-ματίδια στο σύρμα επηρεάζονται από το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο , το οποίο αναγκάζει μερικά από αυτά να κινηθούν και δημιουργεί το ρεύμα.
Αλλά τώρα, φανταστείτε το καλώδιο σε ηρεμία και φανταστείτε ότι ο μαγνήτης κινείται. Σε αυτήν την περίπτωση, τα φορτι-σμένα σωματίδια στο σύρμα (τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια) δεν κινούνται πλέον, επομένως το μαγνητικό πεδίο δεν πρέπει να τα επηρεάζει. Αλλά το κάνει, και ένα ρεύμα εξακολουθεί να ρέει. Αυτό δείχνει ότι δεν υπάρχει προνομιακό πλαίσιο αναφοράς.
Ο Thomas Moore, καθηγητής φυσικής στο Pomona College στο Claremont της Καλιφόρνια, χρησιμοποιεί την αρχή της σχε-τικότητας για να αποδείξει τον νόμο του Faraday , ο οποίος δηλώνει ότι ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί η-λεκτρικό ρεύμα.
«Δεδομένου ότι αυτή είναι η βασική αρχή πίσω από τους μετασχηματιστές και τις ηλεκτρικές γεννήτριες, όποιος χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια βιώνει τα αποτελέσματα της σχετικότητας», είπε ο Μουρ στο Live Science.
Οι ηλεκτρομαγνήτες λειτουργούν και μέσω της σχετικότητας. Όταν ένα συνεχές ρεύμα ηλεκτρικού φορτίου ρέει μέσα από ένα σύρμα, τα ηλεκτρόνια παρασύρονται μέσα από το υλικό. Συνήθως, το σύρμα θα φαινόταν ηλεκτρικά ουδέτερο, χωρίς καθαρό θετικό ή αρνητικό φορτίο, επειδή το σύρμα έχει περίπου τον ίδιο αριθμό πρωτονίων (θετικά φορτία) και ηλεκτρονίων (αρνητικά φορτία). Αλλά αν βάλετε ένα άλλο καλώδιο με συνεχές ρεύμα δίπλα του, τα καλώδια έλκονται ή απωθούνται μεταξύ τους, ανάλογα με την κατεύθυνση προς την οποία κινείται το ρεύμα, σύμφωνα με φυσικούς στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στο Urbana-Champaign.
Υποθέτοντας ότι τα ρεύματα κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση, τα ηλεκτρόνια στο δεύτερο σύρμα είναι ακίνητα σε σύγκριση με τα ηλεκτρόνια του πρώτου σύρματος. (Αυτό υποθέτει ότι τα ρεύματα έχουν περίπου την ίδια ισχύ.) Εν τω μεταξύ, τα πρωτόνια και στα δύο καλώδια κινούνται σε σύγκριση με τα ηλεκτρόνια και στα δύο καλώδια. Λόγω της σχετικιστικής συστολής του μήκους, φαίνεται να είναι πιο κοντά, έτσι υπάρχει περισσότερο θετικό φορτίο από αρνητικό φορτίο ανά μήκος σύρματος. Γιατί όπως τα φορτία απωθούνται, έτσι και τα δύο καλώδια απωθούν.
Τα ρεύματα προς τις αντίθετες κατευθύνσεις οδηγούν σε έλξη, επειδή σε σύγκριση με το πρώτο σύρμα, τα ηλεκτρόνια στο άλλο καλώδιο είναι πιο συνωστισμένα, δημιουργώντας έτσι ένα καθαρό αρνητικό φορτίο, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στην Urbana-Champaign . Εν τω μεταξύ, τα πρωτόνια στο πρώτο σύρμα δημιουργούν ένα καθαρό θετικό φορτίο και τα αντίθετα φορτία έλκονται.
2️⃣➖
Πλοήγηση GPS:
Η πλοήγηση GPS είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα σχετικιστικής διαστολής του χρόνου.
(BlackJack3D μέσω Getty Images)
Για να λειτουργεί η πλοήγηση GPS του αυτοκινήτου σας με την ίδια ακρίβεια, οι δορυφόροι πρέπει να λάβουν υπόψη τις σχε-τικιστικές επιδράσεις, σύμφωνα με το PhysicsCentral . Αυτό συμβαίνει επειδή, παρόλο που οι δορυφόροι δεν κινούνται που-θενά κοντά στην ταχύτητα του φωτός, εξακολουθούν να πηγαίνουν αρκετά γρήγορα. Οι δορυφόροι στέλνουν επίσης σήματα σε επίγειους σταθμούς στη Γη. Αυτοί οι σταθμοί (και η τεχνολογία GPS σε ένα αυτοκίνητο ή smartphone) έχουν όλοι υψηλότερες επιταχύνσεις λόγω της βαρύτητας από τους δορυφόρους σε τροχιά.
Για να επιτύχουν αυτήν την ακριβή ακρίβεια, οι δορυφόροι χρησιμοποιούν ρολόγια που είναι ακριβή σε μερικά νανοδευτερό-λεπτα (δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου). Επειδή κάθε δορυφόρος βρίσκεται 12.600 μίλια (20.300 χιλιόμετρα) πάνω από τη Γη και κινείται με περίπου 6.000 mph (10.000 km/h), υπάρχει μια σχετικιστική χρονική διαστολή που προσκολλάται σε περίπου 4 μικροδευτερόλεπτα κάθε μέρα. Προσθέστε τις επιδράσεις της βαρύτητας και το αποτέλεσμα της διαστολής του χρόνου ανέρχεται σε περίπου 7 μικροδευτερόλεπτα (εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου).
Η διαφορά είναι πολύ πραγματική: Εάν δεν συνυπολογίζονταν σχετικιστικά φαινόμενα, μια μονάδα GPS που σας λέει ότι είναι μισό μίλι (0,8 χλμ.) μέχρι το επόμενο βενζινάδικο θα ήταν 5 μίλια (8 χλμ.) μακριά μετά από μία μόνο μέρα, σύμφωνα με το Physics. Κεντρικός.
3️⃣➖
Χρυσό κίτρινο χρώμα:
(Jonathan Knowles μέσω Getty Images)
Τα περισσότερα μέταλλα είναι γυαλιστερά επειδή τα ηλεκτρόνια στα άτομα πηδούν από διαφορετικά επίπεδα ενέργειας ή «τροχιακά». Μερικά φωτόνια που χτυπούν το μέταλλο απορροφώνται και εκπέμπονται εκ νέου, αν και σε μεγαλύτερο μήκος κύματος. Ωστόσο, το περισσότερο ορατό φως αντανακλάται.
Ο χρυσός είναι ένα βαρύ στοιχείο , επομένως τα εσωτερικά ηλεκτρόνια κινούνται αρκετά γρήγορα ώστε η σχετικιστική αύξηση της μάζας και η συστολή του μήκους να είναι σημαντικές, σύμφωνα με δήλωση του Πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης στη Γερμανία. Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε μικρότερες διαδρομές, με περισσότερη ορμή. Τα ηλεκτρόνια στα εσωτερικά τροχιακά μεταφέρουν ενέργεια που είναι πιο κοντά στην ενέργεια των εξωτερικών ηλεκτρονίων και τα μήκη κύματος που απορροφώνται και ανακλώνται είναι μεγαλύτερα. Τα μεγαλύτερα μήκη κύματος φωτός σημαίνουν ότι μέρος του ορατού φωτός που συνήθως ανακλάται απορροφάται και ότι το φως βρίσκεται στο μπλε άκρο του φάσματος. Το λευκό φως είναι ένας συνδυασμός όλων των χρωμάτων του ουράνιου τόξου, αλλά στην περίπτωση του χρυσού, όταν το φως απορροφάται και εκπέμπεται ξανά, τα μήκη κύματος είναι συνήθως μεγαλύτερα. Αυτό σημαίνει ότι το μείγμα των κυμάτων φωτός που βλέπουμε τείνει να έχει λιγότερο μπλε και βιολετί σε αυτό. Επειδή το κίτρινο, το πορτοκαλί και το κόκκινο φως έχουν μεγαλύτερα μήκη κύματος από το μπλε φως, ο χρυσός φαίνεται κιτρινωπός, σύμφωνα με το BBC .
4️⃣➖
Αντοχή του χρυσού στη διάβρωση:
Ο χρυσός είναι εξαιρετικός για χρήση σε κοσμήματα, αν και είναι σπάνιο να βρείτε κομμάτια από καθαρό χρυσό.(Peter Dazeley μέσω Getty Images)
Η σχετικιστική επίδραση στα ηλεκτρόνια του χρυσού είναι επίσης ένας λόγος που δεν διαβρώνεται ή δεν αντιδρά εύκολα με οτιδήποτε άλλο, σύμφωνα με μια δημοσίευση του 1998 στο περιοδικό Gold Bulletin .
Ο χρυσός έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό του περίβλημα, αλλά εξακολουθεί να μην είναι τόσο αντιδραστικό όσο το ασβέστιο ή το λίθιο. Αντίθετα, επειδή τα ηλεκτρόνια του χρυσού είναι «βαρύτερα» από όσο θα έπρεπε, αφού κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός, αυξάνοντας τη μάζα τους, κρατούνται πιο κοντά στον ατομικό πυρήνα. Αυτό σημαίνει ότι το εξώτατο ηλεκτρόνιο δεν είναι πιθανό να βρίσκεται εκεί που μπορεί να αντιδράσει με οτιδήποτε. είναι εξίσου πιθανό να είναι μεταξύ των ηλεκτρονίων που βρίσκονται κοντά στον πυρήνα.
5️⃣➖
Υγρός υδράργυρος:
Ο υδράργυρος χρησιμοποιείται σε οθόνες LCD και οθόνες.(Peter Cade μέσω Getty Images)
Ο υδράργυρος είναι επίσης ένα βαρύ άτομο, με τα ηλεκτρόνια να συγκρατούνται κοντά στον πυρήνα λόγω της ταχύτητάς τους και της συνακόλουθης αύξησης της μάζας τους. Οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων υδραργύρου είναι αδύναμοι, επομένως ο υδράργυρος λιώνει σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και είναι συνήθως υγρό όταν τον βλέπουμε, σύμφωνα με το Chemistry World .
6️⃣➖
Η παλιά σου τηλεόραση:
Καθοδικός σωλήνας ακτίνων που χρησιμοποιείται σε έναν παλιό αναλογικό παλμογράφο στο εργαστήριο.(albln μέσω Getty Images)
Μέχρι περίπου τις αρχές της δεκαετίας του 2000, οι περισσότερες τηλεοράσεις και οθόνες είχαν οθόνες καθοδικού σωλήνα. Ένας σωλήνας καθοδικών ακτίνων λειτουργεί πυροδοτώντας ηλεκτρόνια σε μια επιφάνεια φωσφόρου με έναν μεγάλο μαγνήτη. Κάθε ηλεκτρόνιο δημιουργεί ένα φωτισμένο pixel όταν χτυπά στο πίσω μέρος της οθόνης και τα ηλεκτρόνια εκτοξεύονται για να κάνουν την εικόνα να κινείται με ταχύτητα έως και 30% της ταχύτητας του φωτός. Τα σχετικιστικά φαινόμενα είναι αισθητά και όταν οι κατασκευαστές διαμόρφωσαν τους μαγνήτες, έπρεπε να εξετάσουν αυτά τα αποτελέσματα, σύμφωνα με το PBS News Hour .
7️⃣➖
Φως:
Εικόνα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble του γιγαντιαίου γαλαξία UGC 2885.(Πίστωση εικόνας: NASA/ESAB. Holwerda (Πανεπιστήμιο του Λούισβιλ))
Ο Isaac Newton υπέθεσε ότι υπάρχει ένα απόλυτο πλαίσιο ανάπαυσης ή ένα εξωτερικό τέλειο πλαίσιο αναφοράς με το οποίο θα μπορούσαμε να συγκρίνουμε όλα τα άλλα πλαίσια αναφοράς. Αν είχε δίκιο, θα έπρεπε να δώσουμε μια διαφορετική εξήγηση για το φως, γιατί δεν θα συνέβαινε καθόλου.
«Όχι μόνο δεν θα υπήρχε ο μαγνητισμός, αλλά δεν θα υπήρχε και το φως, επειδή η σχετικότητα απαιτεί οι αλλαγές σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο να κινούνται με πεπερασμένη ταχύτητα αντί για στιγμιαία», είπε ο Μουρ. "Εάν η σχετικότητα δεν επέβαλλε αυτήν την απαίτηση... οι αλλαγές στα ηλεκτρικά πεδία θα μεταδίδονταν ακαριαία... αντί μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, και τόσο ο μαγνητισμός όσο και το φως θα ήταν περιττά."
8️⃣➖
Ο ήλιος:
Αυτή η εικόνα από τις 20 Ιουνίου 2013, στις 23:15 EDT δείχνει το έντονο φως μιας ηλιακής έκλαμψης στην αριστερή πλευρά του Ήλιου και μια έκρηξη ηλιακού υλικού που εκτοξεύεται στην ατμόσφαιρα του Ήλιου, που ονομάζεται έκρηξη προεξοχής. ( NASA/SDO )
Χωρίς την πιο διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν - E = mc^2 - ο ήλιος και τα υπόλοιπα αστέρια δεν θα έλαμπαν. Στο κέντρο του μητρικού μας άστρου, έντονες θερμοκρασίες και πιέσεις συμπιέζουν συνεχώς τέσσερα ξεχωριστά άτομα υδρογόνου σε ένα μόνο άτομο ηλίου, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Οχάιο . Η μάζα ενός μόνο ατόμου ηλίου είναι ελαφρώς μικρότερη από αυτή τεσσάρων ατόμων υδρογόνου. Τι συμβαίνει με την επιπλέον μάζα; Μετατρέπεται άμεσα σε ενέργεια, η οποία εμφανίζεται ως ηλιακό φως στον πλανήτη μας.
You Might Also Like… …
Δείτε αυτή την Ανάρτηση: Τι θα συνέβαινε αν η ταχύτητα του φωτός ήταν πολύ χαμηλότερη; !!!
Δείτε αυτή την Ανάρτηση: Μάθετε περισσότερα για το πώς η σχετικό-τητα επηρεάζει τη μελέτη μακρινών κοσμικών αντικειμένων , από τη NASA. !!!
Δείτε αυτή την Ανάρτηση: Δείτε πώς η σχετικότητα γίνεται σημαντική για τους επιταχυντές σωματιδίων, από τη Fermilab. !!!
Δείτε αυτή την Ανάρτηση: Εξερευνήστε μια ιστορία της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν και τις πολλές επιβεβαιωμένες προβλέψεις της, από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος.
!!!
The article was written by Jesse Emspak
livescience.com
