Špeciálna teória relativity, ktorú predložil Albert Einstein v roku 1905, je jednou z najvplyvnejších teórií v oblasti teoretickej a praktickej fyziky 20. storočia. Každý fyzik to vie, ale ako sa to dá vysvetliť tým, ktorí nemajú nič spoločné s vedou? Existujú veci a javy pozorované v každodennom živote, ktoré by mohli demonštrovať túto revolučnú teóriu v praxi?
Teória relativity
Vedecká teória relativity, ktorú formuloval Albert Einstein v roku 1905, naznačuje, že:
- všetky fyzikálne procesy sú všade rovnaké a fyzikálne zákony sa dodržiavajú v akomkoľvek prostredí;
- existuje maximálna rýchlosť šírenia interakcií, ktorá nemôže prekročiť rýchlosť svetla;
- priestor a čas sú homogénne.
Propagačné video:
Teória vysvetľuje správanie rôznych objektov v časopriestore, čo umožňuje predvídať všetko od existencie čiernych dier, v ktoré sám Einstein neveril, až po gravitačné vlny. Relativita sa zdá byť klamne jednoduchá, ale nie je to tak úplne pravda.
Vplyv teórie relativity
Teória relativity vysvetľuje nielen také úžasné javy ako gravitačné vlny a čierne diery, ale aj to, ako je časopriestor vnímaný rôzne v závislosti od rýchlosti a smeru pohybu objektov.
Ak je rýchlosť svetla vždy konštantná, znamená to, že astronautovi, ktorý sa pohybuje veľmi rýchlo v porovnaní so Zemou, ubiehajú sekundy pomalšie ako pozorovateľovi zo Zeme. Čas sa astronautovi v podstate spomalí.
Na pozorovanie rôznych relativistických efektov však nevyhnutne nepotrebujeme vesmírnu loď. V skutočnosti existuje veľa prípadov, keď sa teória špeciálnej relativity zameraná na zlepšenie newtonovskej mechaniky prejaví v našom každodennom živote a technológiách, ktoré pravidelne používame.
Elektrina
Magnetizmus je relativistický efekt a ak používate elektrinu, môžete poďakovať relativite za to, že generátory fungujú.
Ak vezmete vodič a vystavíte ho magnetickému poľu, vytvorí sa elektrický prúd. Nabité častice vo vodiči sú vystavené meniacemu sa magnetickému poľu, ktoré ich núti pohybovať a vytvára elektrický prúd.
Elektromagnety
Prácu elektromagnetov dokonale vysvetľuje aj teória relativity. Keď jednosmerný prúd elektrického náboja prechádza drôtom, elektróny v ňom sa unášajú. Zvyčajne sa vodič javí ako elektricky neutrálny bez kladného alebo záporného náboja. Je to dôsledok prítomnosti rovnakého počtu protónov (kladné náboje) a elektrónov (záporné náboje). Ale ak vedľa neho umiestnite ďalší vodič s priamym prúdom elektriny, drôty sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú, v závislosti od smeru, ktorým sa prúd v drôte pohybuje.
Ak sa prúd pohybuje rovnakým smerom, elektróny z prvého drôtu „vnímajú“elektróny v druhom drôte ako stacionárne (ak má elektrický náboj rovnakú silu). Medzitým sú z hľadiska elektrónov protóny v oboch drôtoch v pohybe. Vzhľadom na relativistické skrátenie dĺžky sa zdá, že sú umiestnené bližšie k sebe, takže po celej dĺžke drôtu existuje viac kladného náboja ako záporného. Pretože odpudzujú rovnaké náboje, odpudzujú aj dva vodiče.
Prúd idúci v opačných smeroch spôsobuje priťahovanie vodičov.
Globálny pozičný systém
Pre čo najpresnejšiu navigáciu GPS musia satelity brať do úvahy relativistické efekty. Je to spôsobené tým, že aj napriek tomu, že sa satelity pohybujú oveľa pomalšie ako je ich maximálna rýchlosť, stále sa pohybujú dostatočne rýchlo. Družice vysielajú svoje signály na pozemné stanice. Rovnako ako GPS navigátory automobilov, inteligentných telefónov a iných zariadení zažívajú vďaka gravitácii väčšie zrýchlenie ako satelity na obežnej dráhe.
Aby sa dosiahla dokonalá presnosť, satelity sa spoliehajú na superpresné hodiny, ktoré umožňujú rozprávať časy až na nanosekundy (miliardtiny sekundy). Pretože každý satelit je 20 300 kilometrov nad Zemou a cestuje tam rýchlosťou asi 10 000 kilometrov za hodinu, existuje relativistický časový rozdiel asi štyri mikrosekundy za deň. Pridajte k rovnici gravitáciu a počet stúpne asi na sedem mikrosekúnd. To je asi 7 tisíc nanosekúnd.
Rozdiel je dosť veľký: ak by sa nezohľadnili žiadne relativistické efekty, GPS navigátor by sa hneď v prvý deň pomýlil o takmer 8 kilometrov.
Ušľachtilá farba zlata
Kovy vyzerajú lesklé, pretože elektróny v ich atómoch sa pohybujú medzi rôznymi úrovňami energie alebo orbitalmi. Niektoré fotóny svetla dopadajúce na kovový povrch sú absorbované a potom emitované dlhšou svetelnou vlnou. Väčšina lúčov viditeľného svetla sa jednoducho odráža.
Atóm zlata je veľmi ťažký, takže elektróny v jadre sa pohybujú dostatočne rýchlo, čo má za následok významné relatívne zvýšenie hmotnosti. Vďaka tomu sa elektróny točia okolo jadra na kratšej obežnej dráhe s väčšou hybnosťou. Elektróny vo vnútorných orbitáloch nesú náboj, ktorý sa zhruba zhoduje s nábojom vonkajších elektrónov, pre absorbované a odrazené svetlo je charakteristická dlhšia vlna.
Dlhšie vlnové dĺžky svetla znamenajú, že niektoré viditeľné svetlo, ktoré by sa za normálnych okolností len odrazilo, bolo absorbované atómami a táto časť je na modrom konci spektra. To znamená, že svetlo odrážané a emitované zlatom je bližšie k spektru dlhších vlnových dĺžok, to znamená, že má viac žltej, oranžovej a červenej farby a takmer žiadnu krátkovlnnú modrú a fialovú farbu.
Zlato je prakticky nezničiteľné
Relativistický efekt pozorovaný na elektrónoch v zlate je tiež dôvodom, prečo kov nekoroduje a reaguje slabo s ostatnými prvkami.
Zlato má vo vonkajšom elektrónovom obale iba jeden elektrón, ale napriek tomu je ešte menej aktívne ako vápnik alebo lítium, ktoré majú podobnú štruktúru. Elektróny v zlate sú ťažšie, a preto sa nachádzajú bližšie k jadru atómu. To znamená, že najvzdialenejší vonkajší elektrón je pravdepodobne medzi „vlastnými“elektrónmi vo vnútornom obale, než začne reagovať s vonkajšími elektrónmi iného prvku.
Kvapalný stav ortuti
Rovnako ako zlato, aj ortuť obsahuje ťažké atómy s elektrónmi obiehajúcimi blízko jadra. Nasleduje teda relatívne zvýšenie rýchlosti a hmotnosti v dôsledku zmenšenia vzdialenosti medzi jadrom a nabitou časticou.
Väzby medzi atómami ortuti sú také slabé, že sa ortuť topí pri nižších teplotách ako iné kovy a vo väčšine prípadov každodenného života je všeobecne tekutá.
Staré televízory a monitory
Nie je to tak dávno, čo väčšina televízorov a monitorov bola katódovými prístrojmi. Katódová trubica je zariadenie, ktoré reprodukuje optický obraz vypaľovaním elektrónov v lúčoch alebo lúčoch lúčov na luminiscenčný povrch pomocou veľkého magnetu. Každý elektrón vytvorí po dopade na zadnú časť obrazovky osvetlený pixel. Elektróny sú odpaľované vysokou rýchlosťou, ktorá sa rovná asi 30% maximálnej rýchlosti alebo rýchlosti svetla.
Aby sa vytvoril funkčný optický obraz, elektromagnety nainštalované v prístroji, aby smerovali elektróny na požadovanú časť obrazovky, museli brať do úvahy rôzne relativistické efekty, aby nenarušili celý systém.
Dúfam, že Chikanchi