Teoria specială a relativității, prezentată de Albert Einstein în 1905, este una dintre cele mai influente teorii din domeniul fizicii teoretice și practice din secolul al XX-lea. Orice fizician știe, dar cum poate fi explicat celor care nu au nimic de-a face cu știința? Există lucruri și fenomene observate în viața de zi cu zi care ar putea demonstra această acțiune revoluționară?
Teoria relativitatii
Formulată de Albert Einstein în 1905, teoria științifică a relativității sugerează că:
- toate procesele fizice sunt la fel peste tot, iar legile fizicii sunt respectate în orice mediu;
- există o viteză maximă de propagare a interacțiunilor care nu poate depăși viteza luminii;
- spațiul și timpul sunt omogene.
Video promotional:
Teoria explică comportamentul diferitelor obiecte în spațiu-timp, ceea ce face posibilă prezicerea de la existența găurilor negre, în care Einstein însuși nu putea să creadă, până la undele gravitaționale. Relativitatea pare înșelătoare de simplă, dar nu este pe deplin adevărată.
Influența teoriei relativității
Teoria relativității explică nu numai fenomene uimitoare precum undele gravitaționale și găurile negre, ci și modul în care spațiul-timp este perceput diferit în funcție de viteza și direcția de mișcare a obiectelor.
Dacă viteza luminii este întotdeauna constantă, aceasta înseamnă că pentru un astronaut care se mișcă foarte rapid față de Pământ, secundele trec mai încet decât pentru un observator de pe Pământ. Timpul încetinește în mod esențial pentru astronaut.
Dar nu avem neapărat nevoie de o navă spațială pentru a observa diferite efecte relativiste. De fapt, există multe cazuri în care teoria relativității speciale, concepută pentru a îmbunătăți mecanica newtoniană, se manifestă în viața noastră de zi cu zi și în tehnologiile pe care le folosim în mod regulat.
Electricitate
Magnetismul este un efect relativist și, dacă folosiți electricitatea, îi puteți mulțumi relativității pentru că a făcut să funcționeze generatoarele.
Dacă luați un conductor și îl expuneți la un câmp magnetic, se generează un curent electric. Particulele încărcate într-un conductor sunt expuse unui câmp magnetic în schimbare, care îi obligă să se miște și creează un curent electric.
Electro-magneți
Lucrarea electro-magneților este, de asemenea, perfect explicată de teoria relativității. Atunci când un curent continuu de sarcină electrică trece printr-un fir, electronii din el derivă. De obicei firul pare a fi neutru din punct de vedere electric, fără încărcare pozitivă sau negativă. Aceasta este o consecință a prezenței în ea a aceluiași număr de protoni (sarcini pozitive) și electroni (sarcini negative). Dar dacă puneți un alt fir lângă acesta cu un flux direct de electricitate, firele se atrag sau se resping reciproc, în funcție de direcția în care curentul se mișcă în fir.
Dacă curentul se mișcă în aceeași direcție, electronii din primul fir „percep” electronii din cel de-al doilea fir ca fiind staționari (dacă sarcina electrică este de aceeași putere). Între timp, în termeni de electroni, protonii din ambele fire sunt în mișcare. Datorită scurtării relativiste a lungimii, acestea par a fi situate mai aproape unul de celălalt, astfel, de-a lungul întregii lungimi a firului, există mai multă sarcină pozitivă decât negativă. Deoarece aceleași sarcini sunt respinse, la fel și cele două fire.
Curentul care călătorește în direcții opuse determină atragerea conductorilor.
Sistem de poziționare globală
Pentru cea mai precisă navigare GPS, sateliții trebuie să ia în considerare efectele relativiste. Acest lucru se datorează faptului că, în ciuda faptului că sateliții se mișcă mult mai încet decât viteza maximă, aceștia se mișcă încă suficient de repede. Sateliții își trimit semnalele către stațiile terestre. Aceștia, ca și navigatorii GPS ai mașinilor, smartphone-urilor și altor dispozitive, au o accelerație mai mare datorită gravitației decât sateliții pe orbită.
Pentru a obține o precizie perfectă, sateliții se bazează pe ceasuri super-precise pentru a reduce timpul până la nanosecunde (miliardimi de secundă). Deoarece fiecare satelit este la 20.300 de kilometri deasupra Pământului și călătorește acolo cu aproximativ 10.000 de kilometri pe oră, apare o diferență relativistică de timp de aproximativ patru microsecunde pe zi. Adăugați gravitația la ecuație și numărul crește la aproximativ șapte microsecunde. Este vorba de aproximativ 7 mii de nanosecunde.
Diferența este destul de mare: dacă nu ar fi luate în considerare efecte relativiste, navigatorul GPS ar fi greșit cu aproape 8 kilometri chiar în prima zi.
Culoare nobilă de aur
Metalele par strălucitoare deoarece electronii din atomii lor se mișcă între diferite niveluri de energie sau orbitali. Unii fotoni de lumină care lovesc o suprafață metalică sunt absorbiți și apoi emiși de o undă mai lungă de lumină. Majoritatea razelor de lumină vizibile sunt reflectate pur și simplu.
Atomul de aur este foarte greu, astfel încât electronii din nucleu se mișcă suficient de repede, rezultând o creștere relativă semnificativă a masei. Drept urmare, electronii se învârt în jurul nucleului pe o orbită mai scurtă cu mai mult impuls. Electronii din orbitalele interioare poartă o sarcină care coincide aproximativ cu sarcina electronilor externi, respectiv, lumina absorbită și reflectată este caracterizată de o undă mai lungă.
Lungimile de undă mai lungi înseamnă că o parte din lumina vizibilă care ar fi reflectată în mod normal a fost absorbită de atomi, iar acea porțiune se află la capătul albastru al spectrului. Aceasta înseamnă că lumina reflectată și emisă de aur este mai aproape de spectrul de lungime de undă mai lungă, adică are mai mult galben, portocaliu și roșu și aproape nu are albastru și violet cu unde scurte.
Aurul este practic rezistent la eroziune
Efectul relativist observat asupra electronilor din aur este, de asemenea, motivul pentru care metalul nu se corodează și reacționează slab cu alte elemente.
Aurul are un singur electron în învelișul exterior al electronului, dar în ciuda acestui fapt, este chiar mai puțin activ decât calciu sau litiu, care au o structură similară. Electronii din aur sunt mai grei și, prin urmare, se află mai aproape de nucleul atomului. Aceasta înseamnă că cel mai îndepărtat electron exterior, cel mai probabil, va fi printre „proprii” electroni din carcasa interioară, decât va începe să reacționeze cu electronii externi ai unui alt element.
Starea lichidă a mercurului
La fel ca aurul, mercurul prezintă și atomi grei cu electroni care orbitează aproape de nucleu. Prin urmare, urmează o creștere relativă a vitezei și a masei datorită unei reduceri a distanței dintre nucleu și particula încărcată.
Legăturile dintre atomii de mercur sunt atât de slabe încât mercurul se topește la temperaturi mai scăzute decât alte metale și este în general lichid în majoritatea cazurilor vieții de zi cu zi.
Televizoare și monitoare vechi
Nu cu mult timp în urmă, majoritatea televizoarelor și monitoarelor erau dispozitive cu raze catodice. Un tub cu raze catodice este un dispozitiv care reproduce o imagine optică prin tragerea de electroni în fascicule sau fascicule de raze pe o suprafață luminiscentă cu un magnet mare. Fiecare electron creează un pixel iluminat după ce lovește partea din spate a ecranului. Electronii sunt lansați la o viteză mare egală cu aproximativ 30% din viteza maximă sau viteza luminii.
Pentru a se forma o imagine optică funcțională, electromagnetii instalați în aparat pentru a direcționa electronii către partea necesară a ecranului trebuiau să țină seama de diferite efecte relativiste pentru a nu perturba întregul sistem.
Speranță Chikanchi
