Теория относительности является одной из самых известных научных теорий двадцатого века. Но насколько хорошо она может объяснить вещи, которые люди видят в повседневной жизни? Теория относительности была сформулирована Альбертом Эйнштейном в 1905 году, она заявляет, что законы физики одинаковы во всем мире. Теория объясняет поведение объектов в пространстве и времени, может быть использована для прогнозирования всего, от существования черных дыр до поведения Меркурия на его орбите. Но где же в реальной жизни можно встретить проявления теории относительности?
Спутниковая система навигации
Для того чтобы ваша GPS-система в автомобиле работала точно, спутники должны принимать во внимание релятивистские эффекты. Ведь хоть спутник и не движется со скоростью света, он все же передвигается довольно быстро. Спутники посылают сигнал на станции на Земле, где гравитация имеет совсем другое воздействие, нежели в космосе. Чтобы получить высокую точность, на спутниках используются часы, измеряющие время в наносекундах. Поскольку каждый спутник находится в 20 тысячах километров над Землей и движется со скоростью 10 тысяч километров в час, существует релятивистское замедление времени на 4 мкс каждый день. Релятивистские эффекты крайне важны, и если бы они не были учтены, то уже через день после запуска ваша система навигации сообщала бы вам, что до заправки 80 метров, когда на самом деле до нее было бы 8 километров.
Электромагниты
Магнетизм является релятивистским эффектом, и вы можете поблагодарить теорию относительности Эйнштейна за то, что электрогенераторы вообще работают. Если вы возьмете петлю провода и проведете ее через магнитное поле, то получите электричество. Заряженные частицы провода подвергаются воздействию поля, что приводит к передвижению некоторых из них, что и создает электрический ток. А если вы положите провод и будете двигать магнит, то, по логике, частицы в проводе двигаться не должны – но электричество все равно создается. Это показывает, что не существует какого-либо привилегированного отношения.
Желтый цвет золота
Большинство металлов блестят, потому что электроны в них прыгают по разным уровням. Золото представляет собой тяжелый атом, поэтому внутренние электроны движутся достаточно быстро, чтобы повышение релятивистской массы было значительным, как и сокращение длины. В результате электроны вращаются вокруг ядра по гораздо меньшему пути, создавая больше импульса. Таким образом, световые волны, которые поглощаются и отражаются, являются длиннее. Именно это и обеспечивает желтый цвет золота.
Золото не ржавеет легко
Релятивистский эффект электрона золота также является одной из причин, почему этот металл не подвержен коррозии. Золото имеет только один электрон в его внешней оболочке, но он все равно не такой реактивный, как кальций или литий. Вместо этого электроны в молекуле золота являются более «тяжелыми», что удерживает их ближе к атомному ядру. Это означает, что внешний электрон, вероятнее всего, не будет находиться в том месте, где он сможет взаимодействовать с чем-либо еще – он также будет находиться ближе к ядру, как и все остальные электроны.
Ртуть – это жидкость
Подобно золоту, ртуть также является тяжелым атомом с электронами, находящимися вблизи ядра из-за скорости и последующего увеличения массы. У ртути связи между атомами являются довольно слабыми, поэтому ртуть плавится уже при низких температурах, и она обычно предстает перед человеческим взглядом уже в жидком состоянии.
Ваш старый телевизор
Еще несколько лет назад большинство телевизоров имели экраны, изготовленные по технологии ЭЛТ. Электронно-лучевые трубки работают путем выстреливания электродов на люминофорную поверхность с помощью магнита. Каждый электрон дает зажженный пиксель, когда он попадает на заднюю часть экрана. Электроны, выпущенные для создания изображения, путешествуют со скоростью, в тридцать раз превышающей скорость света. Релятивистские эффекты в данном случае очевидны, поэтому производителям телевизоров приходилось очень тщательно подбирать форму магнитов, чтобы принять эти эффекты во внимание.
Свет
Если бы Исаак Ньютон был прав, полагая, что существует абсолютная система покоя, то людям пришлось бы искать другое объяснение света, потому что это бы никак не могло работать. Не существовало бы не только магнетизма, но и самого света, потому что теория относительности требует, чтобы заряды в электромагнитном поле двигались с конечной скоростью.
Атомные станции и сверхновые звезды
Относительность является одной из причин того, что энергия и масса могут быть превращены друг в друга – именно так работают атомные электростанции, и именно так светит солнце. Еще одним важным эффектом является взрыв суперновых звезд, который сигнализирует о смерти массивных звезд.
