1905 entwickelte Albert Einstein seine Relativitätstheorie. Diese bahnbrechende Arbeit veränderte unser Denken und Wahrnehmen der Welt um uns herum. Jahrhunderte umkippen des anerkannten wissenschaftlichen Denkens.
Meine Lieblingsanalogie für die Theorie kommt vom Mann selbst :
"Wenn Sie zwei Stunden mit einem netten Mädchen sitzen, denken Sie, dass es nur eine Minute ist, aber wenn Sie eine Minute auf einem heißen Herd sitzen, denken Sie, dass es zwei Stunden sind. Das ist Relativitätstheorie." - Albert Einstein
Über die Theorie selbst
Für die meisten mag es wie eine komplexe mathematische Lösung für ein esoterisches Problem erscheinen. Aber wie gut erklärt es die Dinge, die wir in unserem täglichen Leben sehen?
Zunächst ist eine Klarstellung angebracht. Wenn wir uns auf die Relativitätstheorie beziehen, müssen wir etwas klarer sein.
Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass die Gesetze der Physik im Universum einem stationären oder nicht bewegten Objekt oder Beobachter gleich sind. In einem Vakuum ist die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von Beobachtern konstant. Sie führte einen neuen Rahmen für alle einPhysik und vorgeschlagene neue Konzepte von Raum und Zeit.
Aber es gab ein Problem, was ist mit Beschleunigung und Schwerkraft? Einstein verbrachte die nächsten 10 Jahre damit, die Beschleunigung in die Theorie einzubeziehen, und veröffentlichte 1915 seine allgemeine Relativitätstheorie. Darin stellte er fest, dass massive Objekte eine Verzerrung im Raum verursachen-Zeit, die als Schwerkraft empfunden wird.
Diese beiden Theorien können zusammen als Relativitätstheorie betrachtet werden. Sie erklärt die Bewegung der Planeten, die Auswirkung der Schwerkraft auf das Licht auf die Existenz von Schwarzen Löchern.
So komplex die Theorie auch klingt, sie ist tatsächlich überraschend einfach. Erstens gibt es keinen "absoluten" Bezugsrahmen, daher Relativitätstheorie. Jedes Mal, wenn Sie die Geschwindigkeit, den Impuls oder die Durchlaufzeit eines Objekts messen, steht es immer in Beziehung zu etwas anderem.Zweitens die Lichtgeschwindigkeit ist die Konstante, um sie jedoch zu messen, ob in Bewegung oder nicht. Drittens nichts kann schneller als Licht gehen.
Wie können wir angesichts all dessen die Auswirkungen der Relativitätstheorie im wirklichen Leben sehen? Lassen Sie es uns herausfinden.
1. Globales Positionierungssystem
Ohne Ausgleich relativistischer Effekte wäre ein GPS-Gerät, das Ihnen sagt, dass es beispielsweise 0,8 km bis zur nächsten Tankstelle sind, nach nur einem Tag 8 km entfernt.
"Da ein Beobachter am Boden die Satelliten relativ zu ihnen in Bewegung sieht, sagt die Spezielle Relativitätstheorie voraus, dass ihre Uhren langsamer ticken sollten", erklärten Forscher von Ohio State University .
[Bildquelle : Pixabay ]
Warum? Obwohl GPS-Satelliten nicht mit Lichtgeschwindigkeit herumrasen, fliegen sie ziemlich schnell etwa 10.000 km / h. Berücksichtigen Sie, dass sie Signale an die Erdoberfläche senden, die einem größeren Einfluss der Erde ausgesetzt sindSchwerkraft. Dies führt zu einer kleinen, aber nicht unmerklichen relativistischen Zeitdilatation, die jeden Tag etwa 4 Mikrosekunden hinzufügt. Fügen Sie die Auswirkungen der Schwerkraft hinzu und die Zahl steigt auf etwa 7 Mikrosekunden.
2. Alles, was glänzt, ist nicht Gold
Die meisten Metalle sind "glänzend", da das meiste Licht reflektiert und wieder absorbiert und wieder emittiert wird, wenn Elektronen innerhalb der Orbitale "springen und fallen".
Gold ist jedoch ein sehr schweres Atom. Die inneren Elektronen bewegen sich so schnell fast die Hälfte der Lichtgeschwindigkeit, dass ihre Masse zunimmt und sich die Länge unter den Auswirkungen der Relativitätstheorie verkürzt. Dies gibt ihnen mehr Impuls undkürzere Wege.
Diese Elektronen haben fast so viel Energie wie die in den Außenschalen und daher sind die absorbierten und reflektierten Wellenlängen länger. Dies bedeutet, dass mehr Licht als "normal" absorbiert wird, was am blauen Ende des Spektrums liegt.
Dies bedeutet, dass das von Gold reflektierte Licht weniger blau und violett ist, wodurch Gold seine gelbliche Farbe erhält, da dieser Teil des Spektrums länger als blau ist.
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4. Zurück zu Gold
Die Relativitätstheorie beeinflusst nicht nur die verlockende Farbe von Gold. Sie wirkt sich auch auf die Fähigkeit von Gold aus, mit anderen Materialien zu reagieren.
Gold hat nur ein Elektron in seiner Außenhülle gemäß Bohrs naives Modell , wodurch es hochreaktiv werden sollte denken Sie an Kalzium oder Lithium.Da Gold ein so massives oder schweres Atom ist, werden diese Elektronen näher am Kern gehalten.Dies bedeutet, dass die Elektronen weniger wahrscheinlich von anderen Atomen beeinflusst werden, da sie eher mit ihren Goldkollegen in der Nähe des Kerns feiern.
3. Elektromagnete
Elektromagnete arbeiten über Relativitätstheorie. Wenn Gleichstrom durch einen einzelnen Draht fließt, ist das leitende Material elektrisch neutral ohne positive oder negative Nettoladung. Lassen Sie uns nun einen weiteren identischen Draht neben den ersten legen.
Unter der Annahme, dass sich die Ströme in derselben Richtung bewegen und dieselbe Stärke haben, "sehen" die Elektronen im ersten Draht die Elektronen im zweiten Draht als bewegungslos. Aus der Sicht der Elektronen scheinen sich die Protonen in beiden Drähten zu bewegen.Aufgrund der relativistischen Längenkontraktion scheinen sie enger beieinander zu liegen, sodass pro Drahtlänge mehr positive Ladung als negative Ladung vorhanden ist. Da sich wie Ladungen abstoßen, stoßen sich auch die beiden Drähte ab.
Wenn Sie einen der Ströme in einem der Drähte umkehren, erhalten Sie den gegenteiligen Effekt, und sie ziehen an, wodurch Sie einen Elektromagneten erzeugen - großartig.
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5. Quecksilber
Quecksilber ist wie Gold ein sehr schweres Atom. Da bei Gold die Elektronen näher am Kern gehalten werden und somit mehr Geschwindigkeit und Masse haben als sonst zu erwarten. Dies bedeutet, dass die interatomaren Bindungen schwach sindgenug, damit Quecksilber einen niedrigen Schmelzpunkt als andere Metalle hat und somit auf der Erde in flüssigem Zustand vorliegt.
6. Ihr alter Fernseher
Ältere Fernseher enthalten eine Technologie, die als Kathodenstrahlröhre bezeichnet wird. Diese feuert Elektronen mit einem großen Magneten auf eine Leuchtstoffoberfläche. Jedes Elektron entspricht einem beleuchteten Pixel auf dem Bildschirm. Diese Elektronen bewegen sich mit etwa 30 Prozent der Geschwindigkeitvon Licht und relativistischen Effekten müssen bei der Gestaltung der Formen der Magnete kompensiert werden.
7. Licht
Isaac Newton schlug vor, dass es im Universum einen absoluten Ruhezustand gibt. Wenn dies wahr wäre, sollte Licht überhaupt nicht existieren.
Andrew Moore vom Pomona College erklärte es als :
"Es würde nicht nur kein Magnetismus existieren, sondern auch kein Licht, da die Relativitätstheorie erfordert, dass sich Änderungen in einem elektromagnetischen Feld mit einer endlichen Geschwindigkeit anstatt sofort bewegen, wenn die Relativitätstheorie diese Anforderung nicht erzwingt ... Änderungen in elektrischen Feldern würden sofort kommuniziert… Statt durch elektromagnetische Wellen, und sowohl Magnetismus als auch Licht wären unnötig. "
8. Deine Existenz
Alle Masse in unserem Sonnensystem stammte von einer Supernova vor der Geburt unserer Sonne. Wir sind die Kinder dieses langen toten Sterns und alle schwereren Atome werden in Supernovas erzeugt und hergestellt.
Supernovae treten auf, wenn relativistische Effekte Quanteneffekte in riesigen Sternen überwinden. Die äußeren Schichten eines Sterns fallen auf den Kern zusammen. Dieser explodiert dann und erzeugt Elemente, die schwerer als Eisen sind. Tatsächlich sind fast alle schweren Elemente, mit denen wir heute vertraut sind.
9. und 10. * Atomkraft und Sonnenlicht
* Ok, wir haben ein bisschen geschummelt
Von Kernkraftwerken bis zu unserem heimischen Stern beschreibt E = MC2 das Phänomen, dass Masse und Energie miteinander verbunden und untereinander umwandelbar sind. Ohne diese hätten wir keine Atomkraft und vor allem kein Sonnenlicht.
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Quellen Lebendige Wissenschaft , John Walker , Veritasium