Содержание
Эйнштейн, не учите Бога, что ему делать: история создания общей теории относительности
14.03.2017 — Статья
Инженер Вселенной и новый Коперник – так называли Альберта Эйнштейна, придумавшего революционную четырехмерную модель пространства и времени, более известную как общая теория относительности. 25 ноября 1915 года знаменитый физик впервые представил ее в Прусской академии наук в Берлине.
Открытие Альбертом Эйнштейном (Albert Einstein) общей теории относительности (Allgemeine Relativitätstheorie) сто лет назад произвело настоящую революцию в научной среде и вывело понимание человечеством мироустройства на новый уровень.
Новые основы физики
До Эйнштейна на протяжении более 200 лет основой для изучения движения материальных тел и их взаимодействия друг с другом служили три закона Ньютона и его закон всемирного тяготения, опиравшиеся на существование неподвижной системы отсчета – абсолютных и универсальных категорий пространства и времени.
«В конце XIX века все считали, что основная система физики уже состоялась, может быть надо внести еще пару штрихов, но фундамент науки останется неизменным. И вдруг оказалось, что это не так», – говорит руководитель Института им. Макса Планка по истории науки физик Юрген Ренн (Jürgen Renn), один из ведущих экспертов по работам Эйнштейна.
Начало XX века действительно перевернуло научный мир с ног на голову: Вильгельм Рёнтген (Wilhelm Röntgen) открывает рентгеновские лучи, Мария и Пьер Кюри – радиоактивность. В 1905 году Эйнштейн, занимавший на тот момент скромный пост служащего патентного ведомства в швейцарском Берне, опубликовал свою специальную теорию относительности, в которой предложил рассматривать движение тел в пространстве относительно друг друга, не принимая ни один из объектов за систему отсчета, а скорость света в вакууме наоборот назвал постоянной и абсолютной величиной. Из этого вытекает и его знаменитая формула, которую знает каждый школьник: Е = mc2 (где Е – энергия, m – масса, а с – скорость света), согласно которой масса и энергия эквивалентны и ничто не может двигаться быстрее света.
Самая счастливая мысль в жизни
Однако все эти идеи полностью противоречили ньютоновским основам классический механики, и Эйнштейн продолжает совершенствовать свою теорию. «Самая счастливая мысль в моей жизни», как позднее назовет физик общую теорию относительности, пришла к нему в 1907 году: «Я сидел на своем стуле в патентном ведомстве Берна. И вдруг у меня случилось озарение: если человек парит в невесомости, то он не будет ощущать свой собственный вес. Я был ошарашен», – вспоминал затем будущий нобелевский лауреат.
За переезд Эйнштейна в Берлин в 1915 году особенно ратовал другой выдающийся немецкий физик – Макс Планк (Max Planck). Он одним из первых оценил специальную теорию относительности Эйнштейна и помог ему стать членом Прусской академии наук. 25 ноября 2015 года там должна была начаться серия докладов Эйнштейна, однако ученый до последнего не был доволен своими расчетами и предоставил на суд коллег сразу несколько версий своей новой модели.
Мне повезло заметить то, что не заметил жук
За неделю до выступления у него случился очередной инсайт: ученый обратил внимание на необычное смещение орбиты Меркурия, которое не укладывалось в рамки ньютоновского закона всемирного тяготения, зато прекрасно объяснялось его новой теорией.
Эйнштейн предположил, что гравитация возникает в результате искривления пространственно-временного континуума: чем больше масса объекта, тем сильнее его гравитационное поле, а оно в свою очередь влияет на темп времени. «Если жук ползет вдоль искривленного сучка, он не замечает, что сук кривой. Мне повезло заметить то, что не заметил жук», – так объяснял Эйнтштейн своё открытие 9-летнему сыну Эдуарду.
Его идея подверженного деформации четырехмерного пространственно-временного континуума заложила основы современной космологии, сыграла решающую роль в изучении теории Большого взрыва и появления черных дыр во Вселенной, благодаря этому открытию космические корабли сегодня бороздят её просторы, а простые смертные в частности получили бесценный дар спутниковой системы навигации.
До конца своих дней Эйнштейн работал над более масштабной детерминистской моделью мироустройства, позволившей бы проникнуть во все тайны Вселенной. «Квантовая механика действительно впечатляет. Но внутренний голос говорит мне, что это ещё не идеал.
Эта теория говорит о многом, но всё же не приближает нас к разгадке тайны Всевышнего. По крайней мере, я уверен, что Он не бросает кости», – писал физик в 1926 году своему другу и коллеге Нильсу Бору. Ответ Бора был краток: «Эйнштейн, не учите Бога, что ему делать».
И несмотря на это Эйнштейн сам же признавался: «Самое красивое и самое глубокое переживание, которое только доступно человеку, – это ощущение таинственности. Именно оно лежит в основе всего искусства и науки».
Ирина Михайлина
25 ноября исполняется 100 лет общей теории относительности
100 лет назад, 25 ноября 1915 года, Альберт Эйнштейн объявил полные математические подробности общей теории относительности (ОТО). Отдел науки «Газеты.Ru» напоминает о деталях создания этой теории, перевернувшей наши представления о пространстве и времени.
В 1687 году Исаак Ньютон в своем основном труде «Математические начала натуральной философии» вывел закон тяготения. Мир узнал, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения.
После нескольких десятилетий споров и проверок научное сообщество согласилось, что постулат Ньютона позволяет с огромной точностью объяснить и предсказать движения небесных тел. Впервые напрямую закон тяготения подтвердил британский физик и химик Генри Кавендиш. В 1798 году он сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу притяжения двух сфер, определив гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли. Спустя некоторое время закон тяготения стал считаться фундаментальным законом природы.
Все изменил Эйнштейн
Пять загадок физики после бозона Хиггса
Два года назад, 4 июля 2012 года, физики объявили о том, что они обнаружили бозон Хиггса, что подтвердило…
04 июля 12:39
В 1859 году французский астроном Урбен Леверье заметил аномальное смещение перигелия (ближайшей к Солнцу точки орбиты планеты или иного небесного тела Солнечной системы) Меркурия. Благодаря этой аномалии ученые поняли, что закон Ньютона не является абсолютным.
Вопрос о мистическом смещении перигелия Меркурия оставался открытым вплоть до 1915 года — именно тогда легендарный физик Альберт Эйнштейн разработал ОТО, из уравнений которой вытекало точно такое значение отклонения, которое наблюдалось астрономами.
«Эйнштейну пришлось видоизменить законы тяготения в соответствии с принципами относительности, — говорил лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман. — Первый из этих принципов гласит, что расстояние Х нельзя преодолеть мгновенно, тогда как по теории Ньютона силы действуют мгновенно.
Эйнштейну пришлось изменить законы Ньютона.
close
100%
Эти изменения, уточнения очень малы, одно из них состоит вот в чем: поскольку свет имеет энергию, энергия эквивалентна массе, а все массы притягиваются, — свет тоже притягивается и, значит, проходя мимо Солнца, должен отклоняться. Так оно и происходит на самом деле. Сила тяготения тоже слегка изменена в теории Эйнштейна. Но этого очень незначительного изменения в законе тяготения как раз достаточно, чтобы объяснить некоторые кажущиеся неправильности в движении Меркурия».
Байка гласит, что однажды Эйнштейн ехал в бернском трамвае и случайно взглянул на уличные часы. Ученого озарила потрясающая мысль: если бы сейчас трамвай разогнался до скорости света, то для пассажиров часы бы остановились, а времени бы не стало. Эйнштейн понял, что все зависит от точки отсчета, в которой находится наблюдатель, — и это озарение привело к созданию теории относительности.
Мы не знаем, насколько достоверна история про бернский трамвай (как не знаем, падало ли яблоко на голову Ньютона), но уверены в одном: формулирование ОТО — это результат долгого и кропотливого труда Нобелевского лауреата.
Кстати, по другой байке, однажды маленький сын Эйнштейна Эдуард спросил отца, почему он так знаменит. На это ученый ответил:
«Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут. Мне же посчастливилось заметить это».
На пути к ОТО
В 1905 году Альберт Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО) — теорию, описывающую движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света.
Согласно СТО, физическое тело, которое движется со скоростью, близкой к скорости света, сжимается, становится тяжелее и стареет намного медленнее.
«А давайте менять саму теорию относительности!»
Премия Грубера, престижнейшая международная премия по космологии, присуждена российскому ученому и его…
11 июля 17:27
Одним из тестов теории является эксперимент Хафеле-Китинга, впервые продемонстрированный в 1971 году. Тогда две пары атомных часов поместили в самолеты, которые дважды обогнули земной шар. После этого «самолетные» часы сравнили с часами, простоявшими все это время в Военно-морской обсерватории США. Оказалось, что
последние отставали от четверки «путешественников» на долю секунды, что соответствует СТО Эйнштейна.
Вскоре ученый решил расширить свою революционную теорию и добавить в нее ускорение. Это заняло у Эйнштейна целое десятилетие: в течение этого времени он сотрудничал с выдающимися коллегами — математиками Давидом Гильбертом и Марселем Гроссманом.
Результатом стали полные математические подробности новой теории — ОТО, объявленные Эйнштейном 25 ноября 1915 года. Макс Борн, лауреат Нобелевской премии по физике и один из создателей квантовой механики, сказал, что
новая теория Эйнштейна — «величайшее достижение человеческого мышления в познании природы, поразительное сочетание философской глубины, физической интуиции и математического искусства».
В ОТО к трем пространственным измерениям добавляется время, и мир становится четырехмерным. Согласно теории, перевернувшей с ног на голову всю физику,
гравитация — это следствие искривления пространства-времени под воздействием массы.
close
100%
Объясняя ОТО гуманитариям, физики часто просят их представить натянутый лист резины, на который опускают массивные шарики. Шарики продавливают резину, и натянутый лист (который олицетворяет пространство-время) деформируется. Согласно ОТО, вся Вселенная — это резина, на которой каждая планета, каждая звезда и каждая галактика оставляют вмятины.
Наша Земля вращается вокруг Солнца словно маленький шарик, пущенный кататься вокруг конуса воронки, образованной в результате «продавливания» пространства-времени тяжелым шаром. Тяжелый шар — это и есть Солнце.
Золотой век относительности
Альберт Эйнштейн утверждал, что из-за искривления пространства-времени путь света, проходящего вблизи массивного тела, должен искривляться. Ученый пояснил, что, например, звезду, расположенную за Солнцем, мы будем видеть в другом месте (поскольку ее свет отклоняется массой Солнца). 29 мая 1919 года астрономы проверили предсказание Эйнштейна во время солнечного затмения и доказали, что физик оказался прав.
ОТО предсказывает существование во Вселенной черных дыр. Черная дыра — это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (и сам свет в том числе). Граница, отделяющая черную дыру от всего остального мира, называется горизонтом событий: все, что происходит внутри горизонта событий, скрыто от глаз внешнего наблюдателя.
Сто страниц и три года для Теории всего
Уравнения Эйнштейна имеют смысл, это лишний раз подтвердили ученые, уточнившие условия, при которых работает…
25 октября 11:56
В период с 1960 по 1975 год исследования в ОТО вошли в главное русло теоретической физики (этот период называют «золотым веком ОТО»). Именно во время золотого века ОТО ученые подтвердили, что черные дыры перестают быть чисто теоретическими объектами.
В этот период астрономы открыли квазары, пульсары, а также реликтовое излучение — свидетельство Большого взрыва и последующего расширения Вселенной. Окончанием золотого века принято считать открытие излучения Хокинга — процесса излучения разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов, черной дырой.
Альберт Эйнштейн разработал ОТО, будучи еще молодым ученым. Он прекрасно понимал, что не может вписать свою революционную теорию в рамки квантовой механики — ведь в квантовой механике рассматривается взаимодействие объектов в едином пространстве-времени, а у Эйнштейна само это пространство формирует гравитацию.
Нобелевский лауреат безумно хотел объединить ОТО и квантовую механику, создав «теорию всего». Однако эта физико-математическая теория и по сей день является гипотетической.
Для того чтобы создать «теорию всего», необходимо объединить четыре фундаментальных взаимодействия: слабое ядерное, сильное ядерное, гравитационное и электромагнитное.
Сто лет общей теории относительности. Кто помогал Эйнштейну / Хабр
Сто лет назад, в ноябре 1915 года, Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО)
Эйнштейн опубликовал в берлинском журнале Prussian Academy of Sciences всего четыре небольшие статьи: 1, 2, 3, 4. Последняя из них отправлена 25 ноября 1915 года. В статьях указан один автор, и работу часто принимают как труд одного гения. Но это совершенно не так.
Марсель Гроссманн (слева) и Мишель Бессо (справа) были университетскими друзьями Альберта Эйнштейна (в центре)
На самом деле физик получил неоценимую помощь от друзей и коллег, большинство из которых никогда не стали известными и были незаслуженно забыты, пишет журнал Nature со ссылками на несколько литературных источников, авторы которых изучали жизнь Эйнштейна и историю создания ОТО.
Наиболее значительное влияние на создание ОТО оказали двое друзей Эйнштейна со студенческих лет — Марсель Гроссманн (Marcel Grossmann) и Мишель Бессо (Michele Besso). Гроссманн был талантливым математиком и прилежным студентом, он помог более мечтательному и причудливому Альберту в ключевые моменты, когда тот пытался сформулировать теорию. Бессо — инженер с воображением и в чём-то неорганизованный. Он сохранил дружбу с Эйнштейном на всю жизнь. Свой вклад внесли и другие.
Все трое учились в Высшем техническом училище (Политехникуме), которое сейчас называется Швейцарской высшей технической школой Цюриха (ETH), с 1896 по 1900 годы. Сам Альберт рассчитывал выучиться на школьного учителя физики и математики, здесь же он встретил однокурсницу Милеву, на которой потом женился. По легендам, Эйнштейн часто пропускал занятия (из-за будущей жены?), а потом сдавал зачёты по конспектам Гроссманна.
Высшее техническое училище в Цюрихе, где Альберт Эйнштейн встретил друзей
Отец Гроссманна помог Эйнштейну устроиться на работу в патентном бюро в 1902 году, куда через пару лет пришёл и Бессо.
Споры между Бессо и Эйнштейном привели к самым знаменитым научным работам, которые Эйнштейн опубликовал за своим единоличным авторством в 1905 году. В них была сформулирована специальная теория относительности (СТО).
В этот же счастливый 1905 год Альберт Эйнштейн закончил диссертацию и получил степень доктора физики в университете Цюриха.
В 1907 году Альберт начал обдумывать новую идею, развивающую СТО, которая смогла бы универсальным образом связать гравитацию с искривлением пространства-времени. Эта теория позже получила название общей теории относительности. Более плотно работать над ней учёный стал после увольнения из патентного бюро в 1909 году. Он получил должность профессора в университете Цюриха, а спустя два года — в Праге. В 1912 году Эйнштейн вернулся в Цюрих и снова связался с Гроссманом в ETH. Друзья объединили силы и вместе выработали полноправную теорию, которая до этого существовала только в виде идеи.
Сотрудничество двух физиков описано в цюрихском дневнике Эйнштейна.
Как результат, в 1913 году они опубликовали совместную научную работу, известную как Entwurf («План»). Основное отличие Entwurf 1913 года от общей теории относительности 1915 года — уравнения поля, которые описывают, как материя искривляет ткань пространства-времени. В ОТО уравнения общековарианты, то есть сохраняют вид в любой системе отсчёта, а в теории Entwurf ковариация жёстко ограничена.
В июле 1913 года в Цюрих приехали два знаменитых немецких физика — Макс Планк и Вальтер Нернст. Они предложили 34-летнему Альберту высокооплачиваемую и свободную от преподавания должность в Прусской академии наук в Берлине. Эйнштейн принял предложение в марте 1914 года. Гравитация не особенно интересовала Планка и Нернста, им были интересны идеи Эйнштейна в области квантовой физики.
Но ещё до отъезда в Берлин физик работал над ОТО. Для проверки гипотезы они вместе с Бессо составляли формулы, которые бы объяснили аномальную прецессию перигилия Меркурия на 43˝ в столетие. Бессо внёс значительный вклад в работу и задавал интересные вопросы.
Например, однажды он спросил, есть ли из уравнений Entwurf решение, которое однозначно определяет гравитационное поле Солнца. Современный анализ рукописей Эйнштейна показал, что именно этот вопрос дал Эйнштейну аргумент, убедивший его в ограниченной ковариации уравнений поля Entwurf.
Теория Эйнштейна предсказывала, что гравитация искривляет световые лучи. В августе 1914 года он вместе с молодым немецким астрономом Эрвином Финли Фрейндлихом (Erwin Finlay Freundlich) поехали в Крым для наблюдения солнечного затмения, чтобы проверить это, но были задержаны русскими (начиналась Первая мировая война). Доказательства искривления света пришлось ждать до солнечного затмения 1919 года.
В мае 1914 года Эйнштейн и Гроссманн опубликовали вторую совместную работу с уточнением теории Entwurf. Дальше они не смогли работать вместе, потому что Эйнштейн уехал работать в Берлин.
Прорыв случился вскоре после этого. Брак Альберта распался, и Милена вернулась обратно в Цюрих с двумя сыновьями.
Эйнштейн возобновил прерванные два года назад отношения со своей двоюродной сестрой Эльзой. Эйнштейн продолжал работу над теорией, но к лету 1915 года начал нервничать из-за того, что уравнения Entwurf не сходились в системах с вращательным движением (Бессо говорил ему об этом два года назад, но Эйнштейн проигнорировал замечание). Эйнштейн обратился за помощью к астроному Фрейндлиху, поскольку сам не может выйти за рамки («mind was in a deep rut»). Стало ясно, что проблема в уравнениях поля Entwurf. В то же время надо было спешить, потому что идеями Эйнштейна заинтересовался видный немецкий математик Давид Гильберт, и уж он-то точно смог бы довести идеи до ума.
В спешке, Эйнштейн изменил уравнения поля — и опубликовал научную работу в начале ноября 1915 года. На следующей неделе он ещё раз изменил их — и опять опубликовал научную работу. Затем ещё раз. В конце концов, уравнения поля стали общековариантными в четвёртой работе, поданной для публикации 25 ноября 1915 года.
В своей первой работе Эйнштейн написал, что теория является «настоящим триумфом» математиков Карла Гаусса и Бернхарда Римана.
Он пишет, что если бы они с Гроссманном два года назад руководствовались чистой математикой, а не физикой, то не допустили бы уравнений поля с ограниченной ковариацией. Но в реальности именно совместная работа с Гроссманном, Бессо, а также авторами похожей теории на ОТО — Гуннаром Нордстремом и Адрианом Фоккером, среди прочих, — помогла ему преодолеть ограничения теории Entwurf, а не только Гаусс с Риманом.
На карикатуре из журнала Nature: элита берлинской физики (Фриц Габер, Вальтер Нернст, Генрих Рубенс, Макс Планк) и члены его старой и новой семьи печально наблюдают, как Эйнштейн проверяет свою новую теорию гравитации, поддерживаемый знаменитыми научными фигурами (Исаак Ньютон, Джеймс Клерк Максвелл, Карл Гаусс, Бернхард Риман) и учёными поменьше (Марсель Гроссман, Гуннар Нордстрем, Эрвин Финли Фрейндлих, Мишель Бессо).
8 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни
Спутник GPS Навстар-2Ф
(Изображение предоставлено ВВС США)
Сформулированная Альбертом Эйнштейном начиная с 1905 года, теория относительности объясняет поведение объектов в пространстве и времени, и ее можно использовать для предсказания таких вещей, как существование черных дыр , искривление света из-за гравитация и поведение планет на своих орбитах.
Теория обманчиво проста. Во-первых, не существует «абсолютной» системы отсчета. Каждый раз, когда вы измеряете скорость объекта, его импульс или то, как он воспринимает время, это всегда связано с чем-то другим. Во-вторых, скорость света одинакова, независимо от того, кто ее измеряет или с какой скоростью движется измеряющий ее человек. В-третьих, ничто не может двигаться быстрее света.
Выводы из самой известной теории Эйнштейна глубоки. Если скорость света всегда одна и та же, это означает, что астронавт, движущийся очень быстро относительно Земли , будет измерять секунды медленнее, чем земной наблюдатель. Время существенно замедляется для космонавта — явление, называемое замедлением времени .
Связанный: Что произошло бы, если бы скорость света была намного меньше?
Любой объект в большом гравитационном поле ускоряется, поэтому он испытывает замедление времени. Тем временем космический корабль астронавта испытывает сокращение длины , что означает, что если вы сфотографируете космический корабль во время его полета, он будет выглядеть так, как будто он «сплющен» в направлении движения.
Однако космонавту на борту все казалось бы нормальным. Кроме того, с точки зрения людей на Земле масса космического корабля могла бы увеличиться.
Но вам не обязательно нужен космический корабль , движущийся с околосветовой скоростью (откроется в новой вкладке), чтобы увидеть релятивистские эффекты. Действительно, есть несколько примеров относительности, которые мы можем наблюдать в нашей повседневной жизни и технологиях, которые мы используем сегодня, которые демонстрируют, что Эйнштейн был прав. Вот несколько способов увидеть относительность в действии.
Электромагниты
Крупный план рабочего, держащего электромагнитную катушку на заводе по производству электромагнетиков. (Изображение предоставлено: Monty Rakusen через Getty Images)
Магнетизм — это релятивистский эффект, и вы можете увидеть это с помощью генераторов. Если вы возьмете проволочную петлю и проведете ее через магнитное поле, вы получите электрический ток. На заряженные частицы в проводе воздействует изменяющееся магнитное поле , которое заставляет некоторые из них двигаться и создает ток.
А теперь представьте провод в покое и вообразите, что магнит движется. В этом случае заряженные частицы в проводе (электроны и протоны) больше не двигаются, поэтому магнитное поле не должно на них влиять. Но это происходит, и ток все еще течет. Это показывает, что нет привилегированной системы отсчета.
Томас Мур, профессор физики в Колледже Помона в Клермонте, Калифорния, использует принцип относительности для демонстрации закона Фарадея , который гласит, что изменяющееся магнитное поле создает электрический ток.
«Поскольку это основной принцип трансформаторов и электрических генераторов, любой, кто использует электричество, испытывает эффекты относительности», — сказал Мур Live Science.
Электромагниты также работают по теории относительности. Когда постоянный ток электрического заряда течет по проводу, электроны дрейфуют через материал. Обычно провод кажется электрически нейтральным, без положительного или отрицательного заряда, потому что в проводе примерно одинаковое количество протонов (положительных зарядов) и электронов (отрицательных зарядов).
Но если положить рядом другой провод с постоянным током, провода притягиваются или отталкиваются друг от друга, в зависимости от направления, в котором движется ток, по данным физиков из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (открывается в новой вкладке).
Если предположить, что токи движутся в одном направлении, электроны во втором проводе неподвижны по сравнению с электронами в первом проводе. (Это предполагает, что токи примерно одинаковой силы.) Между тем, протоны в обоих проводах движутся по сравнению с электронами в обоих проводах. Из-за релятивистского сокращения длины они кажутся более близко расположенными, поэтому на длину провода приходится больше положительного заряда, чем отрицательного. Поскольку как заряды отталкиваются, так и два провода отталкиваются.
Токи в противоположных направлениях приводят к притяжению, потому что по сравнению с первым проводом электроны в другом проводе более скучены, что создает общий отрицательный заряд, по данным Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (открывается в новая вкладка).
Тем временем протоны в первом проводе создают суммарный положительный заряд, и противоположные заряды притягиваются.
GPS-навигация
GPS-навигация — отличный пример релятивистского замедления времени. (Изображение предоставлено: BlackJack3D через Getty Images)
Согласно PhysicsCentral , чтобы GPS-навигация вашего автомобиля функционировала так точно, как она есть, спутники должны учитывать релятивистские эффекты. Это потому, что хотя спутники и не движутся близко к скорости света, они все равно движутся довольно быстро. Спутники также посылают сигналы наземным станциям на Земле. Эти станции (а также технология GPS в автомобиле или смартфоне) испытывают более высокие ускорения из-за гравитации, чем спутники на орбите.
Чтобы добиться такой высокой точности, спутники используют часы с точностью до нескольких наносекунд (миллиардных долей секунды). Поскольку каждый спутник находится на высоте 12 600 миль (20 300 километров) над Землей и движется со скоростью около 6 000 миль в час (10 000 км/ч), существует релятивистское замедление времени , которое увеличивается примерно на 4 микросекунды каждый день.
Добавьте сюда эффекты гравитации, и эффект замедления времени увеличится примерно до 7 микросекунд (миллионных долей секунды).
Разница весьма реальна: если бы не учитывались никакие релятивистские эффекты, устройство GPS, которое сообщает вам, что до следующей заправочной станции 0,8 км, расстояние до следующей заправки составило бы 5 миль (8 км), согласно в Центр физики.
Желтый цвет золота
(Изображение предоставлено Джонатаном Ноулзом через Getty Images)
Большинство металлов блестят, потому что электроны в атомах прыгают с разных энергетических уровней или «орбиталей». Некоторые фотоны, попавшие на металл, поглощаются и переизлучаются, хотя и с большей длиной волны. Однако большая часть видимого света отражается.
Золото является тяжелым элементом , поэтому внутренние электроны движутся достаточно быстро, чтобы релятивистское увеличение массы и сокращение длины было значительным, в соответствии с (открывается в новой вкладке) отчет (открывается в новой вкладке) из Гейдельбергского университета в Германии.
В результате электроны вращаются вокруг ядра более короткими путями с большим импульсом. Электроны на внутренних орбиталях несут энергию, близкую к энергии внешних электронов, а длины волн, которые они поглощают и отражают, больше. Более длинные волны света означают, что часть видимого света, который обычно отражается, поглощается, и этот свет находится в синей части спектра. Белый свет это смесь всех цветов радуги , но в случае с золотом, когда свет поглощается и переизлучается, длина волны обычно больше. Это означает, что в смеси световых волн, которые мы видим, меньше синего и фиолетового. Поскольку длина волны желтого, оранжевого и красного света больше, чем у синего, золото выглядит желтоватым, согласно BBC (открывается в новой вкладке).
Стойкость золота к коррозии
Золото отлично подходит для использования в ювелирных изделиях, хотя изделия из чистого золота встречаются редко. (Изображение предоставлено Питером Дазели через Getty Images)
Релятивистский эффект на электроны золота также является одной из причин, по которой оно не подвергается коррозии или легко реагирует с чем-либо еще, согласно статье 1998 года в журнале Gold Bulletin .
Золото имеет только один электрон на внешней оболочке, но оно не так реактивно, как кальций или литий. Вместо этого, поскольку электроны в золоте «тяжелее», чем они должны быть, поскольку они движутся со скоростью, близкой к скорости света, увеличивая свою массу, они удерживаются ближе к атомному ядру. Это означает, что самый дальний электрон вряд ли может вообще с чем-либо реагировать; с такой же вероятностью он может быть среди электронов, близких к ядру.
Жидкая ртуть
Ртуть используется в ЖК-экранах и мониторах. (Изображение предоставлено Питером Кейдом через Getty Images)
Меркурий также является тяжелым атомом, в котором электроны удерживаются близко к ядру из-за их скорости и последующего увеличения массы. Связи между атомами ртути слабы, поэтому ртуть плавится при более низких температурах и обычно является жидкостью, когда мы ее видим, согласно Chemistry World .
Ваш старый телевизор
Электронно-лучевая трубка, используемая в старом аналоговом осциллографе в лаборатории.
(Изображение предоставлено: albln через Getty Images)
Примерно до начала 2000-х большинство телевизоров и мониторов имели экраны с электронно-лучевой трубкой. Электронно-лучевая трубка работает, запуская электроны на поверхность люминофора с помощью большого магнита. Каждый электрон образует подсвеченный пиксель, когда он попадает на заднюю часть экрана, и электроны вспыхивают, заставляя изображение двигаться со скоростью до 30% скорости света. Релятивистские эффекты заметны, и когда производители формировали магниты, они должны были учитывать эти эффекты, согласно PBS News Hour (открывается в новой вкладке).
Свет
Изображение гигантской галактики UGC 2885, полученное космическим телескопом Хаббл. (Изображение предоставлено NASA/ESAB. Holwerda (Университет Луисвилля))
Исаак Ньютон предположил, что существует абсолютная система покоя или внешняя совершенная система отсчета, с которой мы могли бы сравнить все другие системы отсчета. Если бы он был прав, нам пришлось бы придумать другое объяснение света, потому что его бы вообще не было.
«Не было бы не только магнетизма, но и света, потому что теория относительности требует, чтобы изменения в электромагнитном поле происходили с конечной скоростью, а не мгновенно», — сказал Мур. «Если бы теория относительности не навязывала это требование… изменения в электрических полях сообщались бы мгновенно… вместо электромагнитных волн, и и магнетизм, и свет были бы не нужны». 92 — солнце и остальные звезды не светили бы. В центре нашей родительской звезды интенсивные температуры и давления постоянно сжимают четыре отдельных атома водорода в один атом гелия, согласно Университета штата Огайо . Масса одного атома гелия лишь немногим меньше массы четырех атомов водорода. Что происходит с дополнительной массой? Он напрямую преобразуется в энергию, которая проявляется в виде солнечного света на нашей планете.
Дополнительные ресурсы
- Узнайте больше о том, как теория относительности влияет на изучение удаленных космических объектов (открывается в новой вкладке) , от НАСА.
- См. , как теория относительности становится важной (открывается в новой вкладке) для ускорителей частиц от Fermilab.
- Исследуйте историю теории относительности Эйнштейна и ее многочисленные подтвержденные предсказания от Европейского космического агентства.
Эта статья была обновлена 22 марта 2022 г. автором Live Science Адамом Манном.
Джесси Эмспак — автор статей для Live Science, Space.com и Toms Guide. Он занимается физикой, здоровьем человека и общей наукой. Джесси имеет степень магистра искусств Калифорнийского университета, Школы журналистики Беркли и степень бакалавра искусств Университета Рочестера. Джесси провел годы, освещая финансы, и набился зубами в местных газетах, работая с местными политиками и полицией. Джесси любит вести активный образ жизни и имеет черный пояс третьей степени по каратэ, что означает, что теперь он знает, как многому ему еще предстоит научиться.
При участии
- Adam MannLive Science Contributor
8 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни
Спутник GPS Навстар-2Ф
(Изображение предоставлено ВВС США)
Сформулированная Альбертом Эйнштейном начиная с 1905 года, теория относительности объясняет поведение объектов в пространстве и времени, и ее можно использовать для предсказания таких вещей, как существование черных дыр , искривление света из-за гравитация и поведение планет на своих орбитах.
Теория обманчиво проста. Во-первых, не существует «абсолютной» системы отсчета. Каждый раз, когда вы измеряете скорость объекта, его импульс или то, как он воспринимает время, это всегда связано с чем-то другим. Во-вторых, скорость света одинакова, независимо от того, кто ее измеряет или с какой скоростью движется измеряющий ее человек. В-третьих, ничто не может двигаться быстрее света.
Выводы из самой известной теории Эйнштейна глубоки. Если скорость света всегда одинакова, это означает, что космонавт движется очень быстро относительно Земля будет измерять секунды медленнее, чем земной наблюдатель. Время существенно замедляется для космонавта — явление, называемое замедлением времени .
Связанный: Что произошло бы, если бы скорость света была намного меньше?
Любой объект в большом гравитационном поле ускоряется, поэтому он испытывает замедление времени. Между тем, космический корабль астронавта испытывает сокращение длины на , а это означает, что если вы сфотографируете космический корабль во время его полета, он будет выглядеть так, как будто он «сплющивается» в направлении движения.
Однако космонавту на борту все казалось бы нормальным. Кроме того, с точки зрения людей на Земле масса космического корабля могла бы увеличиться.
Но вам не обязательно нужен космический корабль , движущийся с околосветовой скоростью (откроется в новой вкладке), чтобы увидеть релятивистские эффекты. Действительно, есть несколько примеров относительности, которые мы можем наблюдать в нашей повседневной жизни и технологиях, которые мы используем сегодня, которые демонстрируют, что Эйнштейн был прав. Вот несколько способов увидеть относительность в действии.
Электромагниты
Крупный план рабочего, держащего электромагнитную катушку на заводе по производству электромагнетиков. (Изображение предоставлено: Монти Ракусен через Getty Images)
Магнетизм — это релятивистский эффект, и вы можете увидеть это с помощью генераторов. Если вы возьмете проволочную петлю и проведете ее через магнитное поле, вы получите электрический ток. На заряженные частицы в проводе воздействует изменяющееся магнитное поле , которое заставляет некоторые из них двигаться и создает ток.
А теперь представьте провод в покое и вообразите, что магнит движется. В этом случае заряженные частицы в проводе (электроны и протоны) больше не двигаются, поэтому магнитное поле не должно на них влиять. Но это происходит, и ток все еще течет. Это показывает, что нет привилегированной системы отсчета.
Томас Мур, профессор физики в Колледже Помона в Клермонте, Калифорния, использует принцип относительности для демонстрации закона Фарадея , который гласит, что изменяющееся магнитное поле создает электрический ток.
«Поскольку это основной принцип трансформаторов и электрических генераторов, любой, кто использует электричество, испытывает эффекты относительности», — сказал Мур Live Science.
Электромагниты также работают по теории относительности. Когда постоянный ток электрического заряда течет по проводу, электроны дрейфуют через материал. Обычно провод кажется электрически нейтральным, без положительного или отрицательного заряда, потому что в проводе примерно одинаковое количество протонов (положительных зарядов) и электронов (отрицательных зарядов).
Но если положить рядом другой провод с постоянным током, провода притягиваются или отталкиваются друг от друга, в зависимости от направления, в котором движется ток, по данным физиков из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (открывается в новой вкладке).
Если предположить, что токи движутся в одном направлении, электроны во втором проводе неподвижны по сравнению с электронами в первом проводе. (Это предполагает, что токи примерно одинаковой силы.) Между тем, протоны в обоих проводах движутся по сравнению с электронами в обоих проводах. Из-за релятивистского сокращения длины они кажутся более близко расположенными, поэтому на длину провода приходится больше положительного заряда, чем отрицательного. Поскольку как заряды отталкиваются, так и два провода отталкиваются.
Токи в противоположных направлениях приводят к притяжению, потому что по сравнению с первым проводом электроны в другом проводе более скучены, что создает общий отрицательный заряд, по данным Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (открывается в новая вкладка).
Тем временем протоны в первом проводе создают суммарный положительный заряд, и противоположные заряды притягиваются.
GPS-навигация
GPS-навигация — отличный пример релятивистского замедления времени. (Изображение предоставлено: BlackJack3D через Getty Images)
Согласно PhysicsCentral , чтобы GPS-навигация вашего автомобиля функционировала так точно, как она есть, спутники должны учитывать релятивистские эффекты. Это потому, что хотя спутники и не движутся близко к скорости света, они все равно движутся довольно быстро. Спутники также посылают сигналы наземным станциям на Земле. Эти станции (а также технология GPS в автомобиле или смартфоне) испытывают более высокие ускорения из-за гравитации, чем спутники на орбите.
Чтобы добиться такой высокой точности, спутники используют часы с точностью до нескольких наносекунд (миллиардных долей секунды). Поскольку каждый спутник находится на высоте 12 600 миль (20 300 километров) над Землей и движется со скоростью около 6 000 миль в час (10 000 км/ч), существует релятивистское замедление времени , которое увеличивается примерно на 4 микросекунды каждый день.
Добавьте сюда эффекты гравитации, и эффект замедления времени увеличится примерно до 7 микросекунд (миллионных долей секунды).
Разница весьма реальна: если бы не учитывались никакие релятивистские эффекты, устройство GPS, которое сообщает вам, что до следующей заправочной станции 0,8 км, расстояние до следующей заправки составило бы 5 миль (8 км), согласно в Центр физики.
Желтый цвет золота
(Изображение предоставлено Джонатаном Ноулзом через Getty Images)
Большинство металлов блестят, потому что электроны в атомах прыгают с разных энергетических уровней или «орбиталей». Некоторые фотоны, попавшие на металл, поглощаются и переизлучаются, хотя и с большей длиной волны. Однако большая часть видимого света отражается.
Золото является тяжелым элементом , поэтому внутренние электроны движутся достаточно быстро, чтобы релятивистское увеличение массы и сокращение длины было значительным, в соответствии с (открывается в новой вкладке) отчет (открывается в новой вкладке) из Гейдельбергского университета в Германии.
В результате электроны вращаются вокруг ядра более короткими путями с большим импульсом. Электроны на внутренних орбиталях несут энергию, близкую к энергии внешних электронов, а длины волн, которые они поглощают и отражают, больше. Более длинные волны света означают, что часть видимого света, который обычно отражается, поглощается, и этот свет находится в синей части спектра. Белый свет это смесь всех цветов радуги , но в случае с золотом, когда свет поглощается и переизлучается, длина волны обычно больше. Это означает, что в смеси световых волн, которые мы видим, меньше синего и фиолетового. Поскольку длина волны желтого, оранжевого и красного света больше, чем у синего, золото выглядит желтоватым, согласно BBC (открывается в новой вкладке).
Стойкость золота к коррозии
Золото отлично подходит для использования в ювелирных изделиях, хотя изделия из чистого золота встречаются редко. (Изображение предоставлено Питером Дазели через Getty Images)
Релятивистский эффект на электроны золота также является одной из причин, по которой оно не подвергается коррозии или легко реагирует с чем-либо еще, согласно статье 1998 года в журнале Gold Bulletin .
Золото имеет только один электрон на внешней оболочке, но оно не так реактивно, как кальций или литий. Вместо этого, поскольку электроны в золоте «тяжелее», чем они должны быть, поскольку они движутся со скоростью, близкой к скорости света, увеличивая свою массу, они удерживаются ближе к атомному ядру. Это означает, что самый дальний электрон вряд ли может вообще с чем-либо реагировать; с такой же вероятностью он может быть среди электронов, близких к ядру.
Жидкая ртуть
Ртуть используется в ЖК-экранах и мониторах. (Изображение предоставлено Питером Кейдом через Getty Images)
Меркурий также является тяжелым атомом, в котором электроны удерживаются близко к ядру из-за их скорости и последующего увеличения массы. Связи между атомами ртути слабы, поэтому ртуть плавится при более низких температурах и обычно является жидкостью, когда мы ее видим, согласно Chemistry World .
Ваш старый телевизор
Электронно-лучевая трубка, используемая в старом аналоговом осциллографе в лаборатории.
(Изображение предоставлено: albln через Getty Images)
Примерно до начала 2000-х большинство телевизоров и мониторов имели экраны с электронно-лучевой трубкой. Электронно-лучевая трубка работает, запуская электроны на поверхность люминофора с помощью большого магнита. Каждый электрон образует подсвеченный пиксель, когда он попадает на заднюю часть экрана, и электроны вспыхивают, заставляя изображение двигаться со скоростью до 30% скорости света. Релятивистские эффекты заметны, и когда производители формировали магниты, они должны были учитывать эти эффекты, согласно PBS News Hour (открывается в новой вкладке).
Свет
Изображение гигантской галактики UGC 2885, полученное космическим телескопом Хаббл. (Изображение предоставлено NASA/ESAB. Holwerda (Университет Луисвилля))
Исаак Ньютон предположил, что существует абсолютная система покоя или внешняя совершенная система отсчета, с которой мы могли бы сравнить все другие системы отсчета. Если бы он был прав, нам пришлось бы придумать другое объяснение света, потому что его бы вообще не было.
«Не было бы не только магнетизма, но и света, потому что теория относительности требует, чтобы изменения в электромагнитном поле происходили с конечной скоростью, а не мгновенно», — сказал Мур. «Если бы теория относительности не навязывала это требование… изменения в электрических полях сообщались бы мгновенно… вместо электромагнитных волн, и и магнетизм, и свет были бы не нужны». 92 — солнце и остальные звезды не светили бы. В центре нашей родительской звезды интенсивные температуры и давления постоянно сжимают четыре отдельных атома водорода в один атом гелия, согласно Университета штата Огайо . Масса одного атома гелия лишь немногим меньше массы четырех атомов водорода. Что происходит с дополнительной массой? Он напрямую преобразуется в энергию, которая проявляется в виде солнечного света на нашей планете.
Дополнительные ресурсы
- Узнайте больше о том, как теория относительности влияет на изучение удаленных космических объектов (открывается в новой вкладке) , от НАСА.
- См. , как теория относительности становится важной (открывается в новой вкладке) для ускорителей частиц от Fermilab.
- Исследуйте историю теории относительности Эйнштейна и ее многочисленные подтвержденные предсказания от Европейского космического агентства.
Эта статья была обновлена 22 марта 2022 г. автором Live Science Адамом Манном.
Джесси Эмспак — автор статей для Live Science, Space.com и Toms Guide. Он занимается физикой, здоровьем человека и общей наукой. Джесси имеет степень магистра искусств Калифорнийского университета, Школы журналистики Беркли и степень бакалавра искусств Университета Рочестера. Джесси провел годы, освещая финансы, и набился зубами в местных газетах, работая с местными политиками и полицией. Джесси любит вести активный образ жизни и имеет черный пояс третьей степени по каратэ, что означает, что теперь он знает, как многому ему еще предстоит научиться.
При участии
- Adam MannLive Science Contributor
8 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни
Спутник GPS Навстар-2Ф
(Изображение предоставлено ВВС США)
Сформулированная Альбертом Эйнштейном начиная с 1905 года, теория относительности объясняет поведение объектов в пространстве и времени, и ее можно использовать для предсказания таких вещей, как существование черных дыр , искривление света из-за гравитация и поведение планет на своих орбитах.
Теория обманчиво проста. Во-первых, не существует «абсолютной» системы отсчета. Каждый раз, когда вы измеряете скорость объекта, его импульс или то, как он воспринимает время, это всегда связано с чем-то другим. Во-вторых, скорость света одинакова, независимо от того, кто ее измеряет или с какой скоростью движется измеряющий ее человек. В-третьих, ничто не может двигаться быстрее света.
Выводы из самой известной теории Эйнштейна глубоки. Если скорость света всегда одинакова, это означает, что космонавт движется очень быстро относительно Земля будет измерять секунды медленнее, чем земной наблюдатель. Время существенно замедляется для космонавта — явление, называемое замедлением времени .
Связанный: Что произошло бы, если бы скорость света была намного меньше?
Любой объект в большом гравитационном поле ускоряется, поэтому он испытывает замедление времени. Между тем, космический корабль астронавта испытывает сокращение длины на , а это означает, что если вы сфотографируете космический корабль во время его полета, он будет выглядеть так, как будто он «сплющивается» в направлении движения.
Однако космонавту на борту все казалось бы нормальным. Кроме того, с точки зрения людей на Земле масса космического корабля могла бы увеличиться.
Но вам не обязательно нужен космический корабль , движущийся с околосветовой скоростью (откроется в новой вкладке), чтобы увидеть релятивистские эффекты. Действительно, есть несколько примеров относительности, которые мы можем наблюдать в нашей повседневной жизни и технологиях, которые мы используем сегодня, которые демонстрируют, что Эйнштейн был прав. Вот несколько способов увидеть относительность в действии.
Электромагниты
Крупный план рабочего, держащего электромагнитную катушку на заводе по производству электромагнетиков. (Изображение предоставлено: Монти Ракусен через Getty Images)
Магнетизм — это релятивистский эффект, и вы можете увидеть это с помощью генераторов. Если вы возьмете проволочную петлю и проведете ее через магнитное поле, вы получите электрический ток. На заряженные частицы в проводе воздействует изменяющееся магнитное поле , которое заставляет некоторые из них двигаться и создает ток.
А теперь представьте провод в покое и вообразите, что магнит движется. В этом случае заряженные частицы в проводе (электроны и протоны) больше не двигаются, поэтому магнитное поле не должно на них влиять. Но это происходит, и ток все еще течет. Это показывает, что нет привилегированной системы отсчета.
Томас Мур, профессор физики в Колледже Помона в Клермонте, Калифорния, использует принцип относительности для демонстрации закона Фарадея , который гласит, что изменяющееся магнитное поле создает электрический ток.
«Поскольку это основной принцип трансформаторов и электрических генераторов, любой, кто использует электричество, испытывает эффекты относительности», — сказал Мур Live Science.
Электромагниты также работают по теории относительности. Когда постоянный ток электрического заряда течет по проводу, электроны дрейфуют через материал. Обычно провод кажется электрически нейтральным, без положительного или отрицательного заряда, потому что в проводе примерно одинаковое количество протонов (положительных зарядов) и электронов (отрицательных зарядов).
Но если положить рядом другой провод с постоянным током, провода притягиваются или отталкиваются друг от друга, в зависимости от направления, в котором движется ток, по данным физиков из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (открывается в новой вкладке).
Если предположить, что токи движутся в одном направлении, электроны во втором проводе неподвижны по сравнению с электронами в первом проводе. (Это предполагает, что токи примерно одинаковой силы.) Между тем, протоны в обоих проводах движутся по сравнению с электронами в обоих проводах. Из-за релятивистского сокращения длины они кажутся более близко расположенными, поэтому на длину провода приходится больше положительного заряда, чем отрицательного. Поскольку как заряды отталкиваются, так и два провода отталкиваются.
Токи в противоположных направлениях приводят к притяжению, потому что по сравнению с первым проводом электроны в другом проводе более скучены, что создает общий отрицательный заряд, по данным Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (открывается в новая вкладка).
Тем временем протоны в первом проводе создают суммарный положительный заряд, и противоположные заряды притягиваются.
GPS-навигация
GPS-навигация — отличный пример релятивистского замедления времени. (Изображение предоставлено: BlackJack3D через Getty Images)
Согласно PhysicsCentral , чтобы GPS-навигация вашего автомобиля функционировала так точно, как она есть, спутники должны учитывать релятивистские эффекты. Это потому, что хотя спутники и не движутся близко к скорости света, они все равно движутся довольно быстро. Спутники также посылают сигналы наземным станциям на Земле. Эти станции (а также технология GPS в автомобиле или смартфоне) испытывают более высокие ускорения из-за гравитации, чем спутники на орбите.
Чтобы добиться такой высокой точности, спутники используют часы с точностью до нескольких наносекунд (миллиардных долей секунды). Поскольку каждый спутник находится на высоте 12 600 миль (20 300 километров) над Землей и движется со скоростью около 6 000 миль в час (10 000 км/ч), существует релятивистское замедление времени , которое увеличивается примерно на 4 микросекунды каждый день.
Добавьте сюда эффекты гравитации, и эффект замедления времени увеличится примерно до 7 микросекунд (миллионных долей секунды).
Разница весьма реальна: если бы не учитывались никакие релятивистские эффекты, устройство GPS, которое сообщает вам, что до следующей заправочной станции 0,8 км, расстояние до следующей заправки составило бы 5 миль (8 км), согласно в Центр физики.
Желтый цвет золота
(Изображение предоставлено Джонатаном Ноулзом через Getty Images)
Большинство металлов блестят, потому что электроны в атомах прыгают с разных энергетических уровней или «орбиталей». Некоторые фотоны, попавшие на металл, поглощаются и переизлучаются, хотя и с большей длиной волны. Однако большая часть видимого света отражается.
Золото является тяжелым элементом , поэтому внутренние электроны движутся достаточно быстро, чтобы релятивистское увеличение массы и сокращение длины было значительным, в соответствии с (открывается в новой вкладке) отчет (открывается в новой вкладке) из Гейдельбергского университета в Германии.
В результате электроны вращаются вокруг ядра более короткими путями с большим импульсом. Электроны на внутренних орбиталях несут энергию, близкую к энергии внешних электронов, а длины волн, которые они поглощают и отражают, больше. Более длинные волны света означают, что часть видимого света, который обычно отражается, поглощается, и этот свет находится в синей части спектра. Белый свет это смесь всех цветов радуги , но в случае с золотом, когда свет поглощается и переизлучается, длина волны обычно больше. Это означает, что в смеси световых волн, которые мы видим, меньше синего и фиолетового. Поскольку длина волны желтого, оранжевого и красного света больше, чем у синего, золото выглядит желтоватым, согласно BBC (открывается в новой вкладке).
Стойкость золота к коррозии
Золото отлично подходит для использования в ювелирных изделиях, хотя изделия из чистого золота встречаются редко. (Изображение предоставлено Питером Дазели через Getty Images)
Релятивистский эффект на электроны золота также является одной из причин, по которой оно не подвергается коррозии или легко реагирует с чем-либо еще, согласно статье 1998 года в журнале Gold Bulletin .
Золото имеет только один электрон на внешней оболочке, но оно не так реактивно, как кальций или литий. Вместо этого, поскольку электроны в золоте «тяжелее», чем они должны быть, поскольку они движутся со скоростью, близкой к скорости света, увеличивая свою массу, они удерживаются ближе к атомному ядру. Это означает, что самый дальний электрон вряд ли может вообще с чем-либо реагировать; с такой же вероятностью он может быть среди электронов, близких к ядру.
Жидкая ртуть
Ртуть используется в ЖК-экранах и мониторах. (Изображение предоставлено Питером Кейдом через Getty Images)
Меркурий также является тяжелым атомом, в котором электроны удерживаются близко к ядру из-за их скорости и последующего увеличения массы. Связи между атомами ртути слабы, поэтому ртуть плавится при более низких температурах и обычно является жидкостью, когда мы ее видим, согласно Chemistry World .
Ваш старый телевизор
Электронно-лучевая трубка, используемая в старом аналоговом осциллографе в лаборатории.
(Изображение предоставлено: albln через Getty Images)
Примерно до начала 2000-х большинство телевизоров и мониторов имели экраны с электронно-лучевой трубкой. Электронно-лучевая трубка работает, запуская электроны на поверхность люминофора с помощью большого магнита. Каждый электрон образует подсвеченный пиксель, когда он попадает на заднюю часть экрана, и электроны вспыхивают, заставляя изображение двигаться со скоростью до 30% скорости света. Релятивистские эффекты заметны, и когда производители формировали магниты, они должны были учитывать эти эффекты, согласно PBS News Hour (открывается в новой вкладке).
Свет
Изображение гигантской галактики UGC 2885, полученное космическим телескопом Хаббл. (Изображение предоставлено NASA/ESAB. Holwerda (Университет Луисвилля))
Исаак Ньютон предположил, что существует абсолютная система покоя или внешняя совершенная система отсчета, с которой мы могли бы сравнить все другие системы отсчета. Если бы он был прав, нам пришлось бы придумать другое объяснение света, потому что его бы вообще не было.
«Не было бы не только магнетизма, но и света, потому что теория относительности требует, чтобы изменения в электромагнитном поле происходили с конечной скоростью, а не мгновенно», — сказал Мур. «Если бы теория относительности не навязывала это требование… изменения в электрических полях сообщались бы мгновенно… вместо электромагнитных волн, и и магнетизм, и свет были бы не нужны». 92 — солнце и остальные звезды не светили бы. В центре нашей родительской звезды интенсивные температуры и давления постоянно сжимают четыре отдельных атома водорода в один атом гелия, согласно Университета штата Огайо . Масса одного атома гелия лишь немногим меньше массы четырех атомов водорода. Что происходит с дополнительной массой? Он напрямую преобразуется в энергию, которая проявляется в виде солнечного света на нашей планете.
Дополнительные ресурсы
- Узнайте больше о том, как теория относительности влияет на изучение удаленных космических объектов (открывается в новой вкладке) , от НАСА.
