Kai girdime apie Einšteino reliatyvumo teoriją, dažniausiai įsivaizduojame sudėtingas lygtis, kosmoso platybes ar fantastinius kelionių laiku scenarijus. Tačiau iš tikrųjų ši teorija veikia ne tik fizikų laboratorijose ar mokslinės fantastikos filmuose, ją galime aptikti ir savo kasdieniame gyvenime.
Apie ką yra Einšteino reliatyvumo teorija?
Einšteino reliatyvumo teorija pakeitė mūsų supratimą apie laiką, erdvę ir gravitaciją. Ji parodė, kad laikas nėra absoliutus: kuo greičiau judame arba kuo stipresnėje gravitacijoje esame, tuo lėčiau jis teka. Be to, Einšteinas nustatė, kad masė ir energija yra susijusios pagal garsųjį dėsnį E = mc², o gravitacija veikia ne kaip nematoma jėga, bet kaip erdvės išlinkimas aplink didelius kūnus.
Kodėl gyvsidabris yra skystas?
Vienas įdomiausių reliatyvumo teorijos poveikio pavyzdžių yra gyvsidabrio skystumas. Gyvsidabris yra sunkusis elementas, kurio vidiniai elektronai juda itin greitai – beveik 58 % šviesos greičio. Dėl šio greičio jų masė padidėja, o orbitalės susitraukia, todėl išoriniai elektronai, atsakingi už atomų tarpusavio ryšius, yra silpniau susiję tarpusavyje. Dėl to gyvsidabrio atomai nesudaro tvirtos metalinės gardelės, kaip dauguma kitų metalų ir gyvsidabris išlieka skystas kambario temperatūroje. Kitaip tariant, jei ne reliatyvistiniai efektai, gyvsidabris tikriausiai būtų kietas metalas, panašus į auksą ar šviną.
Kaip lygtis įgalino saulę?
Be garsiausios Einšteino lygties – E = mc^2 – saulė ir kitos žvaigždės nešviestų. Pasak Ohajo valstijos universiteto, mūsų motininės žvaigždės centre dėl stiprios temperatūros ir slėgio keturi atskiri vandenilio atomai nuolat suspaudžiami į vieną helio atomą. Vieno helio atomo masė yra tik šiek tiek mažesnė už keturių vandenilio atomų masę. Kas atsitinka su papildoma mase? Ji tiesiogiai paverčiama energija, kuri mūsų planetoje pasirodo kaip saulės šviesa.
Jei E = mc² nebūtų tiesa, žvaigždės negalėtų generuoti šviesos, nes jų branduolinės reakcijos tiesiog neveiktų. Taigi, ši lygtis yra esminė, kad žvaigždės galėtų šviesti ir palaikyti savo energiją milijardus metų.
Aukso atsparumas korozijai
Reliatyvistinis efektas, veikiantis aukso elektronus, yra viena iš priežasčių, kodėl jis nerūdija ir lengvai nereaguoja su kitomis medžiagomis, teigiama 1998 m. straipsnyje, publikuotame žurnale Gold Bulletin.
Auksas turi tik vieną elektroną išoriniame sluoksnyje, tačiau jis nėra toks reaktyvus kaip kalcis ar litis. Taip yra todėl, kad aukso elektronai yra „sunkesni“, nei turėtų būti. Jie juda beveik šviesos greičiu, dėl to jų masė padidėja, ko pasekoje, jie yra stipriau pritraukiami prie atominio branduolio. Dėl to išorinis elektronas rečiau atsiduria tokioje padėtyje, kur galėtų reaguoti su kitomis medžiagomis; jis beveik taip pat dažnai randamas tarp elektronų, esančių arčiau branduolio.
Kodėl astronautai kosmose sensta lėčiau?
Vienas įdomiausių reliatyvumo teorijos efektų yra laiko dilatacija, reiškianti, kad laikas nėra vienodas visiems. Pagal specialiąją reliatyvumo teoriją, laikas ne visur teka vienodu greičiu – jis priklauso nuo judėjimo greičio. Kuo greičiau juda objektas, tuo lėčiau jam teka laikas, palyginti su stebėtoju, kuris juda lėčiau. Tai pastebima net su astronautais: jei jie kosmose keliauja dideliu greičiu, jų laikrodis eina lėčiau nei mūsų, Žemėje. Toks laiko „sulėtėjimas“ labai mažas, bet, pavyzdžiui, jeigu astronautas grįžtų po ilgos kelionės, jis pamatytų, kad Žemėje visi seni kolegos būtų senesni už jį. Nors šis efektas šiuo metu nėra reikšmingas žmogaus kasdieniame gyvenime, jis vis tiek parodo, kaip reliatyvumas veikia mūsų kasdienybę.
GPS navigacija ir reliatyvumo teorija
Galbūt nesusimąstėte, bet GPS navigacija, kuri kasdien padeda jums rasti kelią, yra tiesiogiai susijusi su Einšteino reliatyvumo teorija. GPS palydovai, esantys aukštai orbitoje, juda dideliu greičiu ir patiria silpnesnę gravitaciją nei Žemės paviršiuje. Tai lemia du svarbius efektus: pirma, palydovų laikrodžiai eina lėčiau dėl greičio, o antra, jie eina lėčiau, nes gravitacija yra silpnesnė. Šie skirtumai yra nedideli, tačiau jei GPS sistema neatsižvelgtų į juos, vietos nustatymas būtų klaidingas. Todėl palydovų laikrodžiai yra nuolat koreguojami, kad užtikrintų tikslų atstumų matavimą.
Šviesos paaiškinimas
Izaokas Niutonas manė, kad egzistuoja absoliutus poilsio rėmas, t.y. išorinis, tobulas atskaitos rėmas, su kuriuo galėtume palyginti visus kitus atskaitos rėmus. Jei jis būtų teisus, turėtume sugalvoti kitą paaiškinimą šviesai, nes jos išvis nebūtų.
„Ne tik kad magnetizmas neegzistuotų, bet ir šviesa neegzistuotų, nes reliatyvumas reikalauja, kad elektromagnetinio lauko pokyčiai judėtų ribotu greičiu, o ne akimirksniu“, – teigia T. Moore, teorinės astrofizikos specialistas. Jis taip pat priduria: „Jei reliatyvumas nereikalautų šio principo… elektrinių laukų pokyčiai būtų perduodami akimirksniu… o ne elektromagnetinėmis bangomis, ir tiek magnetizmas, tiek šviesa būtų nereikalingi.“
Šaltiniai:
https://www.livescience.com/54852-why-does-e-mc-2.html
https://www.livescience.com/58245-theory-of-relativity-in-real-life.html
Autorė Germantė Gedvilė
Nuotraukos asociatyvinės ©canva.
