8 Möglichkeiten, die Sie im wirklichen Leben Einsteins Relativitätstheorie sehen können

Ist Relativitätstheorie eines der berühmtesten wissenschaftliche Theorien des 20. Jahrhunderts, aber wie gut erklärt sie die Dinge, die wir in unserem täglichen Leben zu sehen?

Die Relativitätstheorie ist von Albert Einstein im Jahre 1905 formuliert, die Vorstellung, dass die Gesetze der Physik überall gleich sind. Die Theorie erklärt das Verhalten von Objekten in Raum und Zeit, und es kann verwendet werden, um alles aus der Existenz von schwarzen Löchern, zur Lichtumlenkung aufgrund der Schwerkraft, um das Verhalten des Planeten Merkur in seiner Umlaufbahn vorherzusagen.

Die Theorie ist trügerisch einfach. Erstens gibt es keine "absolute" Bezugsrahmen. Jedes Mal, wenn Sie messen Geschwindigkeit eines Objekts, oder ihren Schwung oder wie es mal erlebt, ist es immer in Bezug auf etwas anderes. Zweitens ist die Geschwindigkeit des Lichts gleich, egal wer es misst oder wie schnell die Person es zu messen wird. Drittens kann nichts schneller als das Licht gehen. [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]

Die Folgen von Einsteins berühmteste sind tiefgreifend. Wenn die Geschwindigkeit des Lichts immer dasselbe ist, es bedeutet, dass ein Astronaut gehen sehr schnell relativ zur Erde die Sekunden langsamer messen werden als erdgebundene Beobachter wird durch Ankreuzen – Zeit im wesentlichen verlangsamt die Astronaut, ein Phänomen namens Zeitdilatation.

Jedes Objekt in einem großen Gravitationsfeld beschleunigt, so dass es auch Zeitdilatation erleben wird. Unterdessen erleben der Astronaut Raumschiff Längenkontraktion, was bedeutet, dass wenn Sie ein Bild des Raumschiffs nahm, wie es verging, es aussehen würde, als ob es waren "gequetscht" in die Richtung der Bewegung. Mit dem Astronauten an Bord allerdings scheint alles normal. Darüber hinaus scheint die Masse des Raumschiffs aus der Sicht der Menschen auf der Erde zu erhöhen.

Aber man braucht nicht unbedingt ein Raumschiff Zoomen auf nahe der Lichtgeschwindigkeit, relativistische Effekte zu sehen. In der Tat gibt es mehrere Instanzen der Relativitätstheorie, die wir in unserem täglichen Leben sehen können, und sogar Technologien verwenden wir heute, die zeigen, dass Einstein Recht hatte. Hier sind einige Möglichkeiten, die Relativitätstheorie in Aktion zu sehen.

(1) global Positioning System

Damit Ihr Auto GPS Navigation funktionieren so genau wie es funktioniert müssen Satelliten relativistische Effekte berücksichtigt werden. Dies liegt daran, obwohl Satelliten bewegt sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit nicht, sie immer ziemlich schnell noch sind. Die Satelliten senden Signale sind auch an Bodenstationen auf der Erde. Diese Stationen (und das GPS-Gerät in Ihrem Auto) erleben alle höhere Beschleunigungen aufgrund der Schwerkraft als die Satelliten im Orbit.

Um diese punktgenau abzurufen, verwenden die Satelliten Uhren, die Genauigkeit von wenigen Milliardstel einer Sekunde (Nanosekunden) sind. Da jeder Satellit 12.600 Meilen (20.300 km) über der Erde ist und bewegt sich mit ca. 6.000 Meilen pro Stunde (10.000 km/h), gibt es einen relativistischen Zeitdilatation, die Stifte auf ca. 4 Mikrosekunden pro Tag. Fügen Sie in die Wirkung der Schwerkraft und die Zahl steigt auf ca. 7 Mikrosekunden. Das ist 7.000 Nanosekunden.

Der Unterschied ist sehr real: Wenn keine relativistische Effekte berücksichtigt wurden, ein GPS-Gerät, das Ihnen sagt, es ist eine halbe Meile (0,8 km) bis zur nächsten Tankstelle wäre 5 Meilen (8 Kilometer) Weg nach nur einem Tag. [Top 10 Erfindungen, die die Welt veränderten]

(2) Elektromagnete

Magnetismus ist eine relativistische Effekt, und bei Verwendung von Strom können Sie Relativitätstheorie für die Tatsache, die dass bei allen Generatoren arbeiten bedanken.

Wenn Sie eine Schleife der Leitung zu nehmen und durch ein Magnetfeld bewegen, erzeugen Sie einen elektrischen Strom. Die geladenen Teilchen in der Leitung sind durch das wechselnde Magnetfeld zwingt einige von ihnen zu bewegen und schafft die aktuelle betroffen.

Aber jetzt Bild des Drahts in Ruhe und stellen Sie sich vor, dass der Magnet bewegt wird. Die geladenen Teilchen in den Draht (Elektronen und Protonen) sind nicht in diesem Fall nicht mehr bewegen, so dass das Magnetfeld beeinflussen sie sollte nicht. Aber es tut, und noch ein Strom fließt. Dies zeigt, dass es keine privilegierte Bezugsrahmen.

Thomas Moore, Professor für Physik am Pomona College in Claremont, Kalifornien, nutzt das Prinzip der Relativität um zu demonstrieren, warum Faradaysches Gesetz, die besagt, dass ein wechselndes Magnetfeld elektrischen Strom erzeugt, wahr ist.

"Denn dies ist das Grundprinzip hinter Transformatoren und elektrische Generatoren, wer Strom nutzt erlebt die Auswirkungen der Relativitätstheorie," sagte Moore.

Elektromagnete arbeiten über Relativitätstheorie sowie. Wenn ein Gleichstrom (DC) der elektrischen Ladung durch einen Draht fließt, driften die Elektronen durch das Material. Normalerweise würde der Draht elektrisch neutral, mit keine positive oder negative Nettoladung scheinen. Das ist eine Folge, die etwa die gleiche Anzahl von Protonen (positive Ladungen) und Elektronen (negative Ladungen). Aber wenn Sie ein anderes Kabel daneben mit einem DC aktuelle setzen, die Drähte anziehen oder abstoßen einander, je nachdem, die welche Richtung der Strömung bewegt. [9 coole Fakten über Magnete]

Vorausgesetzt, die Ströme ziehen in die gleiche Richtung, die Elektronen in die erste Draht, sehen die Elektronen in den zweiten Draht als unbeweglich. (Dies setzt voraus, dass die Ströme über die gleiche Stärke sind). Unterdessen aus Sicht der Elektronen, Protonen in beide Drähte aussehen sie sich bewegen. Wegen der relativistischen Längenkontraktion scheinen sie stärker verteilt werden, so gibt es mehr positiver Ladung pro Länge des Drahtes als negative Ladung. Da wie Aufladungen abstoßen, die beiden Drähte auch abstoßen.

Strömungen in entgegengesetzten Richtungen führen Attraktion, da aus Sicht der erste Draht die Elektronen in den anderen Draht zusammen, mehr überfüllt sind negative Nettoladung zu schaffen. Unterdessen die Protonen in den ersten Draht schaffen eine positive Nettoladung und Gegenteil lädt zu gewinnen.

3. Gold gelbe Farbe

Die meisten Metalle sind glänzend, weil die Elektronen in den Atomen springen aus verschiedenen Energieniveaus oder "orbitale." Einige Photonen, die das Metall schlagen absorbiert und wieder emittiert, wenn bei einer längeren Wellenlänge. Am deutlichsten sichtbar bekommt, aber nur reflektiert.

Gold ist eine schwere Atom, so dass die inneren Elektronen bewegen schnell genug, dass die relativistische Massenzunahme signifikant ist, wie auch die Längenkontraktion. Infolgedessen sind die Elektronen um den Atomkern in kürzere Wege, mit mehr Schwung Spinnen. Elektronen in den inneren orbitalen tragen Energie, die näher an die Energie der äußeren Elektronen, und die Wellenlängen, die absorbiert und reflektiert zu bekommen sind länger. [Finstere Sparkle-Galerie: 13 geheimnisvolle & verfluchten Edelsteinen]

Längere Wellenlängen des Lichts bedeutet, dass einige Teil des sichtbaren Lichts, das in der Regel nur wäre absorbiert wird reflektiert, und dieses Licht am blauen Ende des Spektrums ist. Weißes Licht ist eine Mischung aus allen Farben des Regenbogens, aber in Gold der Fall, wenn Licht absorbiert und wieder emittiert wird die Wellenlängen sind in der Regel länger. Das heißt die Mischung aus Lichtwellen sehen wir tendenziell weniger blau und violett drin haben. Dies macht gold erscheint in der Farbe gelblich, da Gelb, orange und rote Licht eine längere Wellenlänge als blau ist.

4. Gold korrodiert nicht leicht

Der relativistische Effekt auf Gold es Elektronen ist auch ein Grund, der das Metall nicht korrodieren oder einfach mit irgendetwas anderem zu reagieren.

Gold hat nur ein Elektron in der äußeren Schale, aber es ist noch nicht so reaktiv als Kalzium oder Lithium. Stattdessen finden die Elektronen in Gold, "schwerer" als sie sein sollten, näher an den Atomkern statt. Dies bedeutet, dass das äußerste Elektron ist nicht geeignet, in einem Ort, wo es mit irgendetwas überhaupt reagieren kann – es ist genauso wahrscheinlich unter seiner Kollegen Elektronen, die in der Nähe der Kern sind.

(5) Quecksilber ist eine Flüssigkeit

Ähnlich wie Gold, ist Merkur auch ein schweres Atom mit Elektronen in der Nähe der Kern aufgrund ihrer Geschwindigkeit und daraus resultierende Massenzunahme statt. Mit Quecksilber sind die Bindungen zwischen den Atomen schwach, so dass Quecksilber bei niedrigeren Temperaturen schmilzt und in der Regel eine Flüssigkeit, ist wenn wir es sehen.

6. Ihre alten TV

Vor ein paar Jahren hatten die meisten Fernsehgeräte und Monitore Kathodenstrahlröhre Bildschirme. Eine Kathodenstrahlröhre funktioniert durch das Abfeuern von Elektronen in einer Phosphor-Oberfläche mit einem großen Magneten. Jedes Elektron macht einen beleuchteten Pixel trifft es die Rückseite des Bildschirms. Die Elektronen ausgelöst um das Bild bei bis zu 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Relativistische Effekte sind spürbar und Hersteller die Magnete geprägt, mussten sie diese Effekte berücksichtigt werden.

7. Licht

Wenn Isaac Newton Recht in der Annahme, dass gibt es eine absolute Ruhesystem gewesen wäre, hätten wir eine andere Erklärung für Licht einfallen lassen, weil es überhaupt nicht passieren würde.

"Nicht nur gäbe es Magnetismus nicht aber Licht auch nicht existieren würde, weil Relativität verlangt, dass Änderungen in einem elektromagnetischen Feld mit einer endlichen Geschwindigkeit statt sofort", sagte Moore, Pomona College. "Wenn Relativitätstheorie... diese Forderung nicht durchsetzen Änderungen in elektrischen Feldern würde mitgeteilt sofort... statt durch elektromagnetische Wellen, und Licht und Magnetismus wäre unnötig."

(8) Kernkraftwerke und Supernovae

Relativitätstheorie ist einer der Gründe, dass Masse und Energie kann ineinander umgewandelt wird die Funktionsweise von Kernkraftwerken, und warum die Sonne scheint. Ein weiterer wichtiger Effekt ist in Supernova-Explosionen, die den Tod massereicher Sterne signalisieren.

"[Supernovae] existieren, weil relativistische Effekte Quanteneffekte in den Kern eines hinreichend massereichen Sterns überwinden, so dass es plötzlich unter seinem eigenen Gewicht zusammenbrechen, bis er einen viel kleineren und härteren Neutronenstern, wird", sagte Moore.

In einer Supernova die äußeren Schichten eines Sterns reduzieren sich auf den Kern, und erstellen eine gigantische Explosion, die unter anderem Elemente schwerer als Eisen erzeugt. In der Tat sind fast alle schweren Elemente, die, denen wir kennen, in Supernovae gemacht.

"Wir sind Sachen gegründet und zerstreut durch [Supernovae] gemacht", sagte Moore. "Gäbe es Relativitätstheorie nicht, selbst die massereichsten Sterne würde beenden ihr Leben als weiße Zwerge, nie explodiert, und wir wären nicht um daran zu denken."

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