อัลเบิร์ตไอน์สไตน์เริ่มกำหนดไฟล์ทฤษฎีสัมพัทธภาพในปี 1905 เพื่ออธิบายพฤติกรรมของวัตถุในอวกาศและเวลาและงานที่ก้าวล้ำสามารถใช้ในการทำนายสิ่งต่าง ๆ เช่นการดำรงอยู่ของรูดำ, การดัดเบา ๆ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงและพฤติกรรมของดาวเคราะห์ในวงโคจร
ทฤษฎีนั้นเรียบง่ายหลอกลวง ก่อนอื่นไม่มีกรอบการอ้างอิง "สัมบูรณ์": ทุกครั้งที่คุณวัดความเร็วของวัตถุแรงผลักดันหรือวิธีการสัมผัสเวลามันมักจะเกี่ยวข้องกับสิ่งอื่นเสมอ ประการที่สองความเร็วของแสงนั้นเหมือนกันไม่ว่าใครจะวัดหรือวัดได้เร็วแค่ไหน ประการที่สามไม่มีอะไรสามารถไปได้เร็วไปกว่าแสง
ทฤษฎีที่โด่งดังที่สุดของ Einstein มีความหมายอย่างลึกซึ้ง หากความเร็วของแสงเหมือนกันเสมอหมายความว่านักบินอวกาศจะไปอย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับโลกจะวัดวินาทีที่ติ๊กช้ากว่าผู้สังเกตการณ์ Earthbound จะ เวลาช้าลงสำหรับนักบินอวกาศ - ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการขยายเวลา-
ที่เกี่ยวข้อง:จะเกิดอะไรขึ้นถ้าความเร็วของแสงต่ำกว่ามาก?
วัตถุใด ๆ ในสนามแรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่เร่งความเร็วดังนั้นมันจึงได้สัมผัสกับการขยายเวลา ในขณะเดียวกันประสบการณ์ยานอวกาศของนักบินอวกาศการหดตัวยาวซึ่งหมายความว่าถ้าคุณถ่ายรูปยานอวกาศในขณะที่มันบินไปมันจะดูราวกับว่ามัน "squished" ในทิศทางของการเคลื่อนไหว อย่างไรก็ตามสำหรับนักบินอวกาศบนเรือทุกอย่างดูเหมือนจะเป็นเรื่องปกติ นอกจากนี้มวลของยานอวกาศจะเพิ่มขึ้นจากมุมมองของผู้คนบนโลก
แต่คุณไม่จำเป็นต้องมียานอวกาศซูมด้วยความเร็วแสงใกล้เพื่อดูผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ มีหลายกรณีของสัมพัทธภาพที่เราสามารถเห็นได้ในชีวิตประจำวันและเทคโนโลยีที่เราใช้ในวันนี้ซึ่งแสดงให้เห็นว่าไอน์สไตน์นั้นถูกต้อง นี่คือตัวอย่างทั่วไปของทฤษฎีสัมพัทธภาพในการดำเนินการ
แม่เหล็กไฟฟ้า
แม่เหล็กเป็นเอฟเฟกต์สัมพัทธภาพและคุณสามารถเห็นสิ่งนี้แสดงให้เห็นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หากคุณใช้ห่วงลวดและเคลื่อนย้ายผ่านสนามแม่เหล็กคุณจะสร้างกระแสไฟฟ้า อนุภาคที่มีประจุในลวดได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กซึ่งบังคับให้บางคนย้ายและสร้างกระแส
แต่ตอนนี้ลองนึกภาพลวดที่เหลือและจินตนาการว่าแม่เหล็กกำลังเคลื่อนที่ ในกรณีนี้อนุภาคที่มีประจุในลวด (อิเล็กตรอนและโปรตอน) จะไม่เคลื่อนที่อีกต่อไปดังนั้นสนามแม่เหล็กไม่ควรส่งผลกระทบต่อมัน แต่มันก็เป็นเช่นนั้นและกระแสยังไหลอยู่ นี่แสดงให้เห็นว่าไม่มีกรอบอ้างอิงที่ได้รับการยกเว้น
โทมัสมัวร์ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่วิทยาลัยโพโมนาในแคลร์มอนต์แคลิฟอร์เนียใช้หลักการสัมพัทธภาพเพื่อแสดงให้เห็นกฎของฟาราเดย์ซึ่งระบุว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนไปสร้างกระแสไฟฟ้า
“ เนื่องจากนี่เป็นหลักการสำคัญที่อยู่เบื้องหลังหม้อแปลงและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทุกคนที่ใช้ไฟฟ้ากำลังประสบกับผลกระทบของสัมพัทธภาพ” มัวร์กล่าวกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต
แม่เหล็กไฟฟ้าทำงานผ่านสัมพัทธภาพเช่นกัน เมื่อกระแสไฟฟ้าโดยตรงของประจุไฟฟ้าไหลผ่านลวดอิเล็กตรอนจะลอยผ่านวัสดุ โดยปกติแล้วลวดจะดูเป็นกลางทางไฟฟ้าโดยไม่มีประจุบวกหรือลบเนื่องจากลวดมีจำนวนโปรตอน (ประจุบวก) และอิเล็กตรอน (ประจุลบ) แต่ถ้าคุณใส่สายอื่นที่มีกระแสตรงอยู่ข้างๆสายไฟจะดึงดูดหรือขับไล่ซึ่งกันและกันขึ้นอยู่กับทิศทางที่กระแสกำลังเคลื่อนที่จากข้อมูลของนักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ที่ Urbana-Champaign-
สมมติว่ากระแสน้ำกำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันอิเล็กตรอนในสายที่สองนั้นไม่เคลื่อนไหวเมื่อเทียบกับอิเล็กตรอนในสายแรก (นี่ถือว่ากระแสมีความแข็งแรงเท่ากัน) ในขณะเดียวกันโปรตอนในสายไฟทั้งสองกำลังเคลื่อนที่เมื่อเปรียบเทียบกับอิเล็กตรอนในสายไฟทั้งสอง เนื่องจากการหดตัวของความยาวสัมพัทธภาพพวกเขาจึงมีระยะห่างอย่างใกล้ชิดมากขึ้นดังนั้นจึงมีประจุบวกมากกว่าประจุลบต่อความยาวของลวด เพราะเช่นเดียวกับค่าใช้จ่ายขับไล่ทั้งสองสายก็ขับไล่
กระแสในทิศทางตรงกันข้ามส่งผลให้เกิดแรงดึงดูดเนื่องจากเมื่อเทียบกับสายแรกอิเล็กตรอนในสายอื่น ๆ นั้นแออัดมากขึ้นจึงสร้างประจุลบสุทธิตามที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ที่ Urbana-Champaign- ในขณะเดียวกันโปรตอนในสายแรกกำลังสร้างประจุบวกสุทธิและประจุที่ตรงกันข้ามดึงดูด
การนำทาง GPS
สำหรับรถของคุณการนำทาง GPSเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้องเช่นเดียวกับดาวเทียมต้องพิจารณาผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพตามเกี่ยวกับฟิสิกส์- นี่เป็นเพราะแม้ว่าดาวเทียมจะไม่เคลื่อนที่ไปที่ใดก็ได้ใกล้กับความเร็วแสง แต่พวกเขาก็ยังคงไปได้เร็ว ดาวเทียมยังส่งสัญญาณไปยังสถานีพื้นดินบนโลก สถานีเหล่านี้ (และเทคโนโลยี GPS ในรถยนต์หรือสมาร์ทโฟน) ล้วนประสบกับการเร่งความเร็วที่สูงขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมากกว่าดาวเทียมในวงโคจร
เพื่อให้ได้ความแม่นยำในการระบุดาวเทียมใช้นาฬิกาที่แม่นยำถึงไม่กี่นาโนวินาที (พันล้านของวินาที) เนื่องจากดาวเทียมแต่ละดวงมีระยะทาง 12,600 ไมล์ (20,300 กิโลเมตร) เหนือโลกและเคลื่อนที่ที่ประมาณ 6,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (10,000 กม./ชม.) จึงมีการขยายเวลาตามความสัมพันธ์นั่นทำให้เกิดประมาณ 4 ไมโครวินาทีในแต่ละวัน เพิ่มผลกระทบของแรงโน้มถ่วงและเอฟเฟกต์การขยายเวลาสูงถึงประมาณ 7 ไมโครวินาที (ล้านวินาที)
ความแตกต่างเป็นจริงมาก: หากไม่มีผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพหน่วย GPS ที่บอกคุณว่ามันเป็นระยะครึ่งไมล์ (0.8 กม.) ไปยังปั๊มน้ำมันถัดไปจะออกไป 5 ไมล์ (8 กม.) หลังจากนั้นเพียงหนึ่งวัน
สีเหลืองของทองคำ
โลหะส่วนใหญ่เป็นเงาเพราะอิเล็กตรอนในอะตอมกระโดดจากระดับพลังงานที่แตกต่างกันหรือ "orbitals" โฟตอนบางตัวที่กระทบโลหะจะถูกดูดซึมและ reemitted แม้ว่าจะมีความยาวคลื่นนานขึ้น อย่างไรก็ตามแสงที่มองเห็นได้ส่วนใหญ่จะได้รับการสะท้อน
ทองเป็นองค์ประกอบที่หนักดังนั้นอิเล็กตรอนภายในจะเคลื่อนที่เร็วพอที่มวลสัมพัทธภาพจะเพิ่มขึ้นและการหดตัวของความยาวมีความสำคัญตามอันคำแถลงจากมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กในประเทศเยอรมนี เป็นผลให้อิเล็กตรอนหมุนไปรอบ ๆ นิวเคลียสในเส้นทางที่สั้นกว่าด้วยโมเมนตัมมากขึ้น อิเล็กตรอนในวงโคจรด้านในมีพลังงานที่ใกล้เคียงกับพลังงานของอิเล็กตรอนภายนอกและความยาวคลื่นที่ดูดซึมและสะท้อนกลับมีความยาว ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นของแสงหมายความว่าแสงที่มองเห็นได้บางส่วนที่มักจะสะท้อนได้รับการดูดซับและแสงนั้นอยู่ที่ปลายสีน้ำเงินของสเปกตรัม แสงสีขาวคือผสมสีรุ้งทั้งหมดแต่ในกรณีของทองคำเมื่อแสงถูกดูดซึมและ reemitted ความยาวคลื่นมักจะยาวขึ้น นั่นหมายถึงการผสมผสานของคลื่นแสงที่เราเห็นมีแนวโน้มที่จะมีสีน้ำเงินและสีม่วงน้อยลง เนื่องจากแสงสีเหลือง, สีส้มและสีแดงมีความยาวคลื่นนานกว่าแสงสีน้ำเงิน, ทองปรากฏเป็นสีเหลืองตาม BBC-
ความต้านทานต่อการกัดกร่อนของทองคำ
ผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพต่ออิเล็กตรอนของทองคำก็เป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ไม่กัดกร่อนหรือทำปฏิกิริยากับสิ่งอื่นได้อย่างง่ายดายตามรายงานของปี 1998ในวารสารแถลงการณ์ทองคำ-
ทองคำมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในเปลือกนอกของมัน แต่ก็ยังไม่ได้มีปฏิกิริยาเหมือนแคลเซียมหรือลิเธียม แต่เนื่องจากอิเล็กตรอนในทองคำนั้น "หนักกว่า" มากกว่าที่ควรจะเป็นเนื่องจากพวกมันเคลื่อนที่ใกล้กับความเร็วของแสงเพิ่มมวลของพวกเขาพวกเขาจะอยู่ใกล้กับนิวเคลียสอะตอม ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนนอกสุดไม่น่าจะเป็นที่ที่มันสามารถตอบสนองกับสิ่งใดก็ได้ มันมีแนวโน้มที่จะเป็นหนึ่งในอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียส
ปรอทเหลว
ปรอทยังเป็นอะตอมที่มีน้ำหนักมากโดยอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสเนื่องจากความเร็วและการเพิ่มขึ้นของมวลตามมา พันธะระหว่างอะตอมของปรอทนั้นอ่อนแอดังนั้นสารปรอทจะละลายที่อุณหภูมิต่ำกว่าและโดยทั่วไปจะเป็นของเหลวเมื่อเราเห็นมันโลกเคมี-
ทีวีเก่าของคุณ
จนกระทั่งประมาณต้นปี 2000 โทรทัศน์และจอภาพส่วนใหญ่มีหน้าจอ Cathode Ray Tube หลอดเรย์แคโทดทำงานโดยการยิงอิเล็กตรอนที่พื้นผิวฟอสเฟอร์ด้วยแม่เหล็กขนาดใหญ่ อิเล็กตรอนแต่ละตัวสร้างพิกเซลที่มีแสงสว่างเมื่อมันกระทบด้านหลังของหน้าจอและอิเล็กตรอนก็ยิงออกมาเพื่อให้ภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงสูงถึง 30% ผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพจะเห็นได้ชัดเจนและเมื่อผู้ผลิตหล่อแม่เหล็กพวกเขาจะต้องพิจารณาผลกระทบเหล่านั้นตาม PBS News Hour-
แสงสว่าง
Isaac Newtonสันนิษฐานว่ามีเฟรมพักที่แน่นอนหรือเฟรมอ้างอิงที่สมบูรณ์แบบภายนอกที่เราสามารถเปรียบเทียบเฟรมอ้างอิงอื่น ๆ ทั้งหมดกับ หากเขาพูดถูกเราจะต้องมีคำอธิบายที่แตกต่างกันสำหรับแสงเพราะมันจะไม่เกิดขึ้นเลย
“ ไม่เพียง แต่แม่เหล็กจะไม่มีอยู่จริง แต่แสงก็ไม่มีอยู่จริงเพราะสัมพัทธภาพต้องการการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว จำกัด แทนที่จะเป็นทันที” มัวร์กล่าว "หากสัมพัทธภาพไม่ได้บังคับใช้ข้อกำหนดนี้ ... การเปลี่ยนแปลงในสนามไฟฟ้าจะได้รับการสื่อสารทันที ... แทนที่จะผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและทั้งแม่เหล็กและแสงจะไม่จำเป็น"
ดวงอาทิตย์
ไม่มีสมการที่โด่งดังที่สุดของ Einstein -e = mc^2-ดวงอาทิตย์และดวงดาวที่เหลือจะไม่เปล่งประกาย ในใจกลางของดาราพ่อแม่ของเราเข้มข้นอุณหภูมิและแรงกดดันบีบอะตอมไฮโดรเจนสี่อะตอมสี่อะตอมลงในอะตอมฮีเลียมเดี่ยวมหาวิทยาลัยรัฐโอไฮโอ- มวลของอะตอมฮีเลียมเดี่ยวน้อยกว่าอะตอมไฮโดรเจนสี่ตัวเล็กน้อย เกิดอะไรขึ้นกับมวลพิเศษ? มันได้รับการแปลงเป็นพลังงานโดยตรงซึ่งปรากฏเป็นแสงแดดบนโลกของเรา
ทรัพยากรเพิ่มเติม
- เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการสัมพัทธภาพมีผลต่อการศึกษาวัตถุจักรวาลที่อยู่ห่างไกล-จากนาซ่า
- ดูสัมพัทธภาพมีความสำคัญอย่างไรสำหรับตัวเร่งอนุภาคจาก fermilab
- สำรวจประวัติความสัมพันธ์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์และการคาดการณ์ที่ได้รับการยืนยันจำนวนมากจากสำนักงานอวกาศยุโรป
