Teori relativiti khas, yang dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1905, adalah salah satu teori yang paling berpengaruh dalam bidang fizik teori dan praktikal abad ke-20. Mana-mana ahli fizik mengetahuinya, tetapi bagaimana ia dapat dijelaskan kepada mereka yang tidak ada kaitan dengan sains? Adakah terdapat perkara dan fenomena yang diperhatikan dalam kehidupan seharian yang dapat menunjukkan teori revolusi ini dalam tindakan?
Teori relativiti
Dirumuskan oleh Albert Einstein pada tahun 1905, teori relativiti saintifik menunjukkan bahawa:
- semua proses fizikal berjalan sama di mana sahaja, dan undang-undang fizik dipatuhi di mana-mana persekitaran;
- terdapat kelajuan maksimum penyebaran interaksi yang tidak boleh melebihi kelajuan cahaya;
- ruang dan masa adalah homogen.
Video promosi:
Teori ini menjelaskan tingkah laku pelbagai objek dalam ruang-waktu, yang memungkinkan untuk meramalkan segala-galanya dari adanya lubang hitam, di mana Einstein sendiri tidak percaya, hingga gelombang graviti. Relativiti nampaknya sederhana, tetapi tidak sepenuhnya benar.
Pengaruh teori relativiti
Teori relativiti menjelaskan bukan sahaja fenomena menakjubkan seperti gelombang graviti dan lubang hitam, tetapi juga bagaimana ruang-waktu dirasakan berbeza bergantung pada kelajuan dan arah pergerakan objek.
Sekiranya kelajuan cahaya selalu berubah, ini bermaksud bahawa untuk angkasawan bergerak sangat pantas berbanding Bumi, detik berlalu lebih perlahan daripada pemerhati dari Bumi. Masa pada dasarnya perlahan untuk angkasawan.
Tetapi kita tidak semestinya memerlukan kapal angkasa untuk memerhatikan pelbagai kesan relativistik. Sebenarnya, terdapat banyak kes di mana teori relativiti khas, yang dirancang untuk meningkatkan mekanik Newton, memanifestasikan dirinya dalam kehidupan seharian dan teknologi yang kita gunakan secara kerap.
Elektrik
Magnetisme adalah kesan relativistik, dan jika anda menggunakan elektrik, anda boleh berterima kasih kepada relativiti kerana membuat generator berfungsi.
Sekiranya anda mengambil konduktor dan memaparkannya ke medan magnet, arus elektrik akan dihasilkan. Zarah-zarah terisi dalam konduktor terkena medan magnet yang berubah, yang memaksa mereka bergerak dan membuat arus elektrik.
Elektromagnet
Kerja elektromagnet juga dijelaskan dengan sempurna oleh teori relativiti. Apabila arus terus cas elektrik melalui wayar, elektron di dalamnya melayang. Biasanya wayar kelihatan tidak elektrik, tanpa cas positif atau negatif. Ini adalah akibat kehadiran di dalamnya bilangan proton (cas positif) dan elektron yang sama (cas negatif). Tetapi jika anda meletakkan wayar lain di sebelahnya dengan aliran elektrik langsung, wayar menarik atau saling tolak, bergantung pada arah arus arus wayar bergerak.
Sekiranya arus bergerak ke arah yang sama, elektron dari wayar pertama "melihat" elektron di wayar kedua sebagai pegun (jika cas elektrik sama kekuatannya). Sementara itu, dari segi elektron, proton di kedua-dua wayar bergerak. Oleh kerana pemendekan relativistik panjangnya, mereka sepertinya terletak berdekatan antara satu sama lain, oleh itu, sepanjang keseluruhan wayar, terdapat cas positif lebih banyak daripada negatif. Oleh kerana caj yang sama ditangkis, kedua-dua wayar juga menangkis.
Arus yang bergerak dalam arah yang bertentangan menyebabkan konduktor tertarik.
Sistem Kedudukan Global
Untuk navigasi GPS yang paling tepat, satelit mesti mengambil kira kesan relativistik. Ini disebabkan oleh fakta bahawa, walaupun satelit bergerak jauh lebih lambat daripada kelajuan maksimumnya, mereka masih bergerak cukup cepat. Satelit menghantar isyarat mereka ke stesen darat. Mereka, seperti navigator GPS kereta, telefon pintar dan peranti lain, mengalami pecutan yang lebih tinggi kerana graviti daripada satelit di orbit.
Untuk mencapai ketepatan yang sempurna, satelit bergantung pada jam yang sangat tepat untuk memberitahu masa hingga nanodetik (bilion saat). Oleh kerana setiap satelit berada 20,300 kilometer di atas Bumi dan bergerak ke sana dengan jarak kira-kira 10,000 kilometer sejam, perbezaan waktu relativistik sekitar empat mikrodetik sehari muncul. Tambahkan graviti pada persamaan dan jumlahnya meningkat menjadi kira-kira tujuh mikrodetik. Ini kira-kira 7 ribu nanodetik.
Perbezaannya cukup besar: jika tidak ada kesan relativistik, navigator GPS akan keliru sejauh hampir 8 kilometer pada hari pertama.
Warna emas mulia
Logam kelihatan berkilat kerana elektron di atomnya bergerak di antara tahap tenaga atau orbital yang berbeza. Beberapa foton cahaya yang menyentuh permukaan logam diserap dan kemudian dipancarkan oleh gelombang cahaya yang lebih panjang. Sebilangan besar sinar cahaya yang dapat dilihat hanya dipantulkan.
Atom emas sangat berat, sehingga elektron dalam nukleus bergerak cukup pantas, mengakibatkan peningkatan jisim relatif yang signifikan. Akibatnya, elektron berputar di sekitar nukleus dalam orbit yang lebih pendek dengan momentum yang lebih banyak. Elektron di orbit dalaman membawa muatan yang kira-kira bertepatan dengan muatan elektron luar, masing-masing, cahaya yang diserap dan dipantulkan dicirikan oleh gelombang yang lebih panjang.
Panjang gelombang cahaya yang lebih panjang bermaksud bahawa beberapa cahaya yang dapat dilihat yang biasanya dipantulkan telah diserap oleh atom, dan bahagian itu berada di hujung spektrum biru. Ini bermaksud bahawa cahaya yang dipantulkan dan dipancarkan oleh emas lebih dekat dengan spektrum panjang gelombang yang lebih panjang, iaitu, ia mempunyai lebih banyak kuning, oren dan merah, dan hampir tidak ada gelombang pendek biru dan ungu.
Emas hampir tahan hakisan
Kesan relativistik yang dilihat pada elektron dalam emas juga menjadi sebab mengapa logam tidak menghakis dan bertindak balas dengan buruk dengan unsur lain.
Emas hanya mempunyai satu elektron di cangkang elektron luar, tetapi walaupun begitu, ia lebih kurang aktif daripada kalsium atau litium, yang serupa strukturnya. Elektron dalam emas lebih berat dan oleh itu terletak lebih dekat dengan nukleus atom. Ini bermaksud bahawa elektron luar yang paling jauh, kemungkinan besar, akan berada di antara elektron "sendiri" di cangkang dalam, daripada akan mula bertindak balas dengan elektron luar unsur lain.
Keadaan cecair merkuri
Seperti emas, merkuri juga mempunyai atom berat dengan elektron yang mengorbit dekat dengan nukleus. Oleh itu, berlaku peningkatan relatif dalam halaju dan jisim kerana pengurangan jarak antara nukleus dan zarah bermuatan.
Ikatan antara atom merkuri sangat lemah sehingga merkuri mencair pada suhu yang lebih rendah daripada logam lain, dan umumnya cair dalam kebanyakan kes yang diperhatikan dalam kehidupan seharian.
TV dan monitor lama
Tidak lama dahulu, kebanyakan televisyen dan monitor adalah alat sinar katod. Tiub sinar katod adalah alat yang menghasilkan semula imej optik dengan menembakkan elektron pada balok atau pancaran sinar ke permukaan bercahaya dengan magnet yang besar. Setiap elektron membuat piksel yang diterangi setelah menyentuh bahagian belakang skrin. Elektron dilancarkan pada kelajuan tinggi sama dengan kira-kira 30% dari kelajuan maksimum, atau kelajuan cahaya.
Agar gambar optik berfungsi terbentuk, elektromagnet yang dipasang di dalam alat untuk mengarahkan elektron ke bahagian skrin yang diperlukan harus mengambil kira pelbagai kesan relativistik agar tidak mengganggu keseluruhan sistem.
Harap Chikanchi
