Теория относительности в реальной жизни

Теория относительности Эйнштейна обманчива проста, и актуальна не только для аэрокосмической области или научной фантастики, но и для повседневности. Портал livescience.com рассказал о том, какие проявления теории относительности можно увидеть своими глазами в реальной жизни.

GPS-навигация

Для точной работы GPS-навигаторов в автомобилях спутники учитывают релятивистские эффекты. Дело в том, что орбитальные аппараты двигаются достаточно быстро, но при этом постоянно отправляют сигналы на наземные станции, которые подвергаются большему ускорению из-за гравитации.

Поэтому для повышения точности спутники используют часы, способные рассчитывать время вплоть до наносекунд. Аппараты, находящиеся на высоте 20 300 км над Землей, движутся на скорости примерно 10 000 км/ч — из-за этого происходит растяжение времени, которое добавляет 4 микросекунды каждый день. А в сумме с гравитацией растяжение составляет до 7 микросекунд. Если бы спутники не учитывали этот момент, то GPS-навигатор тотально бы сбился с координат всего за сутки.

Желтый цвет золота

Большинство металлов блестят из-за того, что электроны в атомах «перепрыгивают» между разными уровнями энергии, или орбиталями. Некоторые фотоны, попадающие на поверхность металла, впитываются и переизлучаются, пусть и на более длинной волне. Но значительная часть видимого света просто отражается.

Золото — тяжелый элемент. Его внутренние электроны движутся достаточно быстро, чтобы релятивистское повышение массы и сжатие длины были заметны. В результате электроны вращаются вокруг ядра атома на более коротком пути и высокой скорости. Электроны на внутренних орбиталях несут примерно тот же объем энергии, что и на внешних, из-за чего длина волны поглощаемого и отражаемого света возрастает. Чем длиннее волна, тем больше света поглощается, и из него пропадает больше синих фиолетовых оттенков.

Сопротивляемость золота коррозии

Релятивистский эффект электронов золота также является причиной, по которой металл хорошо сопротивляется коррозии. Золото имеет всего один электрон во внешней оболочке атома, но при этом является менее реактивным элементом, чем кальций или литий. Электроны золота более тяжелые и держатся ближе к ядру атома, из-за чего самый внешний электрон менее склонен к реакции с другими элементами.

Жидкая ртуть

Ртуть тоже имеет тяжелые атомы и электроны, которые держатся ближе к ядру из-за скорости и повышения массы. Однако связь между атомами ртути достаточно слабая, поэтому металл плавится при низких температурах и, как правило, встречается в жидкой форме.

Старые телевизоры

Примерно до начала 2000-х большинство телевизоров и мониторов имели экраны на катодных лучевых трубках. Они выстреливают электроны в фосфорную поверхность при помощи большого магнита: каждый электрон «зажигает» один пиксель при ударе об экран. Причем для достижения этого эффекта электроны движутся на 30% от скорости света.

Солнце

Без знаменитого уравнения Эйнштейна Солнце и другие звезды в космосе не смогли бы сиять. В ядре звезды нашей планетарной системы невероятно высокие температуры и давление постоянно сжимают четыре атома водорода в один атом гелия. Но масса одного атома гелия немного меньше, чем сумма масс четырех атомов водорода. Куда пропадает излишек? Он конвертируется в энергию, которую мы видим как солнечный свет.