5 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни

Теория относительности – одна из известнейших научных теорий XX века. Обычно о ней думают, как о чем-то абстрактном, не касающемся реальной жизни. Однако это совсем не так.

Видео дня

Есть несколько примеров теории относительности, которые мы можем наблюдать в реальной жизни и технологиях, которые мы используем сегодня. OBOZ.UA подготовил несколько типичных примеров теории относительности в действии.

Альберт Эйнштейн начал формулировать теорию относительности в 1905 г., чтобы объяснить поведение объектов в пространстве и времени. Она обманчиво проста. Во-первых, не существует "абсолютной" системы отсчета: всякий раз, когда вы измеряете скорость объекта, его импульс или то, как он чувствует время, это всегда связано с чем-то другим. Во-вторых, скорость света одинакова независимо от того, кто ее измеряет или как быстро двигается измеряющий ее человек. В-третьих, ничто не может иметь скорость больше скорости света.

GPS-навигация

В каждом смартфоне, умных часах, ноутбуке и так далее вы найдете функцию "Система глобального позиционирования", а более обычно для нас – GPS. Каждый спутник несет на своем борту атомные часы, которые тикают с точностью до одной наносекунды.

Чтобы GPS-навигация работала точно, спутники должны учитывать релятивистские эффекты. Это объясняется тем, что, несмотря на то, что спутники не двигаются со скоростью света, они все равно двигаются достаточно быстро. Спутники также отправляют сигналы на наземные станции на Земле. Все эти станции (и технология GPS в автомобиле или смартфоне) испытывают большие ускорения из-за гравитации, чем спутники на орбите.

Как объяснили в Американском физическом обществе PhysicsCentral, поскольку каждый спутник находится на высоте 20 300 километров над Землей и движется со скоростью примерно 10 000 км/ч, существует релятивистское опоздание времени, которое ежедневно длится около 4 микросекунд. Если добавить эффект гравитации, то эффект задержки времени увеличится примерно до 7 микросекунд (миллионных долей секунды). Если бы эти эффекты не были учтены, то координаты, вычисленные на основе GPS спутников, были бы ошибочны уже через несколько минут. На первый взгляд, это звучит как не очень большая разница, однако высокая точность, необходимая для GPS, требует наносекундных погрешностей, иначе ошибки будут накапливаться со скоростью около 10 км/день. Тогда система GPS была бы непригодна для использования.

Ядерное оружие

Едва ли не самым известным "практическим следствием" открытий Эйнштейна называют создание ядерного оружия.

"Одно из последствий теории относительности и модели четырехмерного пространства, которое она предполагает, является утверждение, что всякая масса пропорциональна энергии. То есть, любая частица имеет энергию покоя. Таким образом, знаменитая формула E=mc2 объяснила дефект массы при ядерном распаде. Фактически, Эйнштейн заложил теоретические основы для разработки ядерного оружия", – рассказал в одном из интервью ученый, научный сотрудник Главной астрономической обсерватории НАН Украины Максим Василенко.

Однако прямого отношения к созданию ядерного оружия Эйнштейн не имел. Он выступал против подобных разработок и даже был одним из подписантов письма президенту Рузвельту с призывом отказаться от применения ядерного оружия.

Радар скорости

Если вы когда-нибудь получали штраф за превышение скорости, можете поблагодарить Эйнштейна.

Свет движется по волнам. Все волны показывают эффект Доплера. И это касается не только излучаемых волн, но и тех, которые отражаются от объекта, объясняющего принцип работы радаров. Полицейские сканеры излучают инфракрасные волны, отражающиеся от автомобилей, а затем определяют частоту отображений, когда они возвращаются, вычисляя скорость.

Благодаря специальной теории относительности Эйнштейна и неизменной скорости света радар может делать точные, почти мгновенные прогнозы скорости автомобиля, даже если полицейская машина тоже двигается.

Жидкий металл

Почему ртуть – жидкая и имеет температуру плавления минус 39 С°, а золото – твердое и имеет температуру плавления 770 С°? Магия? Нет. Теория относительности объясняет это. Ртуть также представляет собой тяжелый атом, электроны которого удерживаются близко к ядру из-за их скорости и, как следствие, получаем увеличение массы. Связи между атомами ртути слабы, поэтому ртуть плавится при более низких температурах и обычно является жидкостью, когда мы ее видим.

Старый телевизор

Приблизительно к началу 2000-х большинство телевизоров и мониторов имели экраны с электронно-лучевой трубкой. Электронно-лучевая трубка работает, выстреливая электроны на поверхность люминофора с помощью большого магнита. Каждый электрон создает освещенный пиксель, когда он попадает на заднюю часть экрана, и электроны зажигают, заставляя изображение двигаться со скоростью до 30% скорости света. Релятивистские эффекты заметны, поэтому, когда производители формировали магниты, им пришлось учитывать эти эффекты.