5 способів побачити теорію відносності Ейнштейна в реальному житті

Теорія відносності – одна з найвідоміших наукових теорій XX століття. Зазвичай про неї думають, як про щось абстрактне, що не стосується реального життя. Проте це зовсім не так.

Відео дня

Є кілька прикладів теорії відносності, які ми можемо спостерігати в реальному житті та технологіях, які ми використовуємо сьогодні. OBOZ.UA підготував кілька типових прикладів теорії відносності в дії.

Альберт Ейнштейн почав формулювати теорію відносності в 1905 році, щоб пояснити поведінку об’єктів у просторі та часі. Вона оманливо проста. По-перше, не існує "абсолютної" системи відліку: щоразу, коли ви вимірюєте швидкість об’єкта, його імпульс або те, як він відчуває час, це завжди пов’язано з чимось іншим. По-друге, швидкість світла однакова незалежно від того, хто її вимірює або як швидко рухається людина, яка її вимірює. По-третє, ніщо не може мати швидкість більшу ніж швидкість світла.

GPS-навігація

У кожному смартфоні, розумному годиннику, ноутбуці й так далі ви знайдете функцію "Система глобального позиціювання", а більш звично для нас – GPS. Кожен супутник несе на своєму борту атомний годинник, який тікає з точністю до однієї наносекунди.

Щоб GPS-навігація працювала точно, супутники повинні враховувати релятивістські ефекти. Це пояснюється тим, що, не зважаючи на те, що супутники не рухаються зі швидкістю світла, вони все одно рухаються досить швидко. Супутники також посилають сигнали на наземні станції на Землі. Усі ці станції (і технологія GPS в автомобілі чи смартфоні) відчувають більші прискорення через гравітацію, ніж супутники на орбіті.

Як пояснили в Американському фізичному товаристві PhysicsCentral, оскільки кожен супутник знаходиться на висоті 20 300 кілометрів над Землею та рухається зі швидкістю приблизно 10 000 км/год, існує релятивістське запізнення часу, яке щодня триває приблизно 4 мікросекунди. Якщо ще додати ефект гравітації, то ефект затримки часу збільшиться приблизно до 7 мікросекунд (мільйонних часток секунди). Якби ці ефекти не були взяті до уваги, то координати, обчислені на основі GPS супутників, були б помилковими вже через кілька хвилин. На перший погляд, це звучить, як не дуже велика різниця, однак висока точність, що необхідна для GPS вимагає наносекундних похибок, інакше помилки будуть накопичуватись зі швидкістю близько 10 км/день. Тоді система GPS була б не придатна для використання.

Ядерна зброя

Чи не найвідомішим "практичним наслідком" відкриттів Ейнштейна називають створення ядерної зброї.

"Один з наслідків теорії відносності та моделі чотиривимірного простору, який вона передбачає, є твердження, що всяка маса пропорційна енергії. Тобто, будь-яка частинка має енергію спокою. Таким чином, знаменита формула E=mc2 пояснила дефект маси при ядерному розпаді. Фактично, Ейнштейн заклав теоретичні основи для розробки ядерної зброї", – розповів в одному з інтерв’ю вчений, науковий співробітник Головної астрономічної обсерваторії НАН України Максим Василенко.

Однак прямого відношення до створення ядерної зброї Ейнштейн не мав. Він виступав проти подібних розробок і навіть був одним з підписантів листа до президента Рузвельта із закликом відмовитися від застосування ядерної зброї.

Радар швидкості

Якщо ви коли-небудь отримували штраф за перевищення швидкості, можете подякувати Ейнштейну.

Світло рухається хвилями. Усі хвилі демонструють ефект Доплера. І це стосується не лише випромінюваних хвиль, але й тих, які відбиваються від об’єкта, що пояснює принцип роботи радарів. Поліцейські сканери випромінюють інфрачервоні хвилі, які відбиваються від автомобілів, а потім визначають частоту відображень, коли вони повертаються, обчислюючи швидкість.

Завдяки спеціальній теорії відносності Ейнштейна та незмінній швидкості світла радар може робити точні, майже миттєві, прогнози швидкості автомобіля, навіть якщо поліцейська машина теж рухається.

Рідкий метал

Чому ртуть – рідка і має температуру плавлення мінус 39 С°, а золото – тверде, і має температуру плавлення 770 С°? Магія? Ні. Теорія відносності пояснює це. Ртуть також є важким атомом, електрони якого утримуються близько до ядра через їх швидкість і, як наслідок, отримуємо збільшення маси. Зв’язки між атомами ртуті слабкі, тому ртуть плавиться за нижчих температур і, зазвичай, є рідиною, коли ми її бачимо.

Старий телевізор

Приблизно до початку 2000-х більшість телевізорів і моніторів мали екрани з електронно-променевою трубкою. Електронно-променева трубка працює, вистрілюючи електрони на поверхню люмінофора за допомогою великого магніту. Кожен електрон створює освітлений піксель, коли він потрапляє на задню частину екрана, і електрони запалюють, змушуючи зображення рухатися зі швидкістю до 30 % від швидкості світла. Релятивістські ефекти помітні, тому коли виробники формували магніти, їм довелося враховувати ці ефекти.