زندگیتو: در سال 1905 آلبرت اینشتین نظریه نسبیت خود را به طور جدی مطرح کرد، نظریه‌ای پیشگامانه که درک ما از جهان را عوض کرد و گامی بزرگ در دنیای فیزیک نظری بود، اما تا به حال به کاربرد نظریه نسبیت آلبرت انیشتن فکر کرده‌اید؟
آلبرت انیشتن خود درباره این نظریه می‌گوید:« وقتی دو ساعت با یک دختر خوب می‌نشینید فکر می‌کنید که فقط یک دقیقه گذشته است، اما وقتی یک دقیقه روی اجاق گاز داغ می نشینید فکر می کنید دو ساعت است. این نسبیت است.»
نظریه نسبیت چه می‌گوید؟
برای بسیاری از افراد ممکن است به عنوان یک راه حل پیچیده ریاضی برای یک مسئله باطنی به نظر برسد. اما چقدر چیزهایی را که در زندگی روزمره می بینیم توضیح می دهد؟
نظریه نسبیَت، دو نظریه اصلی و معروف نسبیت خاص و نسبیت عام آلبرت اینشتین را در بر می‌گیرد. ایده اصلی این نظریه آن است که زمان و فضا مرتبط هستند.
نسبیت خاص نظریه‌ای فیزیکی درباره اندازه‌گیری در چارچوب مرجع لخت است که در سال ۱۹۰۵ میلادی توسط آلبرت اینشتین در نوشتاری با نام «درباب الکترودینامیک و حرکت اجسام» مطرح شد.
نسبیت عام نظریه‌ای هندسی برای گرانش است که در سال ۱۹۱۵ توسط آلبرت اینشتین منتشر شد و توصیف کنونی گرانش در فیزیک نوین است. این نظریه تعمیمی بر نظریه نسبیت خاص و قانون جهانی گرانش نیوتون است که توصیف یکپارچه‌ای از گرانش به‌عنوان یک ویژگی هندسی فضا–زمان ارائه می‌دهد.
با توجه به همه این‌ها آیا این نظریه نظریه نسبیت آلبرت انیشتن صرفا یک نظریه‌ای برای فضای علمی فیزیک است یا کاربرد نظریه نسبیت آلبرت انیشتن در دنیای واقعی هم دیده می‌شود؟
سیستم موقعیت یابی جهانی
بدون کمک نظریه نسبیت یک واحد GPS که به شما می گوید مثلاً 0.8 کیلومتر تا پمپ بنزین بعدی فاصله دارید، تنها پس از یک روز 5 مایل (8 کیلومتر) خطا خواهد داشت.
اگرچه ماهواره‌های جی‌پی‌اس با سرعت نور به دور زمین نمی‌چرخند، اما بسیار سریع حرکت می‌کنند (حدود 10000 کیلومتر در ساعت). عامل این است که آنها سیگنال هایی را به سطح زمین می فرستند که تحت تأثیر گرانش زمین است. این باعث یک اتساع زمانی نسبیت کوچک اما نه نامحسوس می‌شود که هر روز حدود 4 میکروثانیه اضافه می‌شود. با اضافه کردن اثرات گرانش، این رقم به حدود 7 میکروثانیه می رسد.
هر چه می درخشد طلا نیست
اکثر فلزات “براق” هستند زیرا بیشتر نور با مقداری جذب و بازتابیده می شود زیرا الکترون ها در داخل اوربیتال ها “پرش و سقوط می کنند”.
با این حال، طلا یک اتم بسیار سنگین است. الکترون‌های درونی آن به قدری سریع -نزدیک به نصف سرعت نور- حرکت می کنند که تحت تأثیر نظریه نسبیت جرم آنها افزایش و طول آنها کوتاه می شود.
انرژی این الکترون‌ها تقریباً به اندازه الکترون‌های موجود در لایه‌های بیرونی است و بنابراین طول موج جذب شده و منعکس شده طولانی‌تر دارند. این بدان معنی است که نور بیشتری نسبت به حالت “عادی” جذب می شود که در انتهای آبی طیف قرار دارد. این بدان معناست که نور منعکس شده از طلا دارای رنگ آبی و بنفش کمتری است که به طلا رنگ زرد می‌دهد.
طلای واکنش ناپذیر
نظریه نسبیت فقط بر رنگ فریبنده طلا تأثیر نمی‌گذارد. همچنین بر توانایی و ناتوانی آن در واکنش با مواد دیگر تأثیر می گذارد.
طلا فقط یک الکترون در لایه بیرونی خود دارد (طبق مدل ساده بور)، که باید آن را بسیار واکنش پذیر کند (کلسیم یا لیتیوم را در نظر بگیرید). از آنجایی که طلا اتم بسیار سنگین یا سنگینی است، این الکترون ها به هسته نزدیک تر هستند. این به این معنی است که الکترون‌ها کمتر تحت تأثیر اتم‌های دیگر قرار می‌گیرند، زیرا احتمال بیشتری دارد که با الکترون‌های طلای خود در نزدیکی هسته قرار بگیرند.
الکترومغناطیس
الکترومغناطیس ها از طریق نسبیت کار می کنند. هنگامی که جریان DC از یک سیم عبور می کند، ماده رسانا از نظر الکتریکی خنثی است و بار مثبت یا منفی ندارد. حالا بیایید سیم مشابه دیگری را در کنار سیم اول قرار دهیم.
با فرض حرکت جریان ها و قدرت یکسان، در یک جهت، الکترون های سیم اول، الکترون های سیم دوم را بی‌حرکت می بینند. از دیدگاه الکترون‌ها، پروتون‌های هر دو سیم در حال حرکت به نظر می‌رسند. به دلیل انقباض طول نسبیتی، به نظر می رسد که فاصله آنها نزدیکتر است، بنابراین بار مثبت به ازای هر طول سیم بیشتر از بار منفی است. از آنجایی که مانند بارها دفع می شود، دو سیم نیز دفع می شوند.
ماجرای جیوه
جیوه نیز مانند طلا اتمی بسیار سنگین است. همانطور که در مورد طلا، الکترون‌ها نزدیکتر به هسته نگه داشته می‌شوند (و در نتیجه سرعت و جرم بیشتری نسبت به آنچه انتظار می‌رفت دارند). این بدان معنی است که پیوندهای بین اتمی به اندازه کافی ضعیف هستند که جیوه نقطه ذوب پایینی نسبت به سایر فلزات داشته باشد و بنابراین در حالت مایع یافت شود.
تلویزیون قدیمی و کاربرد نظریه نسبیت آلبرت انیشتن
تلویزیون‌های قدیمی‌تر دارای فناوری به نام لوله پرتو کاتدی هستند. این لوله‌ها با شلیک الکترون ها به سطح فسفر با استفاده از آهنربای بزرگ کار می‌کنند. هر الکترون برابر با یک پیکسل روشن روی صفحه است. این الکترون ها با حدود 30 درصد سرعت نور حرکت می کنند. این از جذاب‌ترین کاربرد نظریه نسبیت آلبرت انیشتن است.
نور
اسحاق نیوتن فکر می کرد مکان خاصی در جهان هست که حرکت نمی کند. اگر حق با او بود، پس چیزهایی مانند مغناطیس و نور نباید وجود داشته باشند. به گفته اندرو مور از کالج پومونا، اگر محدودیتی برای سرعت تغییرات میدان های الکتریکی وجود نداشت (همانطور که نیوتن پیشنهاد کرد)، نیازی به چیزهایی مانند مغناطیس و نور نبود.
وجود شما و کاربرد نظریه نسبیت آلبرت انیشتن
تمام جرم منظومه شمسی از یک ابرنواختر قبل از تولد خورشید ما به وجود آمده است. ما فرزندان این ستاره مرده هستیم و تمام اتم های سنگین تر در ابرنواخترها ایجاد و ساخته می شوند.
ابرنواخترها زمانی رخ می دهند که اثرات نسبیتی بر اثرات کوانتومی در ستارگان بزرگ غلبه کند. لایه های بیرونی یک ستاره روی هسته فرو می ریزندT سپس منفجر می شود و عناصری سنگین تر از آهن ایجاد می‌کند؛ یعنی تقریباً تمام عناصر سنگینی که امروزه با آنها آشنا هستیم.
نیروی هسته ای و نور خورشید
از نیروگاه های هسته‌ای گرفته تا خورشید خود ما، E=MC2 پدیده جرم و انرژی را توصیف می کند که به یکدیگر متصل و قابل تبدیل هستند. بدون صحت این معادله ما انرژی هسته‌ای و مهمتر از آن نور خورشید نداریم.
منبع: Interesting Engineering