Albert Einstein me llullë
Kredit: Keystone/Hulton Archive/Getty
Jesse Emspak, Live Science Contributor | 14 mars 2017
Implikime të thella
Relativiteti është një nga teoritë më të famshme shkencore të shekullit të 20-të, por sa mirë i shpjegon gjërat që shohim në jetën tonë të përditshme?
Formuluar nga Albert Einstein në 1905, teoria e relativitetit është nocioni se ligjet e fizikës janë të njëjta kudo. Teoria shpjegon sjelljen e objekteve në hapësirë dhe në kohë dhe mund të përdoret për të parashikuar gjithçka nga ekzistenca e vrimave të zeza, në lakimin e dritën për shkak të gravitetit, deri në sjelljen e planetit Merkur në orbitën e tij.
Teoria është thjeshtë disi e pakapshme. Së pari, nuk ka një kuadër referimi “absolut”. Çdo herë që matni shpejtësinë e një objekti, ose momentin e tij, ose si përjeton kohën, gjithmonë është në lidhje me diçka tjetër. Së dyti, shpejtësia e dritës është e njëjtë pa marrë parasysh se kush e mat atë ose sa shpejt personi që mat atë është duke shkuar. Së treti, asgjë nuk mund të shkojë më shpejt se sa drita. [Fizika e shtrembëruar: 7 gjetje që të luajnë mendsh]
Implikimet e teorisë më të famshme të Ajnshtajnit janë të thella. Nëse shpejtësia e dritës është gjithmonë e njëjtë, kjo do të thotë se një astronaut që shkon shumë shpejt në krahasim me Tokën do të matë sekuencat që kalojnë më ngadalë se një vëzhgues tokësor, kjo do të ngadalësojë në thelb astronautin, një fenomen i quajtur dilatim kohor.
Çdo objekt në një fushë të gravitetit të madh po përshpejton, kështu që do të përjetojë edhe zgjerimin e kohës. Ndërkohë, anije kozmike e astronautëve do të përjetojë tkurrjen e gjatësisë, që do të thotë se nëse keni marrë një pasqyrë të anijes se si fluturoi ajo, ajo do të dukej sikur ajo ishte “squished” (shembur) në drejtim të lëvizjes. Për astronautët në bord, megjithatë, e gjitha kjo do të dukej normale. Përveç kësaj, masa e anijes kozmike duket se rritet nga pikëpamja e njerëzve në Tokë.
Por ju nuk keni domosdoshmërisht nevojë për një zmadhim afër shpejtësisë së dritës, për të parë efektet relativiste. Në fakt, ekzistojnë disa raste të relativitetit që mund t’i shohim në jetën tonë të përditshme, madje edhe teknologjitë që përdorim sot, tregon se Ajnshtajni kishte të drejtë. Këtu janë disa mënyra që ne e shohim relativitetin në veprim.
Pjesa 1 – Elektromagnetët
Kredit: long8614 | Shutterstock.com
Magnetizmi është një efekt relativist, dhe nëse përdorni energji elektrike, mund të falenderoni relativitetin për faktin që gjeneratorët punojnë ndopak.
Nëse merrni një rreth të telit dhe e lëvizni atë nëpër një fushë magnetike, do të gjeneroni një rrymë elektrike. Grimcat e ngarkuara në tel janë të prekura nga fusha magnetike që ndryshon, gjë që i detyron disa prej tyre të lëvizin dhe të krijojnë korrent.
Por tani, fikso telat diku dhe imagjinoni magnetin që është duke lëvizur. Në këtë rast, grimcat e ngarkuara në tel (elektronet dhe protonet) nuk po lëvizin më, kështu që fusha magnetike nuk duhet t’i prekë ato. Por kjo ndodh në fakt, dhe një korrent ende rrjedh. Kjo tregon se nuk ka kornizë referimi të privilegjuar.
Thomas Moore, një profesor i fizikës në Kolegjin Pomona në Claremont të Kalifornisë, përdor parimin e relativitetit për të demonstruar pse ligji i Faraday, i cili thotë se një fushë magnetike në ndryshim krijon një rrymë elektrike, është e vërtetë.
“Meqenëse ky është parimi bazë i transformatorëve dhe gjeneratorëve elektrikë, kushdo që përdor energjinë elektrike, i përjeton efektet e relativitetit“, thotë Moore.
Elektromagnetët punojnë nëpërmjet relativitetit. Kur një rrymë e drejtpërdrejtë (DC) e ngarkesës elektrike rrjedh përmes një teli, elektronet shkojnë përmes telit. Zakonisht telat do të duken neutrale nga pikëpamja elektrike, pa asnjë pagesë neto pozitive ose negative. Kjo është një pasojë e të pasurit për të njëjtin numër të protoneve (ngarkesa pozitive) dhe elektroneve (ngarkesa negative). Por, nëse vendosni një tel tjetër pranë tij me një rrymë DC, telat tërheqin ose sprapsin njëri-tjetrin, varësisht se nga cili drejtim po lëviz. [9 fakte interesante rreth Magnetit]
Duke supozuar se rrymat lëvizin në të njëjtin drejtim, elektronet në telat e parë e shohin elektronin në telat e dytë si të palëvizshëm. (Kjo supozon se rrymat kanë të njëjtën forcë). Ndërkohë, nga perspektiva e elektroneve, protonet në të dy telat duken sikur lëvizin. Për shkak të tkurrjes së gjatësisë relativiste, ato duken se janë më të ngushtë, prandaj ka më shumë ngarkesë pozitive për gjatësinë e telit, se ngarkesa negative. Përderisa ngarkesat e njëjta shtyhen, të dy telat sprapsen gjithashtu.
Rrymat në drejtimet e kundërta rezultojnë në tërheqje, sepse nga këndi i telit të parë, elektronet në tela të tjerë janë më të ngarkuar së bashku, duke krijuar një ngarkesë negative neto. Ndërkohë, protonët në telat e parë po krijojnë një ngarkesë pozitive neto dhe tërheqin ngarkesat e kundërta.
Pjesa 2 – Sistemi Global i Pozicionimit (GPS)
Kredit: NASA
Në mënyrë që navigacioni GPS i makinës suaj të funksionojë me saktësinë që ka, satelitët duhet të marrin parasysh efekte relativiste. Kjo për shkak se edhe pse satelitët nuk po lëvizin në ndonjë gjë afër shpejtësisë së dritës, ato ende po shkojnë shumë shpejt. Satelitë gjithashtu po dërgojnë sinjale për stacionet tokësore në Tokë. Këto stacione (dhe njësia GPS në makinën tuaj) po përjetojnë të gjitha përshpejtimet më të larta për shkak të gravitetit, sesa satelitët në orbitë.
Për të arritur këtë saktësi të madhe, satelitët përdorin orë që janë të sakta në disa miliardë sekonda (nanosekonda). Meqenëse çdo satelit është 12.600 milje (20.300 kilometra) mbi Tokë dhe lëviz rreth 6.000 milje në orë (10.000 km/h), ekziston një zgjerim relativist i kohës, që prek rreth 4 mikrosekonda çdo ditë. Shtoni edhe efektet e gravitetit dhe shifra shkon deri në rreth 7 mikrosekonda. Kjo është 7,000 nanosekonda.
Dallimi është shumë real: nëse nuk janë llogaritur efektet relativiste, një njësi GPS që ju tregon se është një gjysmë milje (0.8 km) në stacionin e ardhshëm të benzinës, do të ishte vetëm 5 milje (8 km) pas vetëm një ditë. [10 shpikjet kryesore, që ndryshuan botën]
Pjesa 3 – Ngjyra e verdhë e arit
Kredit: optimarc | Shutterstock.com
Shumica e metaleve janë të shkëlqyeshme sepse elektronet në atome kërcejnë nga nivele të ndryshme të energjisë, ose “orbitale”. Disa fotone që godasin metalin absorbohen dhe riemertohen, megjithëse në një gjatësi më të gjatë të valës. Drita më e dukshme, megjithatë, vetëm reflektohet.
Ari është një atom i rëndë, kështu që elektronet e brendshme po lëvizin aq shpejt sa rritja relativiste në masë është e rëndësishme, si dhe tkurrja e gjatësisë. Si rezultat, elektronet po rrotullohen rreth bërthamës në shtigje më të shkurtra, me më shumë vrull. Elektronet orbitale të brendshme mbajnë energji, që është më afër energjisë së elektroneve të jashtëm dhe gjatësitë e valëve që absorbohen dhe reflektohen janë më të gjata. [Sinister Sparkle Gallery: 13 gurë të çmuar misterioze dhe të mallkuar]
Gjatësitë e valëve më të gjata të dritës do të thotë që disa pjesë nga drita e dukshme, që zakonisht do të reflektohen, do të thithen dhe se drita është në fundin blu të spektrit. Drita e bardhë është një përzierje e të gjitha ngjyrave të ylberit, por në rastin e arit, kur drita absorbohet dhe riemëtohet, gjatësitë e valës janë zakonisht më të gjata. Kjo do të thotë që përzierja e valëve të lehta, që shohim kanë tendencë të kenë më pak blu dhe vjollcë në të. Kjo bën që ari të shfaqet me ngjyrë të verdhë në nuancë, meqenëse drita e verdhë, portokalli dhe e kuqe është me një gjatësi vale më të gjatë sesa ajo blu.
Pjesa 4 – Ari nuk ndryshket lehtë
Kredit: Imazh i copave të arit via Shutterstock.com
Efekti relativist në elektronet e arit është gjithashtu një arsye, që metali nuk ndryshket ose nuk reagon lehtësisht me ndonjë gjë tjetër.
Ari ka vetëm një elektron në guaskën e tij të jashtme, por ende nuk është aq reaktiv sa kalçiumi ose litiumi. Në vend të kësaj, elektronet në ar, duke qenë “më të rënda” se sa duhet të jenë, mbahen të gjitha pranë bërthamës atomike. Kjo do të thotë që elektroni më i jashtëm nuk ka të ngjarë të jetë në një vend, ku mund të reagojë me çdo gjë – është po aq e mundshme, që të jetë ndër elektronet e tjerë që janë afër bërthamës.
Pjesa 5 – Merkuri (zhiva) është lëng
Kredit: MarcelClemens | Shutterstock.com
Ngjashëm me arin, merkuri është gjithashtu një atom i rëndë, me elektronet që mbahen afër bërthamës, për shkak të shpejtësisë së tyre dhe rritjes konsistente në masë. Me zhivën, lidhjet midis atomeve të saj janë të dobëta, kështu që merkuri shkrihet në temperatura të ulëta dhe zakonisht është likuid kur e shohim.
Pjesa 6 – TV-ja juaj e vjetër
Kredit: Andrii Malysh | Shutterstock.com
Vetëm disa vite më parë shumica e televizioneve dhe monitorëve i kishin ekranet me tuba me rreze katodë. Një tub me rreze katodë punon duke gjuajtur elektronet në një sipërfaqe të fosforit me një magnet të madh. Çdo elektron e bën një piksel të ndezur kur godet mbrapa ekranit. Elektronet gjuhen jashtë për të bërë lëvizjen si foto deri në 30 për qind të shpejtësinë e dritës. Efektet relativiste janë të dukshme, dhe kur prodhuesit e formësuan magnetin, ata duhej t’i merrnin parasysh këto efekte.
Pjesa 7 – Drita
Kredit: Caltech/SSC/J. Rho dhe T. Jarrett dhe NASA/CXC/SSC/J. Keohane et al.
Nëse Isaku Njutoni kishte të drejtë në supozimin se ekziston një kornizë absolute pushimi, ne do të duhet të dalim me një shpjegim tjetër për dritën, sepse nuk do të ndodhte fare.
“Jo vetëm që magnetizmi nuk do të ekzistonte, por drita nuk do të ekzistonte, sepse relativiteti kërkon që ndryshimet në një fushë elektromagnetike të lëvizin me një shpejtësi të kufizuar, në vend që të ndodhin menjëherë,” thotë Moore, nga Kolegji Pomona. “Nëse relativiteti nuk e zbatonte këtë kërkesë … ndryshimet në fushat elektrike do të komunikoheshin menjëherë … në vend të valëve elektromagnetike, dhe si magnetizmi ashtu edhe drita do të ishin të panevojshme“.
Shkrimi në origjinal:
[ 8 Ways You Can See Einstein’s Theory of Relativity in Real Life ]
