相對論在生活的運用有那些,愛因斯坦的相對論在日常生活中有哪些實際的用處

時間 2021-08-30 09:23:51

1樓:情投意合張老師

相對論是20世紀最著名的科學理論之一,但它能在多大程度上解釋我們在日常生活中看到的事物呢?

相對論於2023年由阿爾伯特·愛因斯坦提出,它認為物理定律在任何地方都是一樣的。該理論解釋了物體在時空中的行為,它可以用來**一切,包括從黑洞的存在,到重力導致光的彎曲,再到水星的軌道行為。

這個理論看起來好像很簡單。第一,世上沒有「絕對」的參照系。每次當你測量乙個物體的速度,或者它的動量,或者它如何經歷時間的時候,它總是和其他的東西有關。

第二,不管是誰測量光速,或者測量光速的人速度得有多快,光速都是恆定的。第三,沒有什麼能比光速更快。

愛因斯坦最著名的理論有著深遠的意義。如果光速是恆定的話,這就意味著乙個相對於地球來說運動速度非常快的太空人,在測量秒數速度的時候將會比在地球上的測量者經歷更長的時間——對太空人來說,時間實際上變慢了,這一現象被稱為時間膨脹。

大重力場中的任何物體都在加速,所以這些物體也會經歷時間膨脹。與此同時,太空人的宇宙飛船也將經歷長度收縮,這意味著如果你在飛船飛過時給它拍張**,它看起來就會像在運動方向上被「壓扁」了。然而,對太空人來說,一切似乎都很正常,此外,從地球人的角度來看,宇宙飛船的質量似乎會增加。

但想要看到這種相對論效應,你並不一定需要一艘能夠以接近光速的速度執行的宇宙飛船。事實上,我們可以在日常生活中看到相對論的一些例子,我們今天使用的技術也證明愛因斯坦是正確的,下面就是我們能夠看到相對論的一些方式。

電磁鐵磁力是一種相對論效應,如果你現在正在用電的話,你可以感謝一下相對論,因為沒有相對論就不會有發電機。

如果你把一圈導線穿過磁場,導線中就會產生電流。導線中的帶電粒子會受到不斷變化的磁場影響,磁場迫使其中一些帶電粒子移動就會產生電流。

但現在想象有一條靜止的導線,這次移動的是磁鐵,在這種情況下,導線中的帶電粒子(電子和質子)不再運動,按理說磁場不應該影響它們才對,但導線中依然有電流存在,這表明參考框架並不是絕對的。

加州克萊蒙特波莫納學院(pomona college)的物理學教授托馬斯•摩爾(thomas moore)利用相對論原理,證明了法拉第定律(faraday』s law)的正確性。法拉第定律認為,不斷變化的磁場會產生電流。

摩爾說:「由於這是變壓器和發電機的核心原理,所以任何用電的人都在體驗著相對論帶來的好處。」

電磁鐵也通過相對論起作用。當直流電(dc)通過導線時,電子就在物質中流動。通常情況下,導線看起來是電中性的,沒有淨正電荷或負電荷,這是質子(正電荷)和電子(負電荷)數量相同的結果。

但是,如果你在它旁邊放另一根帶直流電的導線,導線會相互吸引或排斥(這取決於電流的方向)。

如果電流沿同一方向運動,第一根導線上的電子就會認為第二根導線上的電子是靜止的。(假設電流的強度大致相同)。同時,從電子的角度來看,兩根導線中的質子看起來都在運動。

由於相對論性的長度收縮,它們之間的距離也似乎更近,所以每根導線的正電荷比負電荷多。由於同性電荷相斥,這兩根電線也會相斥。

而相反方向的電流則會在兩根導線之間產生引力,因為從第一根導線的角度看,另一根導線上的電子更密集,產生淨負電荷,與此同時,第一根導線中的質子產生淨正電荷,相反的電荷就會相互吸引。

全球定位系統

為了讓你汽車的gps導航功能可以正常地準確工作,衛星必須要利用到相對論效應。這是因為即使衛星沒有以接近光速的速度移動,但它們的速度仍然相當快,同時衛星也在向地球上的地面站傳送訊號。由於重力作用,這些地面站(以及你車裡的gps裝置)的加速度都比軌道上的衛星要高。

為了獲得精確的精度,衛星使用的時鐘精確到十億分之一秒(納秒)。由於每顆衛星在地球上方12,600英里(20,300公里)的高空以每小時約6,000英里(10,000公里/小時)的速度移動,所以每天大約會有4微秒的相對論性時間膨脹。加上重力的影響,這個數字會上公升到7微秒。

也就是7000納秒。

這些差別是非常真實的:如果不考慮相對論效應的話,乙個gps裝置在今天會告訴你到下乙個加油站只有半英里(0.8公里)的距離,但是在僅僅一天之後它就會改口說成有5英里(8公里)遠。

2樓:艾伯史密斯

相對論是比牛頓力學更深刻的科學理論,一般我們認為,只有在高速運動下相對論效應才明顯;實際上,在我們日常生活中,就有一些現象,本質上只有加上相對論才能夠得到完美解釋。

**的顏色

**是一種稀有金屬,高純度的**呈發亮的金黃色,其實**的顏色中就隱藏著相對論。

金屬的最外層電子數通常較少,容易丟失形成自由電子,電子在不同能級間的躍遷也頻繁,當外界光子撞擊金屬時,光子會被金屬吸收後重新發射出來,其中對可見光波長的反射最為明顯,所以絕大部分金屬呈現出金屬光澤。

金是第79號化學元素,有6個電子層,電子排布分別是2-8-18-32-18-1,金屬於重原子,內層電子的經典繞核速度非常快(達到了光速的65%),以至於內層電子的相對論質增效應非常明顯。

導致的結果就是電子軌道稍微向內收縮,相鄰電子軌道間的能帶間隙降低,其中金原子核外電子的第5層和第6層能帶間隙降低到大約2.4ev,對應可見光中的藍色波段,當可見光照射到金原子上時,藍色光容易被吸收,而藍色的互補色是黃色,所以金塊會呈現金黃色;也正是因為電子軌道更加靠近原子核,所以金的化學性質非常穩定。

電磁鐵的本質

根據麥克斯韋方程組,電能生磁,磁也能生電,這是經典力學描述電和磁之間的相互關係,但僅限於表面現象,更深層的機制其實可以用相對論來解釋。

我們知道,在通電導線周圍會產生磁場,帶電粒子在磁場中做切割磁感線的運動會受到洛倫茲力,通常情況下, 導線中帶正電荷的原子核,與帶負電荷的電子會相互抵消電荷淨值,對外不顯電性。

當導線中的電子定向移動,外部電荷也相對於導線做軸向運動時,在外部電荷的參考係看來,導線是向左移動的,導線內部的正電荷也隨著導線向左運動,這時候就得考慮相對論尺縮效應,導致的結果就是給定導線空間內的正電荷密度大於負電荷密度,導線的淨電荷不為零,此時就會對外界的帶電粒子產生庫侖力,如果是兩條同向導線通電就會相互排斥。

不止是電磁鐵,一切有關磁的現象,本質上都可以用相對論來進行解釋,磁力的溯源最終都是庫侖力,所以電和磁本身就是統一的,我們解釋為磁力還是庫侖力,其實取決於我們所處的參考係。

有人可能會說,對於導線中電流來說,電子定向移動的速度只有每秒幾公釐~幾厘公尺,遠遠低於光速,怎麼可能會有這麼明顯的相對論效應?

其中的原因在於,庫侖力的強度非常大,相對強度是萬有引力的10^37倍,我們把1千克氫原子中的質子和電子完全分開,放到相距30厘公尺的地方,它們之間的吸引力將和地球對月球的萬有引力相當;所以即便導線中自由電子的運動速度很慢,但是庫侖力足以引起明顯的相對論效應。

汞在常溫下呈液態

汞的熔點只有-39℃,是所有金屬當中最低的,常溫下呈液態,這當中其實也包含了量子力學和相對論。

前面我們提到金(79號元素)的最外層電子數為1,而汞是第80號元素,最外層電子數是2。對於金來說,6s軌道上的電子數未滿,需要和相鄰原子共享最外層電子,導致金的熔點很高。

而汞的6s軌道上電子數滿了,與金原子一樣,汞的電子軌道也因為相對論效應發生了收縮,6s軌道降低,使得6s軌道距離下乙個6p軌道變遠,其結果就是汞的6s軌道電子異常穩定,難以和相鄰原子發生相互作用,導致汞的熔沸點非常低。

全球定位系統

衛星定位想要獲得足夠的精度,其衛星使用的時鐘必須非常精確,精確到納秒級別(十億分之一秒),同步軌道定位衛星以每秒3公里的速度繞地球運轉,每天的相對論時間膨脹大約是4微秒,如果不加以修正,每天定位產生的累計誤差將達到8公里。

所以全球定位系統(包括中國的北斗,美國的gps等等)是離不開相對論的,這也是我們在日常生活中,接觸相對論最直接的地方。

3樓:夕振英業媼

相對論在現實中當然有應用

1.gps導航系統(只有這項跟普通生活有關)2.大地重力測量

3.高能粒子加速器

4.天體執行軌道的計算

愛因斯坦的相對論在日常生活中有哪些實際的用處???

4樓:在千絲巖思索的超人

愛因斯坦相對論包括狹義相對論和廣義相對論。它們主要描述高速世界和大尺度宇宙結構。儘管如此,在現實生活中,我們也能感受到應用這些理論的影子。

我們只舉乙個例子吧。如果沒有相對論,全球定位系統就不能存在,那麼我們現在在汽車中所用的gps也就不會有了。愛因斯坦的狹義相對論表明,時間在人造衛星裡會過得比較慢,因為它們的運動速度比地面接收器快得多。

然而,另一方面,愛因斯坦的廣義相對論又指出,由於高度引起的引力衰減將加快人造衛星的時間流逝速度。這兩種效應都會對太空中的時鐘產生影響。為了保持全球定位系統的精確,工程師們必須按照相對論的計算,調整衛星內部的時鐘。

所以看起來,相對論與我們的日常生活還是有關係的。

5樓:

沒用。因為相對論建立在高速、高壓的基礎上,我們的生活環境不是這樣的。這也是為什麼相對論提出後我們沒完全推翻牛頓三大定律的原因,因為牛頓三大定律是相對論的特殊情況,可以解釋「特殊」情況下的現象,而我們的地球屬於這種特殊情況。

6樓:匿名使用者

理論上的東西,包括很多理論,現在都還沒準確證實,因為做實驗基本上是不可能的。生活中只能想象一下

7樓:

有用呀比如說在現實生活中一些比較重要的物種或是其他有價值的東西想讓他的壽命增強,就可以適當的考慮用到

愛因斯坦的理論

8樓:

沒有~但如果你平時在乙個引力非常大的地方工作或你走路的速度接近光速那另談

9樓:有一科普

相對論我們都很清楚,在幫助我們探索宇宙中提供了很大的幫助,那麼有小夥伴會問,這個狹義相對論提出的觀點在如今生活是否用實際應用到呢?

相對論的在實際生活中的應用,舉例說明

10樓:匿名使用者

遠離的鐘聽起來變慢。接近聲速,鐘聽起來停止。

11樓:手機使用者

gps中的定位(x,y,z,t時間)中的時間座標可能因為延遲0.000073秒而產生很大誤差,因為是光速。

愛因斯坦的相對論,愛因斯坦的相對論

聞哥愛科學 就是拋棄絕對時間的觀念,重新對運動進行描述 時間和空間的測量結果在不同的參考係裡是不一樣的,運動的鍾會變慢,運動的棒會縮短,運動的物體質量會變大,光速在所有的參考係裡都一樣,光速最大,這就是狹義相對論的內容 愛因斯坦的相對論是什麼? 宇宙觀察 物理學是怎樣從牛頓時代,跨進愛因斯坦時代的 ...

求愛因斯坦的相對論(狹義相對論和廣義相對論)

冒牌筆仙 狹義相對論是由愛因斯坦在洛侖茲和龐加萊等人的工作基礎上創立的時空理論,是對牛頓時空觀的拓展和修正。愛因斯坦以光速不變原理出發,建立了新的時空觀。進一步,閔科夫斯基為了狹義相對論提供了嚴格的數學基礎,從而將該理論納入到帶有閔科夫斯基度量的四維空間之幾何結構中。光速不變原理 真空中的光速對任何...

愛因斯坦的相對論

你每秒10公尺的速度是從那裡來的?假如宇宙中沒有任何參照系,你怎麼知道你的速度是10公尺 秒?你是相對地面10為 秒對吧?可是你算沒算地面是以什麼速度運動啊?按地球一天一轉算叫坐地日行八萬里。每秒多少公尺呢?每秒就400多公尺呢,你把這麼大的大頭給忽略了。然後你再算算地球繞太陽轉每秒多少公尺,再算算...