Einstein’ın Görelilik Teorisini Gerçek Hayatta Görmenin 8 Yolu
Görelilik, 20. yüzyılın en ünlü bilimsel teorilerinden biridir, ancak günlük hayatımızda gördüklerimizi ne kadar iyi açıklıyor?
Derin etkiler
1905’te Albert Einstein tarafından formüle edilen görelilik teorisi, fizik kanunlarının her yerde aynı olduğu fikridir. Teori, nesnelerin uzay ve zamandaki davranışını açıklar ve kara deliklerin varlığından, yerçekimine bağlı ışığın bükülmesine, Merkür gezegeninin yörüngesindeki davranışına kadar her şeyi tahmin etmek için kullanılabilir.
Teori aldatıcı bir şekilde basittir. İlk olarak, “mutlak” bir referans çerçevesi yoktur. Bir nesnenin hızını veya momentumunu veya zamanı nasıl deneyimlediğini her ölçtüğünüzde, her zaman başka bir şeyle ilişkilidir. İkincisi, ışık hızı, onu kimin ölçtüğü veya ölçen kişi ne kadar hızlı gittiği önemli değil. Üçüncüsü, hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez.
Einstein’ın en ünlü teorisinin sonuçları derin. Işık hızı her zaman aynıysa, bu, Dünya’ya göre çok hızlı giden bir astronotun, geçen saniyeleri Dünya’ya bağlı bir gözlemcinin yapacağından daha yavaş ölçeceği anlamına gelir – zaman, astronot için esasen yavaşlar, bu fenomen, zaman genişlemesi.
Büyük bir yerçekimi alanındaki herhangi bir nesne hızlanıyor, bu nedenle zaman genişlemesi de yaşayacaktır. Bu arada, astronotun uzay gemisi boy kısalması yaşayacaktır, bu da uzay aracının uçarken resmini çekerseniz, hareket yönünde “ezilmiş” gibi görüneceği anlamına gelir. Ancak gemideki astronot için her şey normal görünüyordu. Ek olarak, uzay gemisinin kütlesi Dünya’daki insanların bakış açısından artıyor gibi görünüyordu.
Ancak göreceli etkileri görmek için ışık hızına yakın bir zum yapan bir uzay gemisine ihtiyacınız yok. Aslında, günlük hayatımızda görebildiğimiz birkaç görelilik örneği ve hatta bugün kullandığımız teknolojiler bile Einstein’ın haklı olduğunu gösteriyor. İşte göreliliği eylem halinde görmemizin bazı yolları.
Elektromıknatıslar
Manyetizma göreceli bir etkidir ve elektrik kullanıyorsanız, jeneratörlerin çalıştığı için göreliliğe teşekkür edebilirsiniz.
Bir tel halkası alır ve onu manyetik bir alandan geçirirseniz, bir elektrik akımı üretirsiniz. Teldeki yüklü parçacıklar değişen manyetik alandan etkilenir, bu da bazılarını hareket etmeye zorlar ve akımı oluşturur.
Ama şimdi, telin hareketsiz olduğunu hayal edin ve mıknatısın hareket ettiğini hayal edin. Bu durumda, teldeki yüklü parçacıklar (elektronlar ve protonlar) artık hareket etmiyor, bu nedenle manyetik alan onları etkilememelidir. Ama öyle ve bir akım hala akıyor. Bu, ayrıcalıklı bir referans çerçevesi olmadığını gösterir.
Kaliforniya, Claremont’daki Pomona Koleji’nde fizik profesörü olan Thomas Moore, değişen bir manyetik alanın bir elektrik akımı oluşturduğunu belirten Faraday Yasasının neden doğru olduğunu göstermek için görelilik ilkesini kullanıyor.
Moore, “Transformatörlerin ve elektrik jeneratörlerinin arkasındaki temel prensip bu olduğundan, elektrik kullanan herkes göreliliğin etkilerini yaşıyor” dedi.
Elektromıknatıslar da görelilik yoluyla çalışır. Bir elektrik yükünün doğru akımı (DC) bir telin içinden geçtiğinde, elektronlar malzemenin içinde sürüklenir. Normalde tel, net pozitif veya negatif yük olmadan elektriksel olarak nötr görünür.
Bu, aynı sayıda proton (pozitif yük) ve elektrona (negatif yük) sahip olmanın bir sonucudur. Ancak, yanına bir DC akım ile başka bir kablo koyarsanız, akımın hangi yöne hareket ettiğine bağlı olarak teller birbirini çeker veya iter.
Akımların aynı yönde hareket ettiğini varsayarsak, birinci teldeki elektronlar ikinci teldeki elektronları hareketsiz görürler. (Bu, akımların yaklaşık olarak aynı güçte olduğunu varsayar).
Bu arada, elektronların bakış açısından, her iki teldeki protonlar hareket ediyormuş gibi görünür. Göreceli uzunluk daralması nedeniyle, daha yakın aralıklı görünüyorlar, bu nedenle tel uzunluğu başına negatif yükten daha fazla pozitif yük var. Aynı yükler itici olduğu için, iki tel de itilir.
Zıt yönlerdeki akımlar çekiciliğe neden olur, çünkü ilk telin bakış açısından, diğer teldeki elektronlar birlikte daha kalabalıktır ve net bir negatif yük oluşturur. Bu arada, ilk teldeki protonlar net bir pozitif yük oluşturuyor ve zıt yükler çekiyor.
Küresel Konumlandırma Sistemi
Arabanızın GPS navigasyonunun olduğu kadar doğru çalışması için uyduların göreceli etkileri hesaba katması gerekir. Bunun nedeni, uyduların ışık hızına yakın bir hızda hareket etmemelerine rağmen, yine de oldukça hızlı gitmeleridir.
Uydular ayrıca Dünya’daki yer istasyonlarına da sinyaller gönderiyor. Bu istasyonların (ve arabanızdaki GPS biriminin) tümü, yörüngedeki uydulardan daha yüksek ivmelenmeler yaşıyor.
Bu hassasiyeti elde etmek için, uydular saniyenin birkaç milyarda biri (nanosaniye) hassasiyeti olan saatler kullanır. Her bir uydu Dünya’nın 12.600 mil (20.300 kilometre) üzerinde olduğundan ve saatte yaklaşık 6.000 mil (10.000 km / saat) hareket ettiğinden, her gün yaklaşık 4 mikrosaniyeye ulaşan göreceli bir zaman genişlemesi vardır. Yerçekiminin etkilerini de ekleyin ve rakam yaklaşık 7 mikrosaniyeye çıksın. Bu 7.000 nanosaniye.
Aradaki fark çok gerçektir: herhangi bir göreceli etki hesaba katılmamış olsaydı, size bir sonraki benzin istasyonuna yarım mil (0,8 km) olduğunu söyleyen bir GPS ünitesi, yalnızca bir gün sonra 5 mil (8 km) uzakta olacaktır.
Altının sarı rengi
Çoğu metal parlaktır çünkü atomlardaki elektronlar farklı enerji seviyelerinden veya “orbitallerden” atlar. Metale çarpan bazı fotonlar, daha uzun bir dalga boyunda olsa da emilir ve yeniden yayılır. Görünen ışığın çoğu yine de yansıtılır.
Altın ağır bir atomdur, bu nedenle iç elektronlar yeterince hızlı hareket eder ki, uzunluk kısalmasının yanı sıra göreli kütle artışı da önemli. Sonuç olarak, elektronlar çekirdek etrafında daha kısa yollarda ve daha fazla momentumla dönüyor.
İç orbitallerdeki elektronlar, dış elektronların enerjisine daha yakın olan enerjiyi taşır ve soğurulan ve yansıtılan dalga boyları daha uzundur.
Daha uzun ışık dalga boyları, genellikle sadece yansıtılacak olan görünür ışığın bir kısmının emildiği ve bu ışığın spektrumun mavi ucunda olduğu anlamına gelir. Beyaz ışık, gökkuşağının tüm renklerinin bir karışımıdır, ancak altın durumunda, ışık emildiğinde ve yeniden yayıldığında dalga boyları genellikle daha uzundur.
Bu, gördüğümüz ışık dalgalarının karışımının içinde daha az mavi ve mor olma eğiliminde olduğu anlamına gelir. Sarı, turuncu ve kırmızı ışık maviden daha uzun dalga boyuna sahip olduğundan, bu durum altını sarımsı renkte gösterir.
Altın kolayca aşınmaz
Altının elektronları üzerindeki göreli etki, metalin başka herhangi bir şeyle kolayca korozyona uğramamasının veya reaksiyona girmemesinin bir nedenidir.
Altının dış kabuğunda yalnızca bir elektron vardır, ancak yine de kalsiyum veya lityum kadar reaktif değildir. Bunun yerine, olması gerekenden “daha ağır” olan altın elektronların tümü atom çekirdeğine daha yakın tutulur. Bu, en dıştaki elektronun muhtemelen herhangi bir şeyle reaksiyona giremeyeceği bir yerde olmayacağı anlamına gelir – tıpkı çekirdeğe yakın olan diğer elektronlar arasında olması muhtemeldir.
Cıva bir sıvıdır
Altına benzer şekilde, cıva da ağır bir atomdur ve elektronları hızları ve buna bağlı olarak kütle artışları nedeniyle çekirdeğe yakın tutulur. Cıva ile, atomları arasındaki bağlar zayıftır, bu nedenle cıva daha düşük sıcaklıklarda erir ve gördüğümüzde tipik olarak bir sıvıdır.
Eski televizyonunuz
Sadece birkaç yıl önce çoğu televizyon ve monitörde katot ışınlı tüp ekranları vardı. Bir katot ışınlı tüp, elektronları büyük bir mıknatısla fosfor yüzeyine ateşleyerek çalışır. Her elektron, ekranın arkasına çarptığında ışıklı bir piksel oluşturur.
Elektronlar, resmin ışık hızının yüzde 30’una varan oranda hareket etmesini sağlamak için ateşlendi. Göreli etkiler göze çarpıyor ve üreticiler mıknatısları şekillendirdiklerinde bu etkileri hesaba katmak zorunda kaldılar.
Işık
Pomona Koleji’nden Moore, “Sadece manyetizma olmayacak, aynı zamanda ışık da olmayacaktı, çünkü görelilik elektromanyetik alandaki değişikliklerin anlık yerine sonlu bir hızda hareket etmesini gerektiriyor,” dedi.
“Görelilik bu gereksinimi zorunlu kılmasaydı … elektrik alanlarındaki değişiklikler elektromanyetik dalgalar yerine anında iletilirdi ve hem manyetizma hem de ışık gereksiz olurdu.”
Kaynak: Haber Merkezi