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8种日常生活中你可以看到相对论的方式 相对论是20世纪中最有名的的科学理论之一，但在我们的日常生活中哪里可以看得到相对论呢？ 爱因斯坦于1905年所发表的相对论，其概念指的是无论在这宇宙中的何时何地，所有物理法则皆是一样的。其论述不只解释了物体在太空中和时间上的行为，并还可以运用在许多科学假说中。其中，不但可以预测黑洞的存在，或是光在被地心引力影响后的折射方式，还可以预测水星的在其轨道上的公转方式。 相对论的道理其实很简单。第一，宇宙中没有任何绝对的参考系统。举例来说，当你再测量一个物体的动力，速度，或是其与时间的关系，其结果总是还会被其他因素影响。第二，光速是永恒不变的，无论测试的人是谁或是其运行速度有多快。第三，宇宙中没有任何事物能快过光速。 爱因斯坦最著名的相对论有着很深刻的含义。假设说如果光速永恒不变，当一位太空人运动速度快过地球自转的速度，当这位太空人在测量秒速时将会比在地球的人所测量出的秒速慢。因为太空人的速度有多快而时间却相对的变得有多慢，这就是时间膨胀的现象。 任何物体在一个巨大的地心引力磁场中是不停在加速的，所以其也会体验到所谓的时间膨胀。此时，此太空人所驾驶的太空船将会体验到长度收缩。所谓的长度收缩指的是，当你拍下一张运行中太空船的照片，照片中的太空船依其运行的方向会有被压扁的样子。而从太空人的角度看来，太空船则是没有变化的。除此之外，对于从地球上看向太空的人，此太空船的体积则会看起来较大。 但是你其实不需要一个快如光速的太空船来证明相对论。其实，在我们生活周遭就有许多可以证明相对论的事物。即时如今的科技如此发达，爱因斯坦的相对论还是屹立不摇。以下几点就是在我们生活周遭的相对论： 1.全球定位系统 为了能让你车里的全球定位系统尽可能的精确，卫星需要有相对的速度。即使卫星的速度跟光速比还是慢了很多，但还是算快的了。除此之外，卫星还需要发送讯号至地球上的讯号站。因为地心引力的作用，这些讯号都能以比卫星运转更快的速度送达地球上的讯号站（包含你车中的全球定位系统）。 为了能使定位点更为精确，卫星所使用的时钟只有几十亿分之一秒（豪微秒）的误差值。由于每一个卫星距离地球表面大概是20,300公里，所以其所经历相对的时间膨胀大概是一天4微秒（百万分之一秒）。如果在另外加上地心引力的作用，则其所经历的时间膨胀大概是7微秒（等于7,000豪微秒）。 你可以看得出其差别是显而易见的，如果全球定位系统的应用没有考虑到相对论的话，当你的定位系统告诉你下一个加油站是在0.8公里以外，一天下来的所加总的误差可以高达8公里。 2.电磁铁 磁力是一相对的效应，如果你有在有用电，你则应该感谢磁力对于发电机所带来的电力。 当你将一环金属线绕过一具磁场，你则可以生成电流。因为磁场变动的影响，金属线中的代电粒子被迫移动而产生了电流。 想像金属线是静止的而磁铁在移动着，这样的情况下，金属线中的带电粒子（电子和质子）虽然是静止的，但由于磁场是移动的，便会连带影响金属线中的带电粒子而产生电流。这也证明了一开始所提到的：宇宙中没有绝对的参考系统。 加州克莱蒙波莫纳学院的物理教授Thomas Moore运用了相对论验证了法拉第定律(Faraday’s Law)，此定律阐述当磁场移动时会连带的产生电流。 Moore教授提到“由于此两种理论是发明变压器与发电机的原理，因此任何用电之人皆等于亲身体验过相对论的重要”。 电磁铁的应用也是透过相对论而产生的。当直流电通过一金属线，电子则从金属线中流过。通常金属线是电中性的，既不带正电也不带负电。这是因为金属线中含有大概相同数目的质子（正电）和电子（负电）。可是当你放置另一个通了直流电的金属线在它旁边时，根据其电流方向，则会吸引或排斥另一方。 假设其电流是朝同一个方向流动，则对于第一条金属线中的电子而言，第二条金属线中的电子是静止不动的（假是电流强度大致相同）。而此刻，从电子的角度来说，两条金属线中的质子皆是在流动的。由于相对论中的长度收缩原理，质子间的距离会看起来比电子间的距离短，所跳向不同得能量层级或以同样长度的金属线中，正电间的距离的比负电来得长。因为同极相斥，所以此两金属线则会互相排斥。 而方向彼此相反的电流则会互相吸引。从第一条的金属线的角度而言，在另一条金属线上的电子是比较拥挤，所以会产生负电，而此时，在第一条金属线上的质子则会产生正电，则异极相吸。 3.金的反射 大部份的金属拥有闪亮的颜色，这是因为其原子中的电子会跳向不同的能量层级的部分或轨道。某些光子达到金属表面后会被吸收后再以波长较长的可见光重新被发射出来。 金是一个很重的原子，所以其中的自由电子可以大幅度的快速移动相对看上去的体积也增加很多（长度收缩的原理），因此当电子绕着中子旋转时，离中子最近的电子们则产生的动力最大。由于靠近球心的电子承载的能量大概与离圆心最远的电子差不多，而且被金属表面所吸收再放射出的波长则较长。 之所以反射出较的可见光波长较长，是因为某些通常会只被反射的可见光被吸收了，而这些可见光是分布在靠近光谱中蓝色的部分。白光是各色光的组合而成，而对金而言，当照射到它的光被吸收后再反射出来，其波长通常会变长，是因为一般的可见光其实含有比较少的蓝光和紫光，所以金的颜色之所以会看起来接近黄色，是因为可见光中，黄光橘光和红光的波长比蓝光长。 4.金不易被腐蚀的替性 金中电子的相对效应也是其不容易被腐蚀和被外界影响的因素。 今只有一个电子在其原子的外壳，但是其反应还是不比钙和锂来得好。除此之外，金中的电子们因为较重，所以被紧紧包覆在原子核的外围，所以就算是离原子核较远的电子也不太可能与原子外围的元素有所反应。 5.水银是液态的 水银其实跟金差不多，他同样有一个很重的原子，原子内的电子移动速度很快且导致体积的增加，且有很多的电子包覆在其原子核的外围。不过，水银因为与其原子的链结不是很牢固，所以水银的沸点很低，并且大部份是以液态的方式存在着。 6.旧电视 不过在几年前，我们的电视和萤幕都还是用阴极射线管的原理。阴极射线管是从一个大磁铁发射电子到一荧光粉表面上。当电子到达此表面时每一个电子会点亮一个画素，而当电子从被发射到成像时，其速度大概是光速的三分之一。由于相对效应之显著，其电子的速度在制作萤幕。用的磁铁时是重要的考量之ㄧ。 7.光 如果Isaac Newton对于光的微粒说是正确的，则我们无法完全解释光的所有性质。Ponoma学院的Moore教授曾提过：“在相对论中，如果电磁场中的变化是以有限的速度在进行的而不是永恒的，不但磁力不会存在，且光也不会存在。如果相对论不强调电磁场内的互动是永恒的，而却只透过电磁波的特性来看待，则解释磁力和光就是多余的了。” 8.核电厂和超新星 相对论是质量和能量可以互相换算的一个原因，也就是如今核能可以用来发电的原理。另一个重要的效应则是超新星爆炸，也就是大量星体的死亡。 Moore教授说过，“超新星的存在是因为大量星体的中心其相对效应超过了量子效应，于是导致大量的星体在一瞬间被自己的重量压垮而变成一个小多了的中子星。” 在超新星中，在外围的星体往其中心崩塌，而造成了一个巨大的爆炸，在这之间创造了许多比铁还重的元素。事实上，几乎所有我们所熟知的重元素皆是来自超新星。 Moore教授又说，”我们都只是超新星中的星尘，如果相对论不存在，则所有的大星团最终揭只会变成白矮星而永远不会爆发。而我们也不会有机会存在于这个宇宙间思考着这些事。“
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发表于 2017-1-27 19:16