相対性理論は、100 年以上前にアルバート アインシュタインによって発明され、物理学で最も有名な理論の 1 つです。光の速度と時空が関係するその複雑さは、決して目に見えるものではないと思うかもしれません。 しかし、実際にはそれはそれほど難しいことではなく、私たちの日常生活の中で見ることができます。以下の日常生活における相対性理論の 6 つの例をご覧ください。
1- 磁気
はい、磁気は相対性理論のおかげでのみ可能であり、アインシュタインが 1 世紀前に正しかったことを証明する最も簡単な現象の 1 つです。しかし、冷蔵庫の磁石でこれを観察するにはどうすればよいでしょうか?
時間が相対的であると考えると、光速に近い 2 人が磁気を観察すると 2 つの異なる現象が見えることになります。1 人には磁場が、もう 1 人には電場が見えます。両方は相関関係にあり、単一の参照点はありません。それは相対的なものです。
2 – GPS
GPS デバイスは現在すでに非常に普及しており、ほとんどのスマートフォンに搭載されています。しかし、相対性理論の運用には相対性理論の影響を考慮する必要があることをご存知ですか?
GPS 位置は、地球を周回する衛星とデバイス間の応答時間に基づいて計算されます。問題は、これらの衛星が地球上空 2 万キロメートルの高さにあり、地上局や測位装置に比べて重力の影響がはるかに小さいことです。
これに、軌道上の衛星の移動速度 10,000 km/h を加えると、私たちとの違いは約 7 マイクロ秒になります。小さいように思えるかもしれませんが、この時間の変動は、GPS 位置に毎日 10 キロメートルの差があることを意味します。したがって、宇宙にあるすべてのデバイスには、地球の時間に適応する正確なタイマーが備わっています。
3 – 原子力
相対性理論のもう一つの証明は、私たちの日々の半分以上に存在します。地球上の他の原子力発電所と同様、太陽の明るさとエネルギーは相対性理論の効果によって存在します。
アインシュタインの理論は、核分裂によって実際に証明されています。核分裂では、原子が異なる質量の 2 つの粒子に分裂するように、少量の質量で大量のエネルギーが得られます。これらと同じ反応が太陽の表面にも存在し、私たちが使用するエネルギーの原因となっています。
4 – 古い真空管テレビの仕組み
古いテレビは、英国の陰極線管に由来する、一般に CRT と呼ばれるテクノロジーを使用して動作しました。基本的に、電子は画面の裏側で高速 (光の速度の約 30%) で発射され、個々のピクセルが見えるようになります。
相対性理論の影響が考慮されていない場合、電子にはピクセルを正しい位置に投影できないほどの誤差が生じるため、メーカーはテレビを発明する際にこれらの影響を考慮する必要がありました。
5 – 金は金だ
相対性理論の影響が存在しなければ、金はおそらくもっと青かったでしょう。しかし、なぜ？金は重い原子であるため、最も内側の殻内の電子は通常よりもはるかに速く移動します。
アインシュタインの公式を考慮すると、より短い距離での速度の増加（層が近づくにつれて原子核を周回する距離が減少します）は運動量の増加につながり、その結果、この電子のエネルギーと質量の増加につながります。
これらの電子のエネルギーは外層の電子のエネルギーに近くなり、その結果、私たちの目には黄色、オレンジ、赤の色に対応する、より大きな光波の吸収と反射が生じます。相対性理論の影響がなければ、波は短くなり、青みがかった色や紫色が生成されます。
6 – 水銀は液体です
金に独特の色があるのと同じ理由で、自然界では水銀が液体の状態で見つかります。前の場合と同様に、この金属は重原子であり、その電子は原子核の近くで同じ加速を受けることがわかりました。
電子の質量とエネルギーの増加により、それら自身の原子間の結合が弱くなります。化学元素である水銀自体の間のこの弱い結合により、水銀が液体になります。