Spørg Scientariet: Hvad har relativitetsteorien egentlig gjort for menneskeheden?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Scientariet: Hvad har relativitetsteorien egentlig gjort for menneskeheden?

Vores læser Mogens Hansen har spurgt:

Man hører så meget om relativitetsteorien, men hvad nytte har den egentlig gjort for menneskeheden? Hvilke praktiske opfindelser knytter sig til den?

Jeg har prøvet at finde et svar på nettet, men har virkelig ikke kunnet finde noget.

Læs også: Verdens mest berømte ligning

Christian Bierlich, MSc, ph.d. fellow på Lund Universitet, Theoretical High Energy Physics, og blogger på ing.dk, svarer:

Relativitetsteorien er fællesbetegnelsen for Albert Einsteins to berømte teorier, der blev formuleret i starten af det 20. århundrede.

Begrebet dækker over den specielle relativitetsteori, der beskriver, hvad der sker, hvis man bevæger sig med hastigheder tæt på lysets hastighed (altså meget hurtigt, lysets hastighed er ca. 300.000.000 m/s), og den generelle relativitetsteori, der beskriver, hvad der sker, hvis man nærmer sig noget med en meget stor tyngdekraft.

Dermed er det ikke umiddelbart klart, hvordan Einsteins teorier påvirker vores dagligdag. Hvis man kigger sig om, er der ikke desto mindre en række fænomener og teknologier, der ikke kan forklares uden relativitetsteorien – jeg vil her komme med et par eksempler.

Læs også: Relativitetsteoriens jubilæum: Den øverste fartgrænse

Effekter af relativitetsteorien

Først må vi forstå, hvad en relativistisk effekt overhovedet er. Ganske kort sagt fortæller relativitetsteorien os, at længder og tider ikke er absolutte størrelser – dvs. det samme, uanset hvem der kigger – men afhænger af vores hastighed i forhold til den lineal, der måler længden, eller det ur, der måler tiden.

Først den specielle relativitetsteori: Hvis jeg har en meterstok, som jeg har skåret til at måle præcis én meter, og jeg derefter sætter den på en rumraket, så den bevæger sig i forhold til mig, så vil meterstokken (for mig) synes kortere end en meter.

Ifølge teorien vil den synes kortere med en faktor

[latex] \sqrt{1 - v^2/c^2} [/latex] hvor v er rakettens hastighed, og c er lysets hastighed. Da lysets hastighed er enormt stor, er det ikke en effekt, vi ser, før v også bliver meget høj.

På samme måde bliver tider kortere. Hvis vi havde sendt et ur sammen med meterstokken, ville vi kunne se forskel på den tid, vi måler, og den tid, uret i rumraketten måler. Her bliver tiden målt i rumraketten længere, denne gang med en faktor

[latex] \frac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} [/latex].

Den generelle relativitetsteori fungerer på samme måde, bare med hastighed byttet ud med tyngdekraft. Sidder man altså et sted uden tyngdekraft og kigger ind i et tyngdefelt på eksempelvis en planet, vil længderne på planeten synes kortere, og tiderne synes længere.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvad betyder relativitetsteorien for programmeringen af satellitter?

GPS-teknologi

Det nok mest benyttede eksempel på relativitetsteoriens effekter er GPS-teknologi. GPS fungerer på den måde, at man i en række satellitter har placeret meget præcise atomure. Satellitterne ved derfor med stor præcision, hvad klokken er, og også hvor de er.

Denne information sendes til GPS-modtagere i biler, fly, telefoner osv., der bruger informationen til at regne ud, hvor de selv befinder sig.

Denne udregning beror på tidsforskellen fra signalet blev sendt fra satellitten, til det blev modtaget, den såkaldte time-of-flight. Men da satellitten bevæger sig med en høj hastighed i forhold til os, er man nødt til at korrigere denne tid ved hjælp af den specielle relativitetsteori.

For at det ikke skal være løgn føler satellitten også en anden tyngdekraft end os, da den jo befinder sig længere væk fra Jorden. Derfor er man også nødt til at lægge en korrektion ind fra den generelle relativitetsteori. Hvis man ikke foretager disse korrektioner, virker en GPS simpelthen ikke, som den skal.

Læs også: Professor: Fundamental fysikligning strider mod relativitetsteorien

Gulds farve

Vi ved alle, at guld har en speciel farve i forhold til andre metaller, der fremstår hvidlige eller grålige som sølv – lad os kalde dem sølvfarvede.

Når et metal er sølvfarvet, skyldes det, at det reflekterer synligt lys af alle bølgelængder. Når en lyspartikel (også kaldet en foton) nærmer sig et metal, bliver den absorberet, hvis en af metallets elektroner har plads til at absorbere den og springe fra sin egen bane om kernen til en anden bane.

Synligt lys har en bølgelængde fra ca. 400 til 700 nanometer, hvor de små bølgelængder svarer til blåt og lilla lys og de store bølgelængder til gult og rødt.

I et metal som sølv er der ingen elektroner, der kan absorbere det synlige lys, og det bliver derfor reflekteret. Guld er meget tungt, og derfor bevæger nogle af dets elektroner sig meget hurtigt, og vi er derfor nødt til at medtage effekter fra den specielle relativitetsteori.

Disse effekter gør, at nogle af elektronbanerne rykker tættere sammen, og nu kan de mest energirige synlige fotoner blive absorberet. Dette er fotonerne med den laveste bølgelængde, altså de blå og lilla.

Resten bliver stadig reflekteret, og derfor er guld rød-gult, mens andre metaller er sølvfarvede.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

The aqueducts, sanitation, education, irrigation, bridges, churches ..roads!

(undskyld, kunne ikke dy mig!)

  • 4
  • 1

Besides..
The aqueducts, sanitation, education, irrigation, bridges, churches ..roads!

(undskyld, kunne ikke dy mig!)

Ja og så er listen endda længere (og selvfølgelig uden kirker!)

"but apart from better sanitation and medicine and education and irrigation and public health and roads and a freshwater system and baths and public order"

Jeg så den første gang til et arrangement i filmklubben på DTH (som det hed dengang), i det store auditorium i 1. kvadrant. Tror stort set alle pladser var besat. Det er godt nok ved at være nogle år siden efterhånden, men den er stadigvæk genial.

  • 2
  • 0

Uden relativitetsteorien havde man ikke opdaget kvantemekanikken. Uden den havde vi ikke kunne lave laser og moderne mikroprocessorer.
Lige så vel som at relativitetsteorien ikke var blevet opdaget uden flere århundredes forudgående forskning.

Der er nok enkelte små opdagelser i den teoretiske fysik (Og matematik, og kemi) vi kunne have undværet, men i det store og hele, så havde det moderne samfund ikke eksisteret uden en lang kæde af opdagelser, så som relativitetsteorien.

  • 3
  • 4

Mere håndgribeligt kan det ikke blive:

14 January 2011, newscientist.com: Car batteries run on relativity:
Citat: "...
Thank relativity every time your car starts. Lead-acid batteries get about 80 per cent of their voltage from special relativistic effects.
...
Without these relativistic effects, Pyykkö and colleagues calculate that lead-acid batteries would generate only 0.39 volts. With them, they predict 2.13 volts, in good agreement with the measured 2.11 volts.
..."

  • 1
  • 0

>>
Guld er meget tungt, og derfor bevæger nogle af dets elektroner sig meget hurtigt, og vi er derfor nødt til at medtage effekter fra den specielle relativitetsteori.

Disse effekter gør, at nogle af elektronbanerne rykker tættere sammen, og nu kan de mest energirige synlige fotoner blive absorberet. Dette er fotonerne med den laveste bølgelængde, altså de blå og lilla.

Resten bliver stadig reflekteret, og derfor er guld rød-gult, mens andre metaller er sølvfarvede.
<<

Jeg synes at der burde have været en forklaring på hvorfor netop guld er gulligt!

John Larsson

  • 3
  • 3

Hvorfor er relationerne omkring masse udeladt? Er det ikke også relativitetsteori?

Således vil jeg sige at den største effekt er det faktum at der ikke har været en 3 verdenskrig pga. atom våbnene garantere MAD ( mutually assured destruction)

  • 0
  • 3

Den fulde forklaring på at guld har en anden farve end de fleste metaller er lang, og det er nok årsagen til a artiklen har simplificeret det. Materialers farve afgøres af hvordan det vekselvirker med synligt lys, hvilket igen afgøres af om der elektroniske tilstande i materialet med en bindingsenergi der svarer til energien af fotoner med en bølgelængde i det synlige interval. Hvis man ser på det periodiske system er kobber, sølv og guld i samme søjle, hvilket normalt betyder at de har lignende egenskaber, og sandelig om ikke både guld og kobber har en gullig/rødlig farve, men sølv derimod er grå. For at forstå den forskel er man nødt til at se nærmere på koblingen mellem de elektroniske orbitaler i atomerne. Selve den analyse er det komplicerede skridt, så det vil jeg ikke gå ind på her, men for guld bliver resultatet at de indre s og p orbitaler bliver trukket længere ind mod kernen, og dermed tættere bundet mens de ydre d og f orbitaler skubbes længere ud og dermed bliver valenselektronerne løsere bundet så bindingsenergien kommer ned i det synlige område netop pga. det relativistiske bidrag til elektronernes vekselvirkninger. Hvis der ikke var nogle relativistiske effekter ville både sølv og guld være gråt mens kobber er så let at dets farve ikke er påvirket af de relativistiske effekter. Grundstoffer i andre søjler end kobber, sølv og guld har andre elektronkonfigurationer for valenselektronerne og derfor bliver bindingsenergierne anderledes for dem. Guld er dermed en undtagelse fra de fleste andre metaller når det gælder forklaringen på dets farve.

  • 7
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten