有人說愛因斯坦的理論實用性不強?這9個科學應用你每天都會接觸

2021-01-15 李論科學

今天突發奇想，考慮了這個問題：愛因斯坦被譽為二十世紀最偉大的科學家，一直熱度不減，在很多科學愛好者心中排名可以說是NO.1。他的相對論廣為認知，但是愛因斯坦十幾年的研究工作得出的理論在我們日常生活中的實用性都有哪些，肯定很多人都知道矯正GPS的時間差，然後呢？想不起來了吧！所以我們今天就盤點下愛因斯坦提出的理論在我們生活中的9大應用，可以說涵蓋方方面面。我們先簡要說下相對論：

時空告訴物質如何運動；物質告訴時空如何彎曲

愛因斯坦最非凡的一點是，他完成並發展了自己所有的奇妙想法，其中最著名的是關於相對論的「思想實驗」:對高度程式化的事物狀態進行仔細的想像評估。1907年，其中一件事讓他產生了後來被他稱為「最快樂的想法」:有人從房頂上掉下來不會感覺到自己的體重。他意識到，自由落體中的物體不會感受到重力。但是重力產生的彎曲軌跡又是什麼？例如高爾夫球的飛行軌跡或行星的軌跡，似乎意味著存在某種推拉作用。如果高爾夫球和行星，像從房頂上掉下來的人一樣，感覺不到任何推力或拉力，那為什麼它們沒有保持直線運動呢？

這一思想使他提出了他最偉大的理論——廣義相對論。他斷言，像光線一樣自由下落的物體，在時空中遵循直線運動。但是這個時空本身是彎曲的。使它彎曲的是質量。根據愛因斯坦的說法，重力不是一種力，而是時空的扭曲。正如著名物理學家約翰·惠勒幾十年後引用的話:「時空告訴物質如何運動；物質告訴時空如何彎曲。」

愛因斯坦以他的相對論而聞名，他的相對論實際上包括兩個理論——廣義和狹義相對論。這兩種理論合在一起為我們勾勒除了一副嶄新的時空圖景。

狹義相對論:

它主要處理一種特殊情況，即運動是勻速的，即物體以恆定的速度直線運動。因此得名「狹義」。這個理論有兩個要點:

所有以勻速直線運動的觀察者，其物理定律都是一樣的。對於所有的觀察者來說，光速是相同的，不管他們相對於光源怎樣運動狹義相對論可以描述的結論是，比如：移動的時鐘運行得更慢，移動的物體比我們日常經驗所顯示的要短。也給我們最著名的方程:E = mc。這個方程說明能量和質量是相等的。

廣義相對論:

這個理論處理涉及加速度或曲線的情況，比如運動物體路徑上的彎曲。所以它解釋了任何運動的「一般情況」，並構成了我們理解重力的基礎。

它預言了一些驚人的事情，比如光被重力偏轉。它還預測了黑洞的存在。它表明空間和時間是靈活的，並且再不斷擴展。換句話說，這意味著我們的宇宙一直在膨脹。

更多預言:

狹義相對論穩定了時空之間的聯繫。但是他的廣義相對論描述了物質和時空之間的相互作用以及物質如何彎曲時空場。

什麼是時空-宇宙有三維空間，但也有第四維空間，即「時間」。它們一起構成了時空連續體或時空。如果宇宙只是一個空的空間，時空場將會是平的，如下圖所示:

但是如果有一個物體的質量產生了引力場，它就會彎曲時空，如下面的截圖所示。這就解釋了行星是如何在空間中運動的。它們繞太陽的軌道是彎曲的，因為太陽使它周圍的時空彎曲。

時間膨脹-他還描述了兩個相對運動的物體將經歷不同的時間流逝。如果兩個物體處於不同的引力場中，也會發生這種情況。例如，地面上的時鐘和飛機上的時鐘以不同的速率滴答作響。全球定位系統還必須考慮時間膨脹，以補償地面設備和空間衛星之間的時間差(這是一個不同的重力場)。

科學常識大家應該都很清楚，我現在要告訴你愛因斯坦理論的日常用途

從早上醒來到晚上入睡，大部分都是由愛因斯坦的作品塑造的。你甚至一步都不能不撞上愛因斯坦。愛因斯坦關於光電效應的論文只是愛因斯坦1905年發表的幾篇論文之一，這些論文從根本上改變了物理學家看待世界的方式。

Q1.你的鬧鐘會在早上6點準時叫醒你，因為它與國家的原子鐘同步，並通過環繞地球的全球定位衛星(GPS)每秒進行校準。如果那顆衛星不能修正相對論的影響，也就是愛因斯坦最著名的發現，GPS信號將會有很多錯誤，以至於他們的數據將毫無意義。

Q2.愛因斯坦測量溶解在液體中的分子大小的公式使科學家們有可能創造或改進數以千計的消費品，其中包括更好的剃鬚膏和牙膏。

Q3.當你打開電視查看天氣和交通狀況時，這一切都習以為常，因為愛因斯坦宣稱的光電效應最終導致了電視、攝像機和遙控器的發明。

Q4.愛因斯坦對光子的認識導致了20世紀先進電子發明的發展。這是他對量子效應的陳述，如果沒有量子效應，我們就不會有手機、煙霧探測器、防盜報警器，也不會有超市或電梯可以自動打開的門。

Q5.整個計算機和半導體領域的存在都歸功於愛因斯坦。如果沒有他所做的工作，我們今天可能就沒有電腦了。

Q6.雷射唱機和DVD播放機使用雷射，愛因斯坦在1917年首次提出雷射理論，推進他在光電效應和光伏效應方面的工作。我們現在甚至在每個超市收銀臺都有雷射。

Q7.像PET掃描這樣的醫學革命依賴於正電子，狹義相對論和量子理論暗示了正電子的存在。

Q8.碳年代測定——多虧了愛因斯坦，我們可以測量化石的年代(E=mc表明質量和能量是相互關聯的，通過測量有機材料原子中原子核的衰變，我們可以測量它們已經存在了多久)。

Q9.我們所有的日常消費品的存在，在很大程度上都要歸功於製造方法，如果沒有愛因斯坦對物質的原子理論的闡述，這些方法是行不通的。本質上，愛因斯坦對布朗運動的闡述證明了原子的存在

這些偉大的工作是愛因斯坦花了十多年的時間完成的，而總結愛因斯坦的工作成就只用了我大約兩個多小時的時間。所以我不確定我是否沒有遺漏關於他某些方面的貢獻。如果有，還請大家評論補充，一起學習，一起進步！

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  • 尼古拉·特斯拉的《引力的動態理論》直接說愛因斯坦理論是錯誤的
    而且廣義相對論還預言了引力波的存在，並且美國科研人員2016年2月11日宣布，他們利用雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)於2015年9月首次探測到引力波。 研究人員宣布，當兩個黑洞於約13億年前碰撞，兩個巨大質量結合所傳送出的擾動，於2015年9月14日抵達地球，被地球上的精密儀器偵測到。證實了愛因斯坦100年前所做的預測。
  • 愛因斯坦被評為「世紀第一人」,他的理論真的對了嗎?
    如果說它是錯的，就需要有更加強的證據來說明這件事情。 愛因斯坦發現，狹義相對論與牛頓引力不相符，他想要解釋這個矛盾，這件事情並不被十分看好。
  • 1919年兩支遠徵隊觀測日全食，證實了愛因斯坦時空彎曲理論
    這個定律現在還有效，並且運用與許多科學研究和實踐中。比如三個宇宙速度，就是根據引力定律換算出來的。根據這三個速度，人們才能夠發射出人造天體，脫離地球引力飛往太空。為了證實時空彎曲理論，1919年，英國皇家科學院派出以著名天文學家愛丁頓為首的兩支遠徵隊，一支趕到西非普林西比，一支到亞馬遜森林這兩個日全食最佳觀測地點，證實了愛因斯坦的預言。愛因斯坦預言，星光經過太陽邊緣時，會產生1.74角秒的偏差。但太陽光線太強，這點偏差平時根本無法驗證。
  • 都說愛因斯坦是科學天才,那你可曾知道他想成為一名音樂家?
    說起「天才」這個詞，可能很多人都會想到愛因斯坦。的確是這樣，愛因斯坦在科學界具有很高的學術地位，開創了現代科學技術新紀元。連小孩子們都說得出他的名字。可是今天，我們不談他的造詣，來看一看愛因斯坦那生活中鮮為人知的一面。在愛因斯坦年僅六歲時，他在學校的學習成績和日常表現並不算好，他的老師認為愛因斯坦愚笨而不適合讀書，將愛因斯坦勸退，並建議他的父母讓愛因斯坦學一門手藝來維生。
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