ფარდობითობა მე-20 საუკუნის ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი მეცნიერული თეორიაა. ალბერტ აინშტაინის მიერ 1905-1915 წლებში ჩამოყალიბებული ფარდობითობის სპეციალური და ზოგადი თეორიები ხსნის საგანთა ქმედებებს დროსა და სივრცეში და შესაძლებელი ხდება ისეთი რამეების წინასწარმეტყველება, როგორიცაა  შავი ხვრელების არსებობა, გრავიტაციის გავლენით სინათლის გამრუდება და პლანეტების თავისებურებები ორბიტაზე მოძრაობისას.

თეორია ერთი შეხედვით მარტივია. პირველ რიგში, არ არსებობს ათვლის „აბსოლუტური“ სისტემა. ყოველთვის, როცა ზომავთ სხეულის სიჩქარეს, მის იმპულსს ან განვლილ დროს, ეს ყოველთვის რაღაცასთან მიმართებაში ხდება. მეორე, სინათლის სიჩქარე ყველგან ერთნაირია მიუხედავად იმისა, ვინ ზომავს ან რამდენად სწრაფად მოძრაობს დამკვირვებელი. მესამე, სინათლეზე სწრაფად ვერაფერი იმოძრავებს.

აინშტაინის ცნობილ თეორიას მნიშვნელოვანი ქვეტექსტები გააჩნია. თუკი სინათლის სიჩქარე მუდმივია, გამოდის, რომ დედამიწის მიმართ ძალიან სწრაფად მოძრავი კოსმონავტისთვის დრო უფრო ნელა გავა დედამიწაზე მყოფ დამკვირვებელთან შედარებით. ამ მოვლენას დროის შენელება ეწოდება.

ძლიერ გრავიტაციულ ველში მოხვედრილი ნებისმიერი სხეული აჩქარებას იწყებს, ამიტომ დროის შენელებას გამოცდის. ამავდროულად კოსმონავტის ხომალდი სიგრძის შემოკლებას განიცდის, რაც იმას ნიშნავს, რომ თუკი კოსმოსურ ხომალდს ჩაფრენისას გადაუღებთ ფოტოს, ისეთი შესახედაობა ექნება, თითქოს მოძრაობის მიმართულებით არის „შეჭყლეტილი“. თუმცა ბორტზე მყოფი კოსმონავტისთვის ყველაფერი ჩვეულებრივად იქნება. გარდა ამისა, ხომალდის მასა გაიზრდება დედამიწაზე მყოფი დამკვირვებლის გადმოსახედიდან.

რელატივისტური ეფექტების შესამჩნევად აუცილებელი არ არის სინათლის სიჩქარესთან ახლოს მოძრავი კოსმოსური ხომალდის არსებობა. ფარდობითობის მაგალითებს ვხვდებით ყოველდღიურ ცხოვრებაში და ტექნოლოგია, რომელსაც დღესდღეობით ვიყენებთ, ნათლად აჩვენებს, რომ აინშტაინი მართალი იყო.

ㅤ

ㅤ

ელექტრომაგნიტები
მაგნეტიზმი რელატივისტური ეფექტია და ამის დემონსტრირება გენერატორებით შეიძლება. თუკი მავთულისგან მარყუჟს გააკეთებთ და მაგნიტურ ველში გაატარებთ, ელექტრული დენი წარმოიქმნება. მავთულში მდებარე დამუხტული ნაწილაკები ცვლადი მაგნიტური ველის ზემოქმედებას განიცდიან, რაც მათ აიძულებს, იმოძრაონ და შედეგად დენი ჩნდება.

მაგრამ ახლა წარმოიდგინეთ, რომ მავთული უძრავია და მაგნიტი მოძრაობს. ამ შემთხვევაში მავთულში მდებარე დამუხტული ნაწილაკები (ელექტრონები და პროტონები) აღარ მოძრაობენ, ამიტომ მაგნიტური ველი მათზე ზემოქმედებას ვერ უნდა ახდენდეს. თუმცა რეალურად დენი მაინც წარმოიქმნება. ეს აჩვენებს, რომ ერთი ათვლის სისტემა მეორეზე უპირატესი არ არის.

კალიფორნიაში მდებარე პომონას კოლეჯის ფიზიკის პროფესორი თომას მური ფარდობითობის პრინციპს იყენებს ფარადეის კანონის დემონსტრირებისთვის. ამ კანონის თანახმად, ცვლადი მაგნიტური ველი წარმოქმნის ელექტრულ დენს.

„რადგან ეს ტრანსფორმერებისა და ელექტროგენერატორების მუშაობის პრინციპს წარმოადგენს, ნებისმიერი, ვინც ელექტრობას იყენებს, ფარდობითობის ეფექტებს გამოცდის“, აღნიშნავს მური.

ელექტრომაგნიტები ასევე ფარდობითობის პრინციპით მოქმედებენ. როცა მავთულში მუდმივი დენია, ადგილი აქვს ელექტრონების გადაადგილებას ერთი მიმართულებით. ჩვეულებრივ მავთული ელექტრულად ნეიტრალური იქნება, მისი ჯამური მუხტი არც დადებითი იქნება და არც უარყოფითი, რადგან მავთულს დაახლოებით ერთნაირი რაოდენობის პროტონები (დადებითი მუხტი) და ელექტრონები (უარყოფითი მუხტი) აქვს. თუმცა თუკი გვერდზე დაუდებთ სხვა მავთულს, რომელშიც ასევე მუდმივი დენია, მავთულები ერთმანეთს მიიზიდავენ ან განიზიდავენ იმის მიხედვით, რა მიმართულებით მოძრაობს დენი.

დავუშვათ, დენები ერთი მიმართულებით მოძრაობენ. მეორე მავთულის ელექტრონები უძრავი იქნებიან პირველ მავთულში მდებარე ელექტრონების  მიმართ (იმ დაშვებით, რომ დენი ორივეგან ერთნაირი ძალისაა). რაც შეეხება პროტონებს, ისინი ორივე მავთულში მოძრაობენ ორივე მავთულის ელექტრონების მიმართ. რელატივისტური სიგრძის შემოკლების ეფექტის გამო, პროტონები უფრო ახლოს მყოფად გამოჩნდებიან, ამიტომ მავთულის სიგრძის ერთეულზე უფრო მეტი დადებითი მუხტი იქნება, ვიდრე უარყოფითი. რადგან ერთნაირი მუხტები ერთმანეთს განიზიდავენ, ამიტომ მავთულებიც განიზიდავენ ერთმანეთს.

ახლა ვნახოთ, რა ხდება, როცა დენები საპირისპირო მიმართულებით მოძრაობენ. ამ შემთხვევაში ადგილი ექნება მიზიდვას, რადგან პირველ მავთულთან შედარებით, მეორე მავთულის ელექტრონები უფრო ახლოს არიან ერთმანეთთან და შედეგად ჯამური მუხტი უარყოფითი იქნება. იმავდროულად, პირველ მავთულში მდებარე პროტონები იგივე მიზეზით ჯამურ დადებით მუხტს წარმოქმნიან და საწინააღმდეგო მუხტის მქონე მავთულები ერთმანეთს იზიდავენ.

ㅤ

ㅤ

GPS ნავიგაცია
თქვენი ავტომობილის ან ტელეფონის GPS ნავიგაციამ რომ გამართულად იმუშაოს, ხელოვნურმა თანამგზავრებმა რელატივისტური ეფექტები უნდა გაითვალისწინონ. ეს იმის გამოა, რომ თუმცა თანამგზავრები სინათლის სიჩქარეს ბევრად ჩამორჩებიან, ისინი მაინც სწრაფად მოძრაობენ. ისინი დედამიწაზე მდებარე სადგურებზე აგზავნიან სიგნალებს და ეს სადგურები (და მათთან ერთად GPS ტექნოლოგია ავტომობილებში თუ სმარტფონებში) დედამიწის გრავიტაციის გამო განიცდიან უფრო მაღალ აჩქარებას, ვიდრე ორბიტაზე მოძრავი თანამგზავრები.

მაღალი სიზუსტის მისაღწევად თანამგზავრები იყენებენ საათებს, რომელთა ცდომილება მხოლოდ ნანოწამებია (წამის მემილიარდედი). რადგან თითოეული თანამგზავრი დედამიწის ზედაპირიდან 20 000 კმ-ის სიმაღლეზეა და დაახლოებით 10 000 კმ/სთ სიჩქარით მოძრაობს, ადგილი აქვს რელატივისტურ დროის შენელებას, რომელიც დღეში 4 მიკროწამს (წამის მემილიონედი) შეადგენს. გრავიტაციის ეფექტებსაც რომ დავუმატებთ, ეს განსხვავება 7 მიკროწამამდე ადის.

სხვაობა რეალურია: რელატივისტური ეფექტების გათვალისწინება რომ არ ხდებოდეს, GPS მოწყობილობას, რომელიც გეუბნებათ, რომ უახლოეს ბენზინგასამართ სადგურამდე 800 მეტრია, მეორე დღეს 8 კმ-ის ცდომილება ექნებოდა.

ㅤ

ㅤ

ოქროს ყვითელი ფერი
ლითონთა უმეტესობა იმიტომ ბზინავს, რომ ატომში მდებარე ელექტრონები ერთი ენერგეტიკული დონიდან, ანუ ორბიტალიდან, მეორეზე გადადიან. ფოტონების ნაწილი, რომლებიც ლითონს ეჯახებიან, შთაინთქმებიან და შემდეგ გამოსხივდებიან, ოღონდ უფრო გრძელი სიგრძის ტალღით. თუმცა ხილული სინათლის დიდი ნაწილი აირეკლება.

ოქრო მძიმე ელემენტია, ამიტომ შიდა ელექტრონები მოძრაობენ საკმარისად სწრაფად, რომ რელატივისტური მასის ზრდა და სიგრძის შემოკლება შესამჩნევი გახდეს. ბორის მოძველებული ატომის პლანეტარული მოდელის თანახმად, ბირთვთან ყველაზე ახლოს მდებარე ორბიტალის ელექტრონები სინათლის სიჩქარის ნახევარზე სწრაფად იმოძრავებენ და მათი რელატივისტური მასა 20%-ით გაიზრდება. ელექტრონის ორბიტალები მიუახლოვდებიან ატომბირთვს. მაგალითად, ოქროს ატომის ყველაზე გარე ორბიტალი დაახლოებით 17%-ით ახლოს მივა ბირთვთან. ეს ამცირებს ორბიტალებს შორის მანძილსაც. შედეგად ბირთვის გარშემო ელექტრონს უფრო მოკლე მანძილის დაფარვა უწევს და უფრო მეტი იმპულსი აქვს. ბირთვთან ახლოს მდებარე ორბიტალებზე მყოფი ელექტრონების ენერგია უახლოვდება გარე ორბიტალებზე მდებარე  ელექტრონების ენერგიას.

კვანტურ მექანიკაში ბორის მოდელი ჩანაცვლდა ალბათური მოდელით, სადაც ელექტრონი კონკრეტულ ტრაექტორიას კი არ ასრულებს, არამედ მხოლოდ გარკვეული ალბათობით შეგვიძლია იმის განსაზღვრა, კონკრეტულ მომენტში რა ადგილას შეიძლება იყოს. ბორის ორბიტალები კი ის რეგიონებია, სადაც ალბათობა პიკს აღწევს. ორბიტალების დაახლოების გამო შთანთქმული სინათლის ტალღა უფრო მოკლეა, რაც იმას ნიშნავს, რომ ხილული სინათლის ის ნაწილი, რაც ჩვეულებრივ აირეკლებოდა ხოლმე, ამჯერად შთაინთქმება და ეს სინათლე სპექტრის ლურჯ ბოლოშია. ხილული თეთრი სინათლე ცისარტყელის ყველა ფერის ერთობლიობას წარმოადგენს, მაგრამ ოქროს მიერ შთანთქმულ და შემდეგ გამოსხივებულ სინათლეში ნაკლები ლურჯი და იისფერი იქნება. ყვითელი, წითელი და მწვანე ფერები უფრო გრძელი ტალღის სინათლეა და სწორედ მათ აღიქვამს თვალი ოქროს დანახვისას. წითელი და მწვანე ფერების ერთობლიობა კი სწორედ ყვითელ ფერს ქმნის.

ㅤ

ㅤ

ოქროს კოროზიისადმი მდგრადობა
ჟურნალ „Gold Bulletin-ში“ 1998 წელს გამოქვეყნებული სტატიის თანახმად, ოქროს ელექტრონების რელატივისტური ეფექტია ის მიზეზი, რის გამოც ოქრო უძლებს კოროზიას და ადვილად არ შედის სხვა ელემენტებთან რეაქციაში.

ოქროს ბოლო შრეზე მხოლოდ ერთი ელექტრონი აქვს, მაგრამ მაინც არ არის ისეთი აქტიური ქიმიურ რეაქციებში, როგორც ანალოგიური თვისების მქონე კალიუმი ან ლითიუმი. ოქროს ელექტრონები უფრო „მძიმეა“, რადგან სწრაფად მოძრაობენ, რაც მათ რელატივისტურ მასას ზრდის და შედეგად ბირთვთან უფრო ახლოს არიან. ამის გამო ყველაზე შორეული ელექტრონი სავარაუდოდ არ იქნება იმ ადგილას, სადაც სხვა ელემენტებთან რეაქციაში შესვლა შეეძლება.

ㅤ

ㅤ

თხევადი ვერცხლისწყალი
ვერცხლისწყალი ასევე მძიმე ატომია და მისი ელექტრონებიც უფრო კომპაქტურად არიან ბირთვთან განლაგებული მაღალი სიჩქარისა და ამის შედეგად გაზრდილი რელატივისტური მასის გამო. ეს იმას იწვევს, რომ ვერცხლისწყლის ატომებს შორის ქიმიური ბმა სუსტია, რის გამოც ვერცხლისწყალი სხვა მეტალებთან შედარებით უფრო დაბალ ტემპერატურაზე გადადის თხევად მდგომარეობაში და ოთახის ტემპერატურაზე ის ყოველთვის სითხეა. რელატივისტური ეფექტები რომ არ გავითვალისწინოთ, ვერცხლისწყალი დნობას 82°C-ზე დაიწყებდა. ამის ნაცვლად ეს ზღვარი არის -39°C.

ㅤ

ㅤ

ძველი ტელევიზორები
ადრეულ 2000-იან წლებამდე ტელევიზორებისა და მონიტორების უმეტესობას ელექტრონულ-სხივური მილაკის ეკრანი ჰქონდა. ელექტრონულ-სხივური მილაკი ელექტრონებს ესვრის ფოსფორის ზედაპირს დიდი მაგნიტის დახმარებით. თითოეული ელექტრონი ეკრანის უკანა მხარეს ეჯახება და ერთ პიქსელს წარმოქმნის. გამოსახულება რომ უწყვეტი იყოს, ელექტრონები სინათლის სიჩქარის 30%-მდე აღწევენ. ამ დროს, ცხადია, რელატივისტური ეფექტები შესამჩნევი ხდება და ტელევიზორების მწარმოებლებს მათი გათვალისწინება უწევდათ, სხვაგვარად გამოსახულება ბუნდოვანი იქნებოდა.

ㅤ

ㅤ

სინათლე
ისააკ ნიუტონი მიიჩნევდა, რომ არსებობდა ათვლის აბსოლუტური უძრავი სისტემა, ანუ სრულყოფილი გარე ათვლის სისტემა, რომელსაც შევადარებდით ყველა სხვა ათვლის სისტემას. ეს დაშვება ჭეშმარიტი რომ ყოფილიყო, სინათლის არსებობა ძნელი ასახსნელი იქნებოდა, რადგან ამ შემთხვევაში სინათლე არ უნდა არსებობდეს.

„არამარტო მაგნეტიზმი არ იარსებებდა, არამედ არც სინათლე, რადგან ფარდობითობის თეორია მოითხოვს, რომ ელექტრომაგნიტურ ველში მომხდარი ცვლილებები სასრული (სინათლის) სიჩქარით უნდა გავრცელდეს და არა მყისიერად“, აღნიშნავს პროფესორი თომას მური. „ფარდობითობაში ეს მოთხოვნა რომ არ არსებობდეს… ელექტრულ ველებში მომხდარი ცვლილებები მყისიერად გავრცელდებოდა… ნაცვლად ამ ცვლილებების ელექტრომაგნიტური ტალღებით გადატანისა, რის გამოც მაგნეტიზმის და სინათლის არსებობა უბრალოდ აღარ იქნებოდა საჭირო.“

ㅤ

ㅤ

მზე
აინშტაინის ცნობილი განტოლების E = mc² გარეშე მზე და სხვა ვარსკვლავები ვერ გაანათებდნენ. ჩვენი ვარსკვლავის ცენტრში უზარმაზარი ტემპერატურა და წნევაა, რაც წყალბადის 4 სხვადასხვა ატომს აერთიანებს ერთ ჰელიუმის ატომად და ეს პროცესი მუდმივად მიმდინარეობს. ჰელიუმის ერთი ატომის მასა ცოტათი ნაკლებია წყალბადის ოთხი ატომის მასაზე. რა ემართება ამ ზედმეტ მასას? ის გარდაიქმნება ენერგიად და ჩვენს პლანეტაზე მზის სინათლის სახით აღწევს.

ㅤ

წყარო: Live Science