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相对论改变世界100年(2)
http://www.100md.com 2015年8月1日 《百科知识》 2015年第15期
     20世纪初爱因斯坦相对论开启的科技革命和20世纪六七十年代开始的高科技时代,对人类思想文化的影响更是震撼性的。以网络信息技术为例,我们由此可窥一斑而知全豹。由于数字技术的应用,人类从观念到生活方式都发生了天翻地覆的变化。可以说,计算机、信息网络技术影响到了当今思想文化的每个角落。姑且不说数字技术改变了几百年来铅与火的印刷,上千年笔与纸的书写,现在文化的交流、知识信息的传播,甚至到了动一下指头,点击上网即可实现的地步。这与以前关山隔阻,需飞越千山万水,克服重重困难才能达到目的的情况相比,简直有天壤之别。

    相对论与我们的生活息息相关

    尽管大多数人至今还不知道相对论究竟是怎么回事,但事实上,它早就深刻地影响到整个人类社会,直接或间接地影响了我们每一个人的生活。1919年,爱因斯坦在与儿子埃德瓦的谈话中说:“当一只甲虫在一根弯曲的树枝上爬行的时候,它并没有觉察到这根树枝是弯曲的,我有幸觉察到了甲虫没有觉察到的东西。”爱因斯坦的这一觉察,在其后近100年中改变了整个世界,并且,这种改变现在还在继续。

    GPS导航系统现在已经是一个满大街都可以看到的常用小电器了,可能每个司机都有一个车载的导航系统,或者手机里装有一个导航软件。如果没有相对论,那么导航系统就会出大问题。爱因斯坦指出:“传统的时间概念只能在简单的条件下才能确定,当多种因素暂时联系起来的时候,传统的计时方法就会失去作用。”因为根据相对论,卫星上的时钟会比地面上的时钟走得快,每天大约快38微秒(0.000038秒),如果不校正的话,GPS导航系统每天积累的误差将超过10千米(这个误差是垂直方向上的,不是水平方向上的),如果美军用这个来导航导弹的话,那麻烦就大了。因此,在GPS卫星发射前,要先把其时钟的走动频率调慢100亿分之4.465,把10.23兆赫调为10.22999999543兆赫,这些数字全靠有了相对论才能那么精确地计算出来。

    相对论在我们日常生活中的应用还远不止这些。卫星上的时间变快只不过是相对论无数推论中的一个,我们通过相对论还可以精确地计算卫星上的时钟和地面上的时钟的误差到底是多少。相对论还有很多很多的推论,小到推测水星的运行轨道、在发生日全食时星星的位置,大到可以推演太阳的过去与未来、甚至宇宙的过去与未来。

    另外,在医院的放射治疗部,多数设有一台粒子加速器,产生高能粒子来制造同位素,作为治疗或造影之用。氟代脱氧葡萄糖的合成便是一个经典的例子。由于粒子运动的速度相当接近光速,故粒子加速器的设计和使用必须考虑相对论效应。过渡金属如铂的内层电子,运行速度极快,因此在设计或研究新型的催化剂时,就需要考虑相对论对电子轨态能级的影响。

    【责任编辑】林 京, 百拇医药(颜慧)
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