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日常生活中也会产生类似相对论的效应

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:11

    日常生活中也会产生类似相对论的效应

    图1:相对论飞轮(a和b):当一个圆飞轮(a)水平运动且接近光速时,对观察者它就会出现扭曲现象(b)。滚动快门效应(c):CMOS设想芯片会对图像从左到右地持续读出。这可以导致快速运动物体的扭曲现象,这与相对论霍尔效应十分相似。

    对于物体在接近光速时的运动,爱因斯坦相对论的影响力正在逐步加深,这种提升主要体现在大尺度层面,比如行星和恒星的运动。然而,就像来自理化学研究所先进科学研究所的康斯坦丁•布林克和弗兰克•罗瑞曾经证实的,这并不一定是这样。研究者曾经展示了相对论运动和螺旋影响的结合,大到黑洞,小到电子或光束,它都可以产生一个非常普通的现象。

    当一个物体的运动接近光速时,就会发生相对论效应。比如,对于一个外部观察者来说,一个运动非常快的物体在物体运动方向会出现挤压。这种所谓的洛伦兹收缩发生在快速运动的物体的光到达观察者处的时候。布林克和罗瑞如今已经证明,如果这样一个物体在相同的时间同时旋转,比如一个飞轮,那么旋转运动也会受到影响。车轮的辐条在某种程度上会出现扭曲,这使得它们从一个方向看起来比其他方向更致密。这是一个一般作用。又比如对于电子束来说,就会出现好像电子主要从一边堆积的情况。因此,这种影响一直以来都被称为一个相对论霍尔效应,并把它当作一般霍尔效应的一个模拟情况,在这种效应中,磁场中的电子在物质的一侧堆积。

    车轮辐条上的效应与在传统摄影中出现的滚动快门效应有惊人的相似。在这里,运用CMOS图像传感器的摄影机,比如一个手机相机,会从一边到另一边持续读出,这会能导致非常像飞轮的辐条一样的扭曲。“滚动快门效应模仿了相对论变形,它引入了一个如相对论效应一样的时间延迟效应。”布林克解释说。对照片和视频摄像头的这种类比,也许提出了在与相对论运动相同的真实世界系统中,我们也有可能观察到相对论霍尔效应。但是它也适用于真正的相对论系统。“相对论霍尔效应可以在涉及到旋转黑洞或者类似涡旋光束的天体物理系统中发挥作用。”罗瑞说。

    (王忻怡 环球科学)

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