相对论与量子论论文

课程名称：相对论与量子论

论文题目：寻找生活中的相对论

和量子论

学 院 信息工程学院_ 专 业_计算机测控与仪器_

年级班别_08计测2班_

学 号

学生姓名__张丽敏________

联系方式

指导教师_杨中服

2011年 4 月18 日

寻找生活中的相对论与量子论

在一般人看来，相对论和量子论都是很高深莫测的高等知识，不是一般人能理解的，所以很多人始终都不敢推开这一扇门，无法看到里面精彩的画面。

来看看在交通方面的贡献：

GPS，全球定位系统，相信很多人都知道他，在自驾车、公交车、飞机等都有使用这一种技术。早期的GPS接收器确定物体位置的误差是在15米范围内，这个误差实际是需要爱因斯坦相对论来修正。如果不考虑相对论效应，卫星上的时钟就和地球的时钟不同步；相对论认为，快速移动物体随时间的流逝比静止的要慢。每个GPS卫星每小时跨过大约1.4万千米，这意味着它的星载原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。卫星所受的较弱引力添加了另一种相对论效应，使得时钟每天快45微秒。因此，为了得到准确的GPS数据，将星载时钟每天拨回38微秒的修正项必须计算在内。因为广域增强系统依赖从地面基站发出的额外信号，配备了该系统的GPS接收器，就消除了相对性误差。

从车上走下来，要去便利店，现在的门都不用推了，你一来就能感应到你然后就可以自由进入，这你能想到是与爱因斯坦有关的吗？电动门，当光电池电子眼探测到人到来之后，门旋转着打开了，这是运用了光电效应：热物体会以离散量发出被称为“量子”的特定频率的光。这是1900年德国著名物理学家普朗克指出，但是1905年爱因斯坦将普朗克的观察理论化，阐述了光有粒子流似的行为，当它传播时，将电子从金属中击出，就像母球击打排列好的台球一样。爱因斯坦也解释了光电效应令人困惑的特征，虽然更强的光将更多电子从金属中击出，但无论光明亮还是微弱，获得的自由电子速度都相同。改变电子速度的惟一方法是用不同颜色的光。为了解释这种现象，爱因斯坦指出，每个光粒子、即光子的能量决定于它的频率和h的乘积。

还有：黄昏时路灯自动打开，调控复印机中碳粉的浓度，控制相机的曝光时间等，事实上，光电效应涉足于任何控制或响应光的电子器件中。光电效应器件甚至应用在呼吸检测仪中，在检测气体与酒精作用后，光电池显示出颜色的改变。光电效应也导致了光放大器的发明。抽空的玻璃管中包含着一系列的金属阶梯，当初始的金属靶被光子击中后，这些台阶依次放出更多的电子，这样，一个微弱的光信号就被放大。光放大器在天文探测器和电视摄像机中起引导光的作用。想不到吧？就一个光电效应就给我们生活带来这么多的不一样！

就像Stroud的同事Emil Wolf说的那样：“爱因斯坦超前其他人很多很多年。”相对论和量子论在一百年前就提出来，想不到在今天运用得多么广泛。

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，作治疗之用。由于粒子运动的速度相当接近光速(0.9c-0.9999c)，故粒子加速器的设计和使用必须考虑相对论效应。应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的人工放射性核素，并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律，促使原子核物理学迅速发展成熟起来；高能加速器的发展又使人们发现包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子在内的几百种粒子，建立粒子物理学。近20多年来，加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域，在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等其它科技领域都有着重要应用。在工、农、医各个领域中加速器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究，它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展；其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”型加速器。

全球卫星定位系统的卫星上的原子钟，对精确定位非常重要。这些时钟同时受狭义相对论因高速运动而导致的时间变慢（-7.2 μs/日），和广义相对论因较(地面物件)承受着较弱

的引力场而导致时间变快效应（+45.9 μs/日)。相对论的净效应是那些时钟较地面的时钟运行的快些。故此，这些卫星的软件需要计算和抵消一切的相对论效应，确保定位准确。今天，名为NIST F-1的原子钟是世界上最精确的钟表，但它并不能直接显示钟点，它的任务是提供“秒”这个时间单位的准确计量。这一计时装置安放在美国科罗拉多州博尔德的国家标准和技术研究所（NIST）物理实验室的时间和频率部内。1999年才建成的这座钟价值约为65万美元，可谓身价不菲。在2000万年内，它既不会少1秒也不会多1秒，其精度之高由此可见一斑。这架昂贵的时钟既没有指针也没有齿轮，只有激光束、镜子和铯原子气。

过渡金属如铂的内层电子，运行速度极快，相对论效应不可忽略。在设计或研究新型的催化剂时，经常用上电脑模拟。这些程式便用上了相对论。

相对论指出，光速是信息传递速度的极限。超级电脑的总线时脉一般不能超越30GHz，否则在脉冲到达超级电脑的另一处之前，另一脉冲就已经发出了。结果电脑内不同地方的元件会不协调。相对论为超级电脑的布线长度和时脉上限提供了理论基础。

由广义相对论推导出来的引力透镜效应，让天文学家可以观察到黑洞和不发射电磁波的暗物质，和评估质量在太空的分布状况。

除了我以上所提到的生活当中的相对论和量子论，肯定还有我没提到的一些现象。无论如何，相对论和量子论的的确确是改变了我们的生活，带来前所未有的便捷，不知道在将来还会给我们生活带来怎样的变化呢？

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