Teorija relativnosti pokreće vaš automobil

Na prvi pogled u automobilu ništa nema dovoljno veliku brzinu da bi efekti specijalne teorije relativnosti došli do izražaja, ali nije baš tako. Za pokretanje automobila potreban je olovni akumulator, a rad olovnog akumulatora nije moguć bez relativističkih efekata!

Prvi olovni akumulator napravio je francuski fizičar Gaston Plante (1895. god) oko 50 godina pre Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti (1905) i sve do pre nekoliko dana nije bilo moguće tačno opisati procese koji se odigravaju u akumulatoru. Rajeev Ahuja, sa Uppsala univerziteta u Švedskoj, sa saradnicima pokazao je da 80-85% napona akumulatora nastaje kao rezultat relativističkih efekata! Već dugo je poznato da relativistički efekti doprinose dobijanju napona u olovnim baterijama, ali ovo je prvo uspešno teorijsko opisivanje ovog procesa. [R Ahuja et al, Phys. Rev. Lett., 2010, DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.018301]

Brzine elektrona u većini atoma su mnogo manje o brzine svetlosti pa su time i relativistički efekti zanemarljivi, ali kod atoma sa masivnim jezgrom situacija je drugačija. Kod ovih masivnih atoma elektroni moraju da imaju veliku brzinu da bi opstali na stabilnim putanjama. Brzina elektrona oko masivnog jezgra nekad je približna brzini svetlosti! Ovi relativistički efekti menjaju raspored elektrona oko jezgra (masa elektrona postaje veća, orbite se smanjuju itd) i na taj način utiču na ponašanje celog atoma. Već dugo je poznato da relativistički efekti daju zlatu žutu boju, a živa je zbog njih tečna na sobnoj temperaturi. Olovo (atomska masa 82) je još jedan element velike mase.

Napon na olovnoj bateriji akumulatora iznosi 2,1V. Rajeev Ahuja i njegovi saradnici pokazali su da je za dobijanje 1.7-1,8V napona odgovorna Ajnštajnova specijalna teorija relativnosti. Opisivanje relativističkih efekata u atomu olova objasnilo je zbog čega je nemoguće napraviti bateriju od kalaja. Kalaj je element koji se u periodnom sistemu elemenata nalazi tačno iznad olova. U hemijskom smislu ovi elementi se ponašaju na potpuno isti način, ali napon koji bi proizvodila baterija napravljena od kalaja je mnogo manji od napona olova i takve baterije su neupotrebljive. Ova razlika u naponu nastaje zbog relativističkih efekata – kalaj ima atomski broj 50 i masa njegovog jezgra dosta je manja od mase jezgra olova. Ova razlika u masama dovodi do toga da se elektroni u atomu kalaja kreći manjim brzinama pa su relativistički efekti zanemarljivi. Bez tih efekata kalaj ne može da proizvede dovoljan napon.

Ovaj model uspešno je opisao relativističke efekte u teškim atomima. Verovano neće omogućiti unapređenje olovnih baterija ali sigurno će imati važnu ulogu u istraživanju alternativnih tipova baterija.

Izvor: Svet nauke.