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相对论的理论现今已经有哪些具体的实用性应用?

        【每日科技网】

  相对论和量子力学虽然同为“20世纪物理学的两大支柱”,但量子力学的应用场景非常广,不但统治了20世纪初以来物理学的各大分支,同时通过催生第三次科技革命(即20世纪下半叶的信息革命),深入到了我们现代生活的方方面面,未来还会通过量子信息技术催生下一次信息革命。

  相比之下,相对论的应用主要还在粒子物理和天体物理等科研领域,影响我们生活的实用性应用就寥寥无几了。大家最常提到的一个应用是GPS导航定位的相对论修正。因为GPS卫星的核心是原子钟,把原子钟的时频信号用微波发射出去,接收器通过时频信号和光速得出相对几个卫星的位置,从而完成定位。但原子钟的时频在卫星不同轨道不同速度飞行时,会受到狭义相对论多普勒频移和广义相对论引力红移的影响,因此需要修正这些影响,才能准确地定位。但这个属于非常被动地利用相对论。

  那么主动地利用相对论的例子呢?其实大家都听说过,就是核能(又称原子能)。包括核裂变的原子弹,核电站,以及核聚变的氢弹。原子核的裂变和聚变行为都是由量子力学和相对论共同决定的。核裂变和核聚变损失的质量m,通过相对论的质能方程E=mc^2,对应释放出的能量E。小小的质量减少对应着巨大的能量输出,这就是核能的来源。除了核武器之外,核能的和平利用目前只有基于核裂变的核电站,和航天用的核电池。可控核聚变是人类几个主要梦想之一,一旦实现,几乎可以一劳永逸地解决人类能源问题,因此备受瞩目。

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