生活中的水银和黄金,承载着哪些相对论的知识?
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发布时间：2022-05-23 18:50
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时间：2023-11-08 23:09
1905年爱因斯坦给出了狭义相对论。相对论是反常识的，当物体的运动速度接近光速时就会出现很多日常生活中见不到的新奇景象。比如物体的质量会随速度的增大而增大，长度和时间也会因速度的增大而发生变化。我们生活在低速的世界里，不容易察觉到相对论带来的效应是很正常的。
狭义相对论诞生到现在已超过100年，100多年来人们已经认识到我们生活中的一些现象是与相对论有关的。比如常温下水银（汞）为什么是液态？黄金为什么是金*？
汞是金属，常温下却呈现为液态。若是问为什么？你可以回答说因为它的熔点低，只有-39摄氏度，其沸点也不高，只有356.6摄氏度。这种回答非常浅显。你可以说水银原子间的相互作用力非常弱，很难像其他金属那样依靠化学键形成晶体。这个回答就深入了一些，不过还可以进一步深入。
汞的原子序数是80，比金的原子序数还要大1位。相对于常见的元素，汞、金等原子核的质量比较大。如果将原子核外的电子看作是绕原子核转动，由库仑力提供向心力可知，越是靠近原子核的内层电子，其速度就越大。由于汞的原子核质量比较大，内层电子的速度就非常大，大到需要考虑相对论带来的效应。电子的速度很大，根据相对论，其质量也会增大，这样相对论就会使电子的轨道压缩，所有的电子轨道都会向内收缩。
金的原子外层有1个电子，它处在6s轨道上，这个轨道上可填2个电子。一个金原子可以和它旁边的另一个金原子共享最外层电子，这样两个金原子就通过强键作用在一起，常温下能够呈现为紧密的固态。
一般而言，金属可吸收的光频率都比较高，在可见光范围内的比较少。所以金属有比较强的反光特点，将各种颜色的可见光反射出去，使得金属是银色、白色等比较浅的颜色。对金而言，相对论带来的电子轨道半径收缩使得下层电子很容易通过吸收光子跑到6s轨道上。金可吸收蓝光和紫光，反射出黄光，故呈金*。
汞的原子外层有2个电子，正好可以填满6s轨道。汞的6s轨道被填满了，下层的电子就不容易吸收光子跳上来，同时由于相对论带来的轨道收缩，距离6p轨道就更远。汞的这种状态比较稳定，不容易和附近的原子共享电子，只能依靠分子力松散地聚集在一起。所以常温下汞就呈现为液态。
