ẢNH HƯỞNG CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP ĐẾN VẬT LÝ HỌC

Người viết: Hoàng Phước Muội

ẢNH HƯỞNG CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP ĐẾN VẬT LÝ HỌC

Mở đầu
Cuối thế kỉ XIX, các kết quả thực nghiệm cho thấy ánh sáng truyền trong chân không với vận tốc không đổi c, bất chấp sự chuyển động của nguồn sáng. Cùng với đó là sự thất bại của thực nghiệm trong việc phát hiện môi trường ether, môi trường truyền sóng giả định của sóng ánh sáng. Các sự kiện trên đã làm bối rối các nhà vật lý, là dấu hiệu báo trước một cuộc cách mạng trong vật lý học, đem lại sự đột phá về sự hiểu biết của con người đối với tự nhiên.
1. Albert Einstein, người khai sáng vĩ đại
Einstein là người hay mơ mộng và giàu trí tượng tượng, được mệnh danh là bộ óc thiên tài của nhân loại. Einstein luôn chìm đắm suy tư trong các thí nghiệm lí tượng do chính ông nghĩ ra, nhờ đó mà ông phát minh ra thuyết tương đối hẹp cũng như thuyết tương đối rộng. Hai trụ cột của vật lý hiện đại là thuyết tương đối và cơ học lượng tử. Trong khi cơ học lượng tử là công trình đồ sộ được xây dựng bởi một tập thể các nhà vật lý đầy tài năng như Bohr, Heisenberg, Schrodinger, Dirac,…trong đó có cả Einstein thì thuyết tương đối chỉ mang dấu ấn riêng của ông. Chính Einstein đã tạo ra một công cụ mạnh mẽ để chúng ta tìm hiểu vụ trụ rộng lớn, đem đến những hiểu biết vượt ngoài sức tưởng tượng, điều mà, nếu chúng ta chỉ quan sát bằng thực nghiệm thì khó có thể đạt được. Tuy là một trọng những người khai sáng cơ học lượng tử nhưng ông lại chối bỏ lý thuyết này, bởi ông không thể chấp nhận một thế giới bất định, mà câu nói nổi tiếng “Chúa không chơi trò xúc sắc” thể hiện được sự khó chịu của ông đối với cơ học lượng tử. Không chỉ là nhà khoa học lỗi lạc, Einstein còn đấu tranh cho sự tự do của loài người, chống lại chế độ phát xít, phân biệt chủng tộc,…Einstein là hiện thân của con người khoa học, làm việc với niềm đam mê tìm hiểu cái đẹp của tự nhiên và cống hiến hết mình cho nhân loại.
2. Sự thống nhất của không gian, thời gian và sự vận động
Newton, con người vĩ đại trước cả Einstein, người đã thống nhất giữa trời và đất, khẳng định rằng cả hai đều phải tuân theo các định luật cơ học. Chính ông, vốn là người tin vào một đấng sáng tạo vĩ đại, đã đẩy ngài ra xa khỏi với loài người và ngự trị ở một nơi xa xăm. Newton khẳng định không gian và thời gian độc lập với chuyển động của vật chất. Tức là, không gian như là sân khấu để vật chất vận động không ngừng, thời gian là vĩnh cửu và trôi đều đặn từ quá khứ đến tương lai. Quả thực, với kinh nghiệm hằng ngày, khó có người nào nghi ngờ những điều đó. Tuy nhiên, mọi thứ bắt đầu khó khăn khi các nhà vật lý chạm đến các chuyển động với vận tốc lớn, chẳng hạn vận tốc của ánh sáng. Trước Einstein, các nhà vật lý tìm đủ mọi cách để giải thích sự bất biến của vận tốc ánh sáng nhưng câu trả lời khá vô nghĩa, vẫn chưa có nhà vật lý nào phát hiện mối quan hệ giữa không gian, thời gian và vận động. Einstein bước lên vũ đài, ông phát hiện không gian, thời gian hoàn toàn không độc lập với vận động, mà chúng có mối quan hệ mật thiết với nhau. Sự vận động của vận chất, tức chuyển động, làm không gian bị co lại và thời gian trôi chậm đi. Ý tưởng thật điên rồ, hoàn toàn trái ngược với những điều thường cảm nhận được. Thật vậy, ý tưởng thật điên rồ nhưng lại chính xác. Chuyển động trong kinh nghiệm hàng ngày xảy ra với vận tốc rất nhỏ, nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc ánh sáng nên những hiệu ứng như không gian bị co lại, thời gian chậm đi gần như không đáng kể và chúng ta không cảm nhận được những hiệu ứng thay đổi như thế. Chỉ với những chuyển động với vận tốc rất lớn, như chuyển động của các hạt trong máy gia tốc, các hiệu ứng trên mới thực sự rõ ràng. Thực nghiệm đã khẳng định Einstein đúng. Ông đã thống nhất không gian, thời gian và vận động, phủ nhận sự độc lập của chúng.
3. Hệ quả đối với vật lý học
Cơ học Newton có sụp đỗ khi các khái niệm như không gian tuyệt đối, thời gian tuyệt đối biến mất. Đáp áp là không, cơ học Newton là trường riêng của cơ học tương đối tính Einstein. Đối với các chuyển động hằng ngày, với vận tốc rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng, cơ học Newton vẫn đúng trong một sai số rất nhỏ, việc vận dụng cơ học Newton là hợp lý, tránh khỏi sự phức tạp không cần thiết khi sử dụng cơ học tương đối tính. Sự tiến triển của vật lý học mang tính phát triển và kế thừa, cơ học tương đối tính Einstein là bước phát triển cao hơn cơ học Newton đồng thời lý thuyết này cũng hàm chứ cơ học Newton, nó không phải là sự phủ nhận mà là sự kế thừa, là sự phát triển để tiến gần hơn đến chân lý, đến bản chất của tự nhiên.
Thời gian không còn trôi đều đặn mà có sự co giãn phụ thuộc vào sự chuyển động của vật, khái niệm tính đồng thời cần phải xem xét lại. Không còn tính đồng thời tuyệt đối, mà chỉ có tính đồng thời tương đối. Hai sự kiện có thể xảy ra đồng thời đối với đối tượng này nhưng xảy ra không đồng thời đối với đối tượng khác.
Hệ quả quan trọng thứ hai là sự thống nhất giữa khối lượng và năng lượng. Khối lượng và năng lượng là tương đương, tức là năng lượng có thể chuyển hóa thành khối lượng và khối lượng có thể chuyển hóa thành năng lượng, được thể hiện qua công thức E = m*c^2, định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn năng lượng được thống nhất thành định luật bảo toàn khối lượng – năng lượng. Chính hệ quả trên đảm bảo cho nguyên lý bảo toàn năng lượng, một nguyên lý nền tảng của vật lý học, không bị sụp đỗ và giải thích được nguồn năng lượng tỏa ra trong các phản ứng hạt nhân. Đồng thời, mở ra ngành vật lý năng lượng hạt nhân, đem lại cho con người nguồn năng lượng mới, dồi dào nhưng cũng tồn tại hiểm họa chết người, đủ sức xóa sổ sự tồn tại của chúng ta.
Ngày nay, trong các lĩnh vực vật lý học mới như: công nghệ nano, vật lý vũ trụ,…các hiệu ứng tương đối tính buộc phải xét tới, để đảm bảo chính xác và khoa học.
Kết luận
Sự xuất hiện của thuyết tương đối hẹp là điều tất yếu trong sự tiến triển của vật lý học. Thuyết tương đối hẹp làm thay đổi sâu sắc quan điểm của chúng ta về các khái niệm không gian, thời gian. Đồng thời cho thấy mối quan hệ và sự thống nhất giữa không gian, thời gian và vận động. Thuyết tương đối hẹp đã thay đổi triệt để quan điểm cũng như cách tư duy tuyệt đối, bất biến, giờ đây phải xem xét đến các yếu tố tương đối.
Tài liệu tham khảo
1. Albert Einstein, Thuyết tương đối hẹp và rộng, NXB tổng hợp Tp. HCM, năm 2014.
2. Nguyễn Xuân Xanh, Einstein, NXB tổng hợp Tp. HCM, năm 2015.
3. Trịnh Xuân Thuận, Giai điệu bí ẩn, NXB trẻ, năm 2013.

Advertisements

Posted on 22/05/2016, in Chuyên luận and tagged , , . Bookmark the permalink. Để lại phản hồi.

Bình luận

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: