VNR Content
Pearl
Thuyết tương đối của Einstein là một trong những lý thuyết quan trọng nhất của vật lý hiện đại, nó đã thay đổi quan niệm của con người về thời gian, không gian và chất lượng, đồng thời thúc đẩy nhận thức của con người về bản chất của vũ trụ.
Vậy Einstein đã khám phá ra thuyết tương đối như thế nào?
Vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, các nhà vật lý nhận ra rằng có một số vấn đề với lý thuyết truyền thống của cơ học Newton. Ví dụ, tốc độ ánh sáng là cố định, trong khi theo cơ học Newton, tốc độ của các vật thể phải là tương đối, điều này dẫn đến mâu thuẫn. Để giải quyết những vấn đề này, các nhà khoa học bắt đầu tìm kiếm những lý thuyết mới thay thế cơ học Newton, quá trình này được gọi là “cuộc cách mạng vật lý”.
Einstein là một nhà vật lý trẻ tuổi trong thời kỳ này, ông rất quan tâm đến bản chất của tự nhiên, đồng thời được truyền cảm hứng bởi Hegels, nhà toán học trưởng của Viện Hàn lâm Khoa học Phổ ở Đức lúc bấy giờ. Hegels đã từng đề xuất một thí nghiệm tưởng tượng: Nếu một người đang đứng trên một đoàn tàu, liệu họ có thể biết được họ đang đứng yên trên mặt đất hay đang ở trên một đoàn tàu đang chuyển động với vận tốc không đổi? Câu hỏi này đã khiến Einstein suy nghĩ về bản chất của thời gian và không gian, và cuối cùng dẫn đến thuyết tương đối vĩ đại của ông.
Năm 1905, Einstein xuất bản một bài báo có tên "Lý thuyết đặc biệt về điện động lực học", trình bày một số khái niệm trung tâm của thuyết tương đối. Ông tin rằng điều đó có tương quan và phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của người quan sát. Nói cách khác, khi hai người nhìn thấy cùng một sự kiện vào cùng một thời điểm, họ có những nhận thức khác nhau về thời gian và không gian. Ý tưởng này được gọi là "nguyên lý tương đối".
Einstein cũng đề xuất một khái niệm khác, đó là tốc độ ánh sáng là cố định. Điều này có nghĩa là tốc độ ánh sáng không đổi bất kể trạng thái chuyển động của người quan sát, trái ngược với cơ học Newton. Nếu chúng ta cho rằng một người đang chạy về phía trước trên một đoàn tàu và đồng thời bật đèn pin, thì từ góc nhìn của một người quan sát trên mặt đất, tốc độ ánh sáng phải nhanh hơn tốc độ mà một người quan sát trên tàu nhìn thấy. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm cho thấy tốc độ ánh sáng là như nhau cho dù nó được nhìn từ hướng nào, điều này cũng cung cấp hỗ trợ quan trọng cho thuyết tương đối của Einstein.
Theo nguyên lý tương đối và giả thiết rằng tốc độ ánh sáng là không đổi, Einstein đã rút ra một số kết luận. Nổi tiếng nhất trong số này là hiệu ứng giãn thời gian và co lại độ dài. Theo hiệu ứng giãn nở thời gian, khi một vật thể di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, thời gian của nó sẽ chậm lại. Ví dụ: nếu có hai đồng hồ được đồng bộ hóa hoàn hảo, một trên mặt đất và một trên máy bay đang bay, thì khi máy bay quay trở lại mặt đất, đồng hồ trên máy bay sẽ trễ hơn đồng hồ trên mặt đất. Hiện tượng này đã được chứng minh bằng thực nghiệm.
Khi một vật chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, thì chiều dài của nó giảm đi. Hiệu ứng này có thể được minh họa bằng ví dụ sau: Giả sử có một thanh, dài khi nhìn từ mặt đất; nhưng khi thanh được quay với tốc độ rất cao dọc theo trục của trái đất, nó trở nên ngắn hơn bởi vì nó cần phải tiến về phía trước để có thể theo kịp tốc độ quay của gậy. Hiệu ứng này cũng đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm.
Ngoài nguyên lý tương đối, vận tốc ánh sáng không đổi, thời gian giãn ra và co lại theo chiều dài, Einstein còn đề xuất nguyên lý tương đương khối lượng-năng lượng, nghĩa là E=mc² (năng lượng bằng khối lượng nhân với bình phương tốc độ ánh sáng), đây là một điểm quan trọng khác trong khái niệm thuyết tương đối. Công thức này cho thấy vật chất và năng lượng có thể chuyển hóa lẫn nhau, vật có khối lượng càng lớn thì năng lượng chứa trong vật đó càng lớn.
Nói tóm lại, thuyết tương đối của Einstein đã phá vỡ khuôn khổ của cơ học Newton từ nhiều góc độ, hoàn toàn lật đổ các khái niệm của con người về thời gian, không gian và chất lượng, đồng thời mở rộng nhận thức của con người về bản chất của vũ trụ. Mặc dù nhiều nhà khoa học đã hoài nghi về lý thuyết của ông vào thời điểm đó, nhưng với sự tiến bộ của công nghệ thực nghiệm, nó đã được chấp nhận rộng rãi và trở thành nền tảng của vật lý hiện đại.
Vậy Einstein đã khám phá ra thuyết tương đối như thế nào?
Einstein là một nhà vật lý trẻ tuổi trong thời kỳ này, ông rất quan tâm đến bản chất của tự nhiên, đồng thời được truyền cảm hứng bởi Hegels, nhà toán học trưởng của Viện Hàn lâm Khoa học Phổ ở Đức lúc bấy giờ. Hegels đã từng đề xuất một thí nghiệm tưởng tượng: Nếu một người đang đứng trên một đoàn tàu, liệu họ có thể biết được họ đang đứng yên trên mặt đất hay đang ở trên một đoàn tàu đang chuyển động với vận tốc không đổi? Câu hỏi này đã khiến Einstein suy nghĩ về bản chất của thời gian và không gian, và cuối cùng dẫn đến thuyết tương đối vĩ đại của ông.
Năm 1905, Einstein xuất bản một bài báo có tên "Lý thuyết đặc biệt về điện động lực học", trình bày một số khái niệm trung tâm của thuyết tương đối. Ông tin rằng điều đó có tương quan và phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của người quan sát. Nói cách khác, khi hai người nhìn thấy cùng một sự kiện vào cùng một thời điểm, họ có những nhận thức khác nhau về thời gian và không gian. Ý tưởng này được gọi là "nguyên lý tương đối".
Khi một vật chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, thì chiều dài của nó giảm đi. Hiệu ứng này có thể được minh họa bằng ví dụ sau: Giả sử có một thanh, dài khi nhìn từ mặt đất; nhưng khi thanh được quay với tốc độ rất cao dọc theo trục của trái đất, nó trở nên ngắn hơn bởi vì nó cần phải tiến về phía trước để có thể theo kịp tốc độ quay của gậy. Hiệu ứng này cũng đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm.
Nói tóm lại, thuyết tương đối của Einstein đã phá vỡ khuôn khổ của cơ học Newton từ nhiều góc độ, hoàn toàn lật đổ các khái niệm của con người về thời gian, không gian và chất lượng, đồng thời mở rộng nhận thức của con người về bản chất của vũ trụ. Mặc dù nhiều nhà khoa học đã hoài nghi về lý thuyết của ông vào thời điểm đó, nhưng với sự tiến bộ của công nghệ thực nghiệm, nó đã được chấp nhận rộng rãi và trở thành nền tảng của vật lý hiện đại.
