Năm 1905, Phương trình E=mc2 xem ra lập dị với lý thuyết vật lý cổ điển và với những đồng nghiệp của Einstein. Theo ông bức xạ điện từ (electromagnetic radiation) có tốc độ không đổi là 186,000 dặm hay 300,000 km/sec.
E= mc2 là sản phẩm của ĐẶC THUYẾT TUƠNG ĐỐI , thời này khó ai tin . Dù sao, Albert Einstein tin vào những suy nghĩ chính ông, khi kiểm chứng về ‘thái độ’ của ánh sáng đối với nền tảng vật lý nhân loại vào thời điểm ít người tin tưởng .
Đặc thuyết này có những tính chất sau ,sẽ nói rõ vào phần dưới:
*càng lao nhanh thời gian đi chậm lại-“moving clocks run slow”, Twin Paradox là gì ?
*vật chất (mass) không bao giờ vượt qua tốc độ ánh sáng , và tốc độ ánh sáng là giới hạn cuối cùng của nó.
*khi di chuyển với tốc độ gần với vận tốc ánh sáng mọi công thức về động tử bình thường đều khác đi
1-khi động tử lao đi với tốc độ gần ánh sáng , thì tốc độ một tia sáng phát ra từ động tử này cũng là tốc độ 300 ngàn km/ g
2–Khi động tử này lao đi với với tốc độ cũng 200 ngàn km/giây về phía nguồn sáng tốc độ nguồn sáng tới gần động tử này cũng là 300 ngàn /giây điều này thật ‘quái lạ’ so với vật lý bình thường.!
Đặc Thuyết Tương Đối (hay Lý Thuyết Tương Đối – the Special Theory of Relativity ) do bác học Albert Einstein (1879-1955) đề xướng lúc đầu vào năm 1905. Tại sao chúng ta nói nó đặc biệt? vì nó sinh ra trong trường hợp có những điều kiện rất đặc biệt khi những khả năng hiểu biết đòi hỏi phải toàn diện.
Thuyết Tương Đối Tổng Quát được đề xướng lại vào năm 1915.
Ý niệm tương đối không gian và thời gian – SpaceTime
Với hệ tọa trục bình thuờng , chúng ta có thể xác định điểm đứng của chúng ta ; lấy ví dụ,”về đông 20 cây số lên bắc 5 dặm và đào sâu xuống 3 mét sẽ có kho tàng chôn ở đó” . Đó là hệ thống không gian ba chiều bình thuờng. Đối với bác học Einstein ông còn thêm một yếu tố nữa đó là THỜI GIAN.
Hợp thể KHÔNG GIAN- THÒI GIAN -SPACE TIME CONTINUUM
THỜI GIAN LÀ MỘT ẢO NIỆM—QUÁ KHỨ, HIỆN TẠI, TƯƠNG LAI ĐỀU CÓ THẬT VÀ TRƯỜNG CỮU TRONG HỆ KHÔNG GIAN -THỜI GIAN TRONG ĐẶC THUYẾT TƯƠNG ĐỐI ….
Với một đồng hồ nguyên tử, atomic clock, kiểm chứng nhiều lần từ năm 1971 được thực hiện trên nhiều chuyến bay ngang qua Đại tây Dương. Một đồng hồ nguyên tử cài vào chuyến hành trình dài đường này. Đương nhiên chúng ta biết vận tốc nhanh nhất của máy bay có nhanh gì cũng chỉ là một phần quá nhỏ so với tốc độ ánh sáng , tuy vậy người ta cũng đo được độ biến thiên PHẦN TRIỆU CỦA GIÂY với thuyết “moving clocks run slow” khi có sự so sánh giữa 2 đồng hồ nguyên tử (atomic clock) , một đứng yên trên mặt đất và một di chuyển theo máy bay.
Chuyện này đang hé lộ thuyết tương đối của Einstein là có thật!
Hình học Euclid xưa xem không gian gồm 3 chiều (dài- rộng -sâu ). Trong đặc thuyết tương đối của Bác Học Einstein, ông cho rằng định luật vật lý áp dụng y nhau cho những người quan sát bất động. Ông cho rằng tốc độ ánh sáng trong chân không , chẳng hề thay đổi đối với một người quan sát đang di động. Einstein khám phá ra rằng không gian và thời gian là một dạng đan kết với nhau thành dạng liên tục không hề dứt đoạn được gọi là Space-Time. Các biến cố xảy ra cùng một lúc cho người quan sát này nhưng có thể xảy ra vào những thời điểm khác cho ngừơi quan sát kia trong không gian.
Không Gian-Thời Gian (SpaceTime) là một mô thức toán học, là một dạng kết hơp giữa không gian và thời gian thành một dãi đan kết, xen kẽ với nhau liên tục (interwoven continuum).
Nay Space-time có thêm chiều thứ 4 đó là CHIỀU THỜI GIAN .
QUÁ KHỨ HIỆN TẠI TƯƠNG LAI CŨNG TƯƠNG ĐỐI
Nói gọn lại, Einstein trong ĐẶC THUYẾT TƯƠNG ĐỐI, thời gian là TƯƠNG ĐỐI …giả dụ ở một thiên hà rất xa hàng tỷ năm ánh sáng một hoạt động của người vũ trụ nào đó “ĐANG XẢY RA” nhưng đối với chúng ta nó đã là QUÁ KHỨ, hay ngược lại là TƯƠNG LAI đời ‘cháu chắt chít’ của chúng ta vậy.
[Hai thời gian chạy khác nhau ở đây không có nghĩa là hai “đồng hồ một nhanh một chậm” đó là trở ngại cơ khí của cái đồng hồ chỉ giờ. Thời gian trong thuyết tương đối đối với Einstein chỉ là một ẢO NIỆM (illusion) vì nó không nhất quán.
Quá khứ hiện tại và ngay cả tương lai; trong Hệ Kết Nối Space-Time đang tồn tại mãi. \
Ý niệm này đưa chúng ta đến các giả thuyết khoa học giả tưởng gặp lại quá khứ để nói chuyện với người xưa như anh hùng Nguyễn Huệ và trở về “tương lai” để thấy được xã hội chúng ta vào năm 3000 chẳng hạn hay sao?
Tại sao chúng ta gọi spacetime là một dãi liên tu bất tận (continuum)?
Trong vô tận khoảng khắc xuất hiện của môt vật trong không gian nó là sự kết nối của vô tận khoảng khắc (instants) đó sự liên kết với điều kiện hoàn toàn không có sự mất mát của điểm nào trong không gian cả. Nói như thế, chiều thời gian (time dimension) của Spacetime là chiều thứ 4 không thể thiếu trong lý thuyết vũ trụ và khác xa với không gian 3 chiều của hình học Euclid (dài rộng sâu)
Đặc Thuyết của Einstein khám phá rằng khi con người ta di chuyển với vận tốc gần kề với vận tốc ánh sáng (gần 300,000cs/giay) mọi thứ xảy ra khác với điều chúng ta thuờng nghĩ tới. Chúng ta càng di chuyển nhanh chừng nào thì đồng hồ chỉ thời gian chúng ta mang theo chậm lại chừng đó so với những ai còn đứng yên không di động theo chúng ta. Thời gian, đối vói các động tử di chuyển kể trên có thay đổi ! Thời gian và không gian đúng ra là hai thực tế tách biệt giờ đây là một thể , đó gọi là hợp thể KHÔNG GIAN- THÒI GIAN- Spacetime ; rút gọn chúng ta nói ” đồng hồ lao đi thì chạy chậm lại “- moving clocks run slow”
HAI ĐỊNH ĐỀ CỦA EINSTEIN
Lý thuyết Tương Đối của Einstein dựa trên hai Định Đề căn bản
(gọi là Định đề vì không thể chứng minh hay chưa chứng minh ra)
*1- Luật vật lý bình thuờng trong đời sống mà chúng ta thấy bất cứ phần tử nào trong không gian đều nằm trong hệ thống 3 chiều giống nhau đó là đồng- tây và nam-bắc cùng trên hay dưới đó là không gian ba chiều . Hệ quy chiếu này áp dụng lên mọi hoàn cảnh cho chúng ta hàng ngày mà chúng ta vẫn thấy ; đó là dung tích , thể tích , vị trí một vật…
*2- tốc độ ánh sáng là bất biến. Nói như vậy trong môi trường chân không , tốc độ ánh sáng luôn luôn giống nhau dù bạn có đi theo hay đi ngược chiều với nó bất cứ tốc độ nào.
Chuyện này rõ ràng quá lạ đối với chúng ta. Tại sao vậy?
ví dụ chúng ta đuổi theo chiếc xe đò chạy 30 cây số giờ , trong lúc vận tốc chúng ta là 10 cây số giờ thì theo quy luật vật lý bình thuờng chiếc xe đò chỉ di chuyển với tốc độ chỉ còn 20 cây số giờ đối với chúng ta thôi. Trong hệ thống quy chiếu 3 chiều bình thuờng điều này chúng ta dễ hiểu , hiệu số tốc độ hai động tử đồng chiều và tổng số tốc độ nếu là nghịch chiều.
Theo Einstein, với định đề hai mọi chuyện khác với chúng ta nghĩ.
Giả dụ, chúng ta ngồi trên một hỏa tiển di chuyển với tốc độ rất nhanh 100000 cây số một giây từ đây chúng ta chiếu ra một tia sáng ; bình thuờng chúng ta nghĩ rằng giờ đây vận tốc tia sáng đó di chuyển xa chúng ta giờ chỉ còn 300000-100000 = 200000 cây số /1 giây xa chúng ta thôi?
-SAI !
Định Đề thứ 2 của Einstein cho rằng tia sáng đó vẫn có tốc độ 300000 cây số/1 giây đối với chiếc hỏa tiển đó. Cũng tương tự chiếc hỏa tiển có tốc độ 100 ngàn cây số/1 giây đó đang lao về một nguồn sáng ; bình thuờng chúng ta cho rằng tốc độ gần nhau giờ đây là 100000+300000 =400000 cây số/1 giây?
-SAI !
Ánh sáng đó tiến gần chúng ta cũng 300 ngàn cây số 1 giây !
Nếu bất cứ trường hợp nào tốc độ ánh sáng cũng giữ nguyên thì có cái gì xảy ra chăng?
CÓ- đó là THỜI GIAN THỜI GIAN LÀ TƯƠNG ĐỐI
Nói tới đây chúng ta nghe có vẻ lạ kỳ, hình như thời gian không còn cố định nữa chăng? Thật vậy, với hệ thống Không Gian- Thời Gian (spacetime) thời gian không còn bất biến nữa. Nó có thể bị lệch lạc, thay đổi. Di chuyển càng nhanh thời gian càng chạy chậm lại, với điều kiện không bình thuờng, nghĩa là gần với tốc độ ánh sáng một tốc độ lấy thí dụ chúng ta bay vòng quanh 7 lần địa cầu trong 1 GIÂY đồng hồ. Thời gian chạy khác nhau; không có nghĩa do cái đồng hồ “yếu pin” nên chạy chậm
Chuyện lạ lùng ở đây MỘT GIÂY của một động tử lao với vận tốc gần ánh sáng nó đã còn MỘT NỬA so với một vật thể đang đứng yên.
Một chuyện đầy kịch tính đối với cuộc đời bình thuờng nhưng trong THUYẾT TƯƠNG ĐỐI, thời gian tự nó chạy khác nhau đối với hai người, lấy thí dụ, di chuyển với hai tốc độ khác nhau.
Ngang đây xin bạn đọc quên đi các vận tốc bình thuờng trong cuộc đời.
Đinh Hoa Lư
