TWIN PARADOX? Chuyện lạ đời của hai chị em song sinh
Chuyện nghe như “Từ Thức về lại cõi trần” ngày xưa?
Mary là một phi hành gia NASA 30 tuổi từ giã mũi Canaveral Hoa Kỳ trong một hỏa tiển tốc độ siêu nhanh (gần tốc độ ánh sáng) vào năm 2010 với một sứ mạng 10 năm tới một tinh cầu gần chúng ta. Sau thời gian ngắn di chuyển với tốc độ bằng 90% tốc độ ánh sáng tức là 270,000 cây số 1 giây.
Mọi thứ trong phi thuyền đối với Mary trông bình thuờng, không có gì lạ. Dưới địa cầu người chị của Mary chờ đợi ngừơi em gái phi hành gia với một quãng thời gian dài dăng dẳng suốt 10 năm cho sứ mạng chiếc phi thuyền trở về an toàn. Và chiếc phi thuyền sau 10 năm đã trở về an toàn.
Giờ đây một CHUYỆN LẠ ĐỜI xảy ra!
Thời gian trong phi thuyền của Mary chỉ chạy đúng 5 NĂM tức Mary mới 35 tuổi, nhưng tại địa cầu người chị sinh đôi với Mary nay đã là 40 tuổi!
Giờ hai chị em sinh đôi một người 35 tuổi và một người là 40 tuổi.
Với tốc độ gần ánh sáng, “moving clocks run slow” với tốc độ 90% tốc độ ánh sáng thời gian trong phi thuyền chỉ còn một nửa tương đối với người ở lại trên địa cầu. Trong khi thời gian trôi đi 10 năm đối với người chị sinh đôi ở lại thì chỉ có 5 năm trôi qua với phi hành gia Mary vì đồng hồ của Mary chỉ chạy với tốc độ 1/2 đối với đồng hồ trên địa cầu. Nên nhớ rằng trong khi Mary có thêm 5 tuổi cô vẫn cảm thấy rằng thời gian trôi đi bình thuờng trong phi thuyền với 5 năm ; không phải cái chuyện trường sinh thêm 5 tuổi , cũng phải chuyện đồng hồ hư chạy chậm lại như trên địa cầu lo nghĩ mà chính THỜI GIAN TRONG PHI THUYỀN CHẠY CHẬM LẠI MỘT NỬA!
Trường hợp này gọi là chuyện nghịch lý từ đôi song sinh (Twin Paradox)
KHỐI LƯỢNG (mass) CŨNG TƯƠNG ĐỐI
Khối lượng (mass) được xem là không thay đổi do chưa tính tác dụng của sức hút (gravity), nay trong Đặc Thuyết Tương Đối nó cũng “tương đối” theo, có nghĩa nó không phải là một đại lượng bất biến nữa.
Theo vật lý thông thuờng khối lượng (mass) là đại lượng không thay đổi thuờng được viết tắt là (m). Trọng lượng của một vật là tích số khối lượng (m) và gia tốc trọng trường (g) (gravitational acceleration ) hay P=mg gia tốc trọng trường càng cao thì trọng lượng càng nặng. tuy rằng trọng lượng một vật trên mặt trăng chỉ bằng 1/6 trên trái đất vì gia tốc trọng trường trên mặt trăng yếu bằng 1/6 trên địa cầu nhưng khối lượng m vẫn không thay đổi.
Trong thuyết TƯƠNG ĐỐI của Einstein khối lượng (mass) thay đổi theo vận tốc và sự thay đổi này rõ rệt khi nó di chuyển với vận tốc cận kề với ánh sáng. Einstein cho rằng đạt đến vận tốc 90% tốc độ ánh sáng khối lượng (m) sẽ gấp đôi. Tốc độ 99% của ánh sáng thì khối lượng tăng cao gấp 7 lần!
CÓ CÁI GÌ ĐẠT ĐẾN VẬN TỐC ÁNH SÁNG CHĂNG?
Chúng ta biết rằng tốc độ ánh sáng quá nhanh không tưởng tượng nỗi, nhưng có gì đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng chăng?
Einstein lý luận rằng vật chất đạt đến vận tốc ánh sáng thì khối lượng biến đổi đến vô biên(infinitive)!
Nhưng theo ông, khi khối lượng càng tăng thì càng cần nhiều năng lựợng để chuyển động nó. Do đó khi khối lượng tăng đến “vô biên” thì năng lượng phải “vô biên”?
ĐIỀU NÀY KHÔNG THỂ CÓ; do vậy không có cái gì di chuyển NHANH HƠN TỐC ĐỘ ÁNH SÁNG.
Chúng ta đang sống trong một vũ trụ có sự chi phối của Đặc Thuyết Tương Đối. Một nơi không gì đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Tuy vậy Einstein và các bác học sau này đang có một mơ ước về những gì “NHANH HƠN ” tốc độ ánh sáng?
Giấc mơ này đã và đang đưa hoạt động nghiên cứu của các bác học thế giới đi vào thế giới của nguyên tử gồm Hạt (particles) và các hạt HẠ NGUYÊN TỬ (sub atomic particles). Những điều này có vẻ bất thuờng đối với Thuyết Tương Đối.
Đó là gì chúng ta thấy tương tự với khoa học hiện đại với Máy Gia Tốc Hạt Lớn tai Châu Âu (Large Hadron Collier LHC) là cỗ máy gia tốc hạt khởi động vào ngày 10/9/2008. LHC gồm một ống vòng (ring)liên hợp dài 27 km , kết tạo bởi hệ từ trường siêu dẫn (superconducting mangnets) có khả năng thăng hoa năng lực đưa vận tốc hạt truyền dẫn các hạt (particles) trong ống này lên suýt soát với tốc độ ánh sáng.
KIỂM CHỨNG THUYẾT TƯƠNG ĐỐI : CÓ THẬT KHÔNG?
Với một đồng hồ nguyên tử atomic clock , kiểm chứng nhiều lần từ năm 1971 được thực hiện trên 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!
Đinh Hoa Lư edition July Fourth 2016
tham khảo
-http://www.space.com/17661-theory-general-relativity.html
-http://blogs.britannica.com/2010/09/e-mc2-the-unforgettable-equation-of-einsteins-miracle-year-picture-essay-of-the-day/
-https://www.theguardian.com/science/2014/apr/05/einstein-equation-emc2-special-relativity-alok-jha
-https://www.theguardian.com/science/2014/apr/05/einstein-equation-emc2-special-relativity-alok-jha
http://www.worsleyschool.net/science…emc2/emc2.html
http://www.energytribune.com/2771/understanding-e-mc2#sthash.J9ZIZVqW.dpbs
UC Davis ChemWiki
http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Atomic_Theory/The_Atom/Sub-Atomic_Particles
http://zebu.uoregon.edu/~soper/Sun/fusionsteps.html
https://www.utdallas.edu/~parr/chm5414/54140903.html
