Thuyết tương đối là gì?

Thuyết tương đối Einstein có hai phần được phát minh ra ở hai giai đoạn khác nhau. Thuyết tương đối hẹp là thuyết đầu tiên hay còn được gọi là thuyết tương đối đặc biệt. Thuyết này chưa hoàn chỉnh. Nó chưa tính đến yếu tố gia tốc và lực trường.

Thuyết tương đối hẹp là một lý thuyết liên quan đến mối quan hệ giữa thời gian và không gian. Lý thuyết này dựa trên hai tiên đề.

Các định luật vật lý là như nhau đối với tất cả mọi người, bất kể vận tốc của người quan sát.
Tốc độ ánh sáng luôn không đổi bất kể chuyển động của nguồn sáng hay chuyển động của người quan sát.

Lý thuyết này là một trong những lý do giải thích nguồn gốc của phương trình nổi tiếng nhất E=mc²

Thuyết tương đối rộng là gì?

Từ sau khi thuyết tương đối einstein ra đời, Einstein luôn cảm thấy không hài lòng. Ông cảm thấy có một lỗ hổng nghiêm trọng trong lý thuyết của mình. Đó là nó không đề cập đến ảnh hưởng của lực hấp dẫn hay gia tốc.

Paul Ehrenfest, một người bạn của ông, đã nhận thấy một sự kỳ lạ. Nếu một đĩa đang quay, thì vành của nó chuyển động nhanh hơn tâm của nó. Do đó theo thuyết tương đối einstein, các que đo mét đặt trên chu vi của nó sẽ co lại. Điều đó có nghĩa là hình học phẳng Euclide phải thất bại đối với đĩa quay. Nó vi phạm tiên đề lý thuyết tương đối hẹp của ông “Các định luật vật lý là như nhau đối với tất cả mọi người, bất kể vận tốc của người quan sát.”

Trong suốt 10 năm kể từ khi công bố thuyết tương đối hẹp của mình. Einstein cố gắng xây dựng một lý thuyết về lực hấp dẫn với độ cong của không gian, thời gian. Lực hấp dẫn Newton thực ra là một sản phẩm phụ của một thực tại sâu xa hơn. Đó là sự uốn cong của kết cấu không gian và thời gian.

Thuyết tương đối rộng là lý thuyết khái quát hóa các khái niệm của thuyết tương đối hẹp, định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Nó mô tả lực hấp dẫn là một tính chất của không gian và thời gian. Thuyết tương đối rộng đưa ra mô tả về lực hấp dẫn trong vật lý hiện đại.

Einstein mâu thuẫn với David Hilbert

Mùa hè năm 1915, Einstein đã có sáu bài giảng kéo dài hai giờ tại Đại học Göttingen. Ông giải thích một phiên bản chưa hoàn thiện của thuyết tương đối rộng. Phiên bản này còn thiếu một vài chi tiết toán học cần thiết.

Vào tháng 11 năm 1915, Einstein cuối cùng đã hoàn thành thuyết tương đối rộng. Một kiệt tác của đời ông.

Nhưng một sự kiện đã xảy ra 5 ngày trước khi ông công bố bản thuyết hoàn chỉnh. David Hilbert một người bạn, một nhà toán học đã tổ chức các bài giảng tại trường đại học của ông. David Hilbert đã trao đổi thư từ với Einstein và hoàn thiện các chi tiết toán học còn thiếu. Sau đó Hilbert gởi các tất cả đến một bài báo vào tháng 11 như thể lý thuyết này là sở hữu của ông.

Dù rằng, sau cùng lý thuyết tương đối rộng vẫn quy là của Einstein. Nhưng sự việc này đã làm nảy sinh mâu thuẫn giữa 2 người. Họ sau đó đã hàn gắn tình bạn. Einstein đã viết thư cho Hilbert.

Tôi đấu tranh chống lại cảm giác cay đắng, và tôi đã làm như vậy một cách hoàn toàn thành công. Một lần nữa tôi nghĩ về bạn trong tình bạn trong sáng, và xin bạn cố gắng làm như vậy đối với tôi.
Einstein

Sự hài lòng của Einstein

Einstein đã rất hài lòng về thuyết tương đối rộng vì vẻ đẹp toán học của nó. Nó có thể dự đoán chính xác sự tuế sai điểm cận nhật của quỹ đạo Sao Thủy quanh mặt trời. Lý thuyết của ông cũng dự đoán sự lệch hướng có thể đo được của ánh sáng xung quanh mặt trời.

Einstein đã đề nghị giúp tài trợ cho một thí nghiệm để đo độ lệch của ánh sáng sao trong nhật thực.

Thực nghiệm kiểm tra thuyết tương đối rộng

Như đã nói, sau khi công bố bản lý thuyết tương đối rộng hoàn chỉnh. Einstein đã yêu cầu giúp đỡ tài trợ cho một thí nghiệm chứng thực về ánh sáng của các vì sao bị lệch khi ở gần Mặt Trời. Thí nghiệm như sau:

Một người đi thuyền đến đảo Principe, ngoài khơi bờ biển Tây Phi. Người còn lại đến Sobral ở miền bắc Brazil để quan sát Nhật Thực ngày 29 tháng 5 năm 1919.

Ngày 6 tháng 11, kết quả được công bố tại một cuộc họp chung ở London của Hiệp hội Hoàng Gia và Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.

Người đoạt giải Nobel J.J. Thomson, chủ tịch của Hiệp hội Hoàng gia, tuyên bố:

Kết quả này không phải là một kết quả riêng lẻ, nó là cả một lục địa các ý tưởng khoa học.…Đây là kết quả quan trọng nhất thu được liên quan đến lý thuyết hấp dẫn kể từ thời của Newton, và nó nên được công bố tại một buổi họp mặt của tổ chức Society được kết nối chặt chẽ với anh ta.

Tiêu đề của tờ The Times of London có nội dung: “Cuộc cách mạng trong khoa học. Lý thuyết mới về vũ trụ. Những ý tưởng của Newton bị lật đổ. Không gian bị ‘bẻ cong’”. Gần như ngay lập tức, Einstein trở thành nhà vật lý nổi tiếng nhất thế giới, người kế thừa Isaac Newton.

Einstein đề cao thuyết tương đối hơn hiệu ứng quang điện

Khi danh tiếng của ông lên cao. Các lời mời ông diễn thuyết đến dồn dập từ khắp nơi trên thế giới. Năm 1921, ông bắt đầu chuyến công du đầu tiên vòng quanh thế giới. Ông ghé thăm Hoa Kỳ, Anh, Nhật Bản và Pháp.

Mỗi nơi ông ấy đến đều có đám đông hàng ngàn người. Trong khi đang giảng thuyết tại Nhật Bản năm 1922, ông nhận tin thắng giải Nobel 1921. Có rất nhiều khúc mắc, ngăn trở giữa Einstein và Ủy ban trao giải Nobel. Cả 2 bên đều không hài lòng lẫn nhau. Giải Nobel Einstein thắng được là về hiệu ứng quang điện. Rõ ràng ông đã rất không hài lòng về sự thắng lợi này.

Einstein đã từ chối tham dự lệ trao giải Nobel của mình. Trong phát biểu nhận giải, Einstein đã khiến khán giả giật mình khi chỉ nói về thuyết tương đối einstein thay vì hiệu ứng quang điện.

Khoa học mới về vũ trụ học

Einstein cũng đưa ra khoa học mới về vũ trụ học. Các phương trình của ông dự đoán rằng vũ trụ là động – giãn nở hoặc co lại. Điều này mâu thuẫn với quan điểm phổ biến rằng vũ trụ là tĩnh. Vì vậy ông miễn cưỡng đưa ra một thuật ngữ “hằng số vũ trụ” để ổn định mô hình vũ trụ của mình.

Năm 1929, nhà thiên văn học Edwin Hubble phát hiện ra rằng vũ trụ thực sự đang giãn nở. Qua đó xác nhận công trình trước đó của Einstein. Năm 1930, trong chuyến viếng thăm Đài thiên văn Mount Wilson gần Los Angeles, Einstein đã gặp Hubble và tuyên bố hằng số vũ trụ là “sai lầm lớn nhất” của ông. Tuy nhiên, dữ liệu vệ tinh gần đây đã chỉ ra rằng hằng số vũ trụ thực sự tồn tại. Nó thực sự chi phối hàm lượng vật chất năng lượng của toàn bộ vũ trụ.

“Sai lầm” của Einstein dường như quyết định số phận cuối cùng của vũ trụ.

Vì sao đám đông hoan nghênh Einstein

Có một câu chuyện phản ánh một đặc điểm cơ bản của thuyết tương đối. Có lẻ đến giờ, sau khi đọc qua các mô tả sơ lược về thuyết này, các bạn vẫn cảm thấy lờ mờ lắm, khó hiểu lắm. Nếu các bạn cố đi sâu hơn, thì cái cảm giác lờ mờ ấy sẽ càng tăng lên. Đi kèm với đó có thể là lùng bùng, choáng. Nên lời khuyên ở đây là dừng ngay tại điểm khái quát bên ngoài. Câu chuyện các bạn sắp được nghe là về chuyến thăm California của Einstein.

Trong chuyến thăm đó, Einstein được yêu cầu xuất hiện cùng với nam diễn viên truyện tranh Charlie Chaplin trong buổi ra mắt bộ phim City Lights ở Hollywood. Hàng ngàn người vây quanh họ. Diễn viên Chaplin đã nói với Einstein

Mọi người hoan nghênh tôi vì họ đều hiểu tôi. Và họ hoan nghênh ông vì không ai hiểu ông.
Charlie Chaplin

Einstein hỏi Chaplin. “Tất cả có nghĩa là gì?”. Chaplin trả lời. “Không có gì”.

Tags: Einstein Thuyết tương đối

Thuyết tương đối einstein xuất hiện trong sự im lặng