THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP

THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP (SPECIAL RELATIVITY THEORY ) ALBERT EINSTEIN ( 1879 - 1955 )Năm 1905 thực sự là một năm thành công của nhà vật lý trẻ Albert Einstein khi ông đã có đến 4 phát minh chỉ trong vòng 6 tháng ngắn ngủi . Trong đó nổi tiếng nhất là bài viết dài 30 trang có cái tên " Điện động lực học của các vật chuyển động với vận tốc ánh sáng " . Đó chính là cơ bản của " Thuyết tương đối hẹp " , lý thuyết đã làm thay đổi thế giới trong 100 năm trở lại đây . Thuyết tương đối hẹp khác với Vật lý cổ điển ở 2 tiên đề cơ bản1./ Mọi hiện tương vật lý xảy ra như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính . Điều này vào thế kỉ 17 , Galileo Galile đã dưa ra một tiên đề tương tự với các định luật cơ học . 2./ Vận tốc ánh sáng luôn là hằng số với bất kì người quan sát nào . Nó luôn băng c = 299792458 m/s Điều này được kiểm chứng qua thí nghiệm của Albert Michelson v Moorly . Hai ông đã kiểm chứng rằng vận tốc ánh sáng là như nhau đối với 2 chùm sáng vuông góc với nhau trong thí nghiệm nổi tiếng của mình Điều này thực sự đe dọa thuyết "đại dương ether bất định " cũng như cơ học Newton . Nhiều nhà vật lý học nổi tiếng đã cố gắng dung hòa kết quả của thí nghiệm này với thuyết "đại dương ether bất định " . Năm 1905 , nhà vật lý trẻ Albert Einstein đã vứt bỏ thuyết "đại dương ether bất định " để giải thích kết quả thí nghiệm này , để rồi xây dựng tiên đề này . CÁC HỆ QUẢ QUAN TRỌNG CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP :
1./Tính đồng thời của hai biến cố là tương đối: Giả sử một chiếc tàu vũ trụ xuất phát từ Trái đất với vận tốc v .Tàu có chiều dàu l . Gốc thời gian là lúc tàu xuất phát . Tại thời điểm t , trên tàu xảy ra đồng thời 2 biến cố :biến cố 1 xảy ra trên đuôi tàu , biến cố 2 xảy ra trên mũi tàu . Do vận tốc truyền tương tác là hữu hạn và bằng vận tốc ánh sáng trong chân không nên người trên mặt đất nhận được biến cố 1 sau tại thời điểm : t'= t(1+v/c) Người trên mặt đất nhận được biến cố 2 tại thời điểm t"=t+ (vt + l)/c >t' Vậy 2 biến cố xảy ra đồng thời trong hệ quy chiếu K thì sẽ không đồng thời trong hệ quy chiếu K' đang chuyển động tương đối so với K .
 2./ Thời gian không như nhau đối với 2 người đang chuyển động tương đối với nhau. Điều này quả là khó có thể tin . Theo Newton thì thời gian là tuyệt đối , có nghĩa là tôi và bạn dù đứng yên hay chuyển động tương đối với nhau thì thời gian đều trôi qua như nhau .Nhưng theo " Thuyết tương đối " của Einstein thì mỗi người có một thời gian riêng , tùy thuộc vào vận tốc của người đó . Có một nhà vật lý người Pháp đã đưa ra cái gọi là "Nghịch lý sinh đôi " (điều này là nghịch lý nếu trong đầu chúng ta còn tin vào thời gian tuyệt đối của Newton ) . Nghịch lý này như sau : " Có 2 người anh em sinh đôi . Một người ở lại mặt đất , một người du hành trong vũ trụ với vận tốc cực lớn . Lúc quay về mặt đất thì người này sẽ thấy mình trẻ hơn rất nhiều so với người anh em sinh đôi của mình trên mặt đất " . Trong cuộc sống thường ngày thì các vận tốc đều nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc ánh sáng nên sự chênh lệch này không đáng kể ( hiệu ứng tương đối tính chỉ áp dụng với các vật thể chuyển động với vận tốc xấp xỉ 0,4c ) . Thời gian của 2 người có thể sẽ không giống nhau trong một số trường hợp khác chứ không chỉ vì 2 người chuyển động tương đối với nhau . Tất cả các sự chênh lệch về thời gian riêng này đều được suy ra từ tiên đề 2 của thuyết tương đối hẹp.
3. / Khối lượng của vật tăng lên khi vật di chuyển với vận tốc tiến gần đến c : Thật ra , khi vừa chập chững bước vào Vật lý Lý thuyết , khi đọc tới thuyết tương đối hẹp , tôi không hề cho rằng nó là một phát minh thật sự của Einsteins vì cả 2 tiên đề đều đã có người dọn đường sẵn . Nhưng bây giờ tôi cảm thấy phục Einstein rùi . Có thể Einstein không tự đưa ra 2 tiên đề này , nhưng ông đã phát triển từ 2 tiên đề này ra rất nhiều hệ quả trái ngược hoàn toàn với Vật lý cổ điển , những hệ quả có thể đã có người tìm ra nhưng đã không dám công bố vì cho rằng mình đã làm sai .Hệ quả này cũng dzậy. Theo Vật lý cổ điển thì khối lượng của một vật là bất biến . Nhưng theo "Thuyết tương đối " thì khối lượng của một vật là một hàm của vận tốc ( do công thức quá phức tạp nên tớ ko thể đưa lên trang web này được .Nếu ai muốn biết công thức thì hãy liên hệ với tớ nha ) .Theo công thức này thì khi vật di chuyển với vận tốc ánh sáng thì khối lượng của vật là vô hạn . Vì vậy để nâng vận tốc của một vật lên đến vận tốc ánh sáng là điều ko thể vì phải cung cấp cho vật một năng lượng vô hạn .
 4/ Không thể di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng : Đối với những ai luôn ủng hộ Vật lý Newton thì đây quả thực là một nghịch lý . Theo Vật lý Newton thì có thể chuyển động với vận tốc vô hạn ( chẳng hạn như là theo Newton các tương tác có thể truyền đi với vận tốc vô hạn ) . Nhưng theo Eisteins thì vận tốc ánh sáng là vận tốc cực đại . Hãy cùng nhớ lại định luật II Newton nhé! Theo định luật này , lực tác dụng ( đặc trưng cho năng lượng cung cấp cho vật) luôn tỉ lệ thuận với gia tốc mà lực này cung cấp cho vật .Theo như Newton dự đoán thì tăng lực lên bao nhiêu lần thì gia tốc tăng bấy nhiêu lần. Theo Einstein thì không như vậy. Ở mục 3 , ta đã biết khối lượng là một hàm của vận tốc , do vậy khi vận tốc càng cao thì dự đoán của Newton càng sai .Điều này đã được kiểm chứng trong các máy gia tốc. Ví dụ , phải cung cấp một năng lượng gấp đôi để tăng tốc cho một proton từ 299144km/s lên đến 299585km/s, túc là tăng thêm khoảng 0,14742% . Trong khi đó , khối lượng của proton tăng từ 13 lần lên 19 lần khối lượng nghỉ của proton . Theo công thức tính khối lượng khi vật chuyển động , ta thấy vật chuyển động với vận tốc ánh sáng thì khối lượng của vật là vô hạn . Do vậy không thể di chuyển với vận tốc ánh sáng vì phải cung cấp một năng lượng vô hạn .
 5./ Không gian và thời gian hõa lẫn với nhau : Theo cơ học cổ điển, thì số đo thời gian là tuyệt đối. Một hành khách ngồi trên xe lửa, giở báo ra xem, rồi gấp lại ngay sau đó, đo được khoảng cách thời gian giữa hai biến cố là một phút và khoảng cách không gian bằng không. Một người quan sát đứng trên sân ga cũng đo được khoảng cách thời gian giữa hai biến cố bằng một phút, nhưng khoảng cách không gian lại là một kilômét. Khoảng cách thời gian là tuyệt đối, nhưng khoảng cách không gian lại không thế. Thế nhưng các phép biến đổi Lorentz lại cho chúng ta biết giờ giấc phụ thuộc địa điểm và địa điểm phụ thuộc giờ giấc. Thành thử "không gian và thời gian đã hòa lẫn vào nhau". Khoảng thời gian đọc báo và khoảng cách từ nơi giở báo đến nơi gấp báo, tất cả đều phụ thuộc vào người quan sát. Tuy nhiên, lại có một tổ hợp nào đó của hai đại lượng này là như nhau đối với mọi người quan sát. Ðó là "khoảng không - thời gian"(1), nó là tuyệt đối. Không gian và thời gian không như nhau đối với mọi người, còn "không - thời gian" đối với mọi người thì như nhau.
 6./ Khi chuyển động , chiều dài của vật co ngắn lại : Ðo chiều dài của một vật là xác định vị trí hai đầu của nó ở cùng một thời điểm trong một hệ quy chiếu cho trước. Thế nhưng, ta đã biết rằng, hai người quan sát chuyển động tương đối với nhau, sẽ không đồng thuận về tính đồng thời. Họ sẽ không bao giờ đồng ý với nhau về các số đo chiều dài. Ta có thể chứng minh rằng, nếu như thời gian của một hệ đang chuyển động, có vẻ trôi chảy chậm đi một nửa, thì chiều dài các vật nằm trong hệ đó dường như ngắn lại hai lần theo chiều chuyển động. Hệ số co ngắn chiều dài là nghịch đảo của hệ số giãn dài thời gian. Nhưng, một lần nữa hai người quan sát lại có thể nói ra cùng một điều: mỗi người đều thấy các vật đang chuyển động "co ngắn" lại. Thật ra, các vật không thay đổi vì chuyển động, nhưng chỉ tại hai người quan sát bất đồng về vị trí hai đầu mút của các vật mà thôi. Ta tưởng tượng một nhà kho dài 20 mét và một cái thang dài 25 mét (số đo trong một hệ mà các vật nằm yên). Ta thấy chẳng có chút hy vọng nào khả dĩ cho phép xếp chiếc thang vào nhà kho theo chiều dài. Tuy nhiên, anh nông dân đã đọc Einstein, cho rằng có thể tìm ra lời giải: anh ta sẽ lao chiếc thang vào nhà kho với vận tốc lớn, sao cho nó chỉ còn đo được 20 mét. Bây giờ ta chấp nhận quan điểm của con kiến bám trên thang. Ðối với nó, thì nhà kho tiến lại gần với vận tốc lớn và chỉ còn đo được có 16 mét (hệ số co ngắn cũng đúng như đối với anh nông dân, nghĩa là bằng 5/4). Người nông dân nghĩ rằng chiếc thang vào vừa khít nhà kho, nhưng con kiến lại cho rằng thang không thể xếp vừa chút nào. Vậy ai có lý ? Cả hai suy luận đều đúng trong hệ quy chiếu của mình, nhưng không một lập luận nào tuyệt đối đúng.
 7./ Hệ thức Einstein về mối quan hệ giữa khối lượng và năng lượng : Einstein đã đúc kết được một phương trình cực kì nổi tiếng : E = mc² Phương trình này cho ta biết rằng trong 1 gam bất kì chất nào cũng chứa một năng lượng nghỉ là 9.10¹³ J . Đây là một nguồn năng lượng rất lớn và đã được kiểm nghiệm là có thật . Chính phương trình này đã đem lại cho con người một nguồn năng lượng mới : năng lượng nguyên tử . Có người từng nói : "Không có Einstein thì các nhà hóa học thể mày mò và biết được là Uranium phân hạch sẽ bị hụt đi một ít khối lượng, nhưng họ sẽ không biết được một ít khối lượng đó sẽ tương ứng với một năng lượng khổng lồ . " ( ai muốn biết thêm một số vấn đề về thuyết tương đối hẹp thì có thể liên hệ với admin qua nickname stupid_man_91 hoặc qua địa chỉ : Nguyễn Minh Châu lớp 10 Lý trường chuyên Lê Quý Đôn - Quảng Trị ) .