5 Phút Hiểu Ngay Thuyết Tương Đối Của Einstein - Phần 1

Đây là một học thuyết vật lý cao cấp, rất hàn lâm, khó tiếp cận với đại chúng, nhất là các bạn học sinh, sinh viên không chuyên sâu về vật lý.

Bản thân tôi sau 30 phút tra google, đọc wiki, xem youtube xong cũng phải chạy đi nhặt lại não mấy lần, chính vì vậy tôi quyết định viết bài này để giúp tất cả mọi người đều có thể tiếp cận được học thuyết quan trọng nhất thế kỉ 20 này.

Hãy xét một ví dụ:nếu bạn đang lái chiếc oto di chuyển trên đường với vận tốc 60km/h, thì bạn có thể nói rằng vận tốc của bạn so với trái đất là VẬN TỐC THỰC TUYỆT ĐỐI được không?

Không hề, vì đó chỉ là vận tốc trên sự quan sát của bạn mà thôi, giả sử khi bạn di chuyển tôi đang ở mặt trăng nhìn xuống bạn, thì vận tốc của bạn sẽ phải tính cả vận tốc quay của trái đất quanh trục nữa, chắc chắn khác 60 km/h.

Hoặc một chiếc UFO ở ngoài hệ mặt trời đang theo dõi bạn, họ cũng sẽ phải tính thêm cả vận tốc quay của trái đất trong hệ mặt trời.Đó chính là sự tương đối trong vũ trụ này, kể cả không gian, thời gian và khối lượng.….Chỉ cần thay đổi người quan sát hay hệ quy chiếu là hệ thống cần đo sẽ không còn tuyệt đối nữa.

Định nghĩa: Các định luật vật lý là bất biến trong mọi hệ quy chiếu quán tính. Giải thích: Các định luật vật lý là như nhau đối với mọi vật đang đứng yên hoặc chuyển động ĐỀU.

Ví dụ: Nếu bạn đứng yên, hay đang ở trong một chiếc oto di chuyển 100 km/h ( cửa kính đóng kín ), hoặc trên máy bay với vận tốc 1000 km/h,thì khi bạn thả 1 đồng xu xuống, nó đều rơi theo phương thẳng đứng.Mọi định luật vật lý tác động lên đồng xu trong 3 trường hợp là như nhau.

Định nghĩa: Tốc độ ánh sáng trong chân không là như nhau đối với mọi quan sát viên, bất kể chuyển động của nguồn phát ánh sáng như thế nào.

Giải thích: trong vũ trụ, tốc độ ánh sáng trong chân không là lớn nhất,không thể vượt qua. Đối với mọi người quan sát, tốc độ ánh sáng luôn bằng 299.792.458 m/s.Ngoài ra tốc độ ánh sáng không thay đổi cho dù nguồn phát sáng di chuyển hay đứng im.

Ví dụ: Chúng ta xét tiếp trước xe oto ở trên, mặc dù vận tốc của oto là tương đối tuỳ vào người quan sát, nhưng trong vũ trụ ánh sáng là trường hợp đặc biệt, tốc độ ánh sáng là tuyệt đối.

Nếu bạn tăng tốc xe lên vận tốc 1000 km/h, rồi bật đèn pha thì tốc độ ánh sáng chiếu từ đèn cũng chỉ đạt tốc độ cố định bằng ~300 tr m/s.Cho dù thằng Alien ở ngoài hệ mặt trời quan sát bạn thì nó cũng chỉ thấy tốc độ ánh sáng như vậy. Riêng với ánh sáng thì công thức cộng vận tốc: ( tốc độ xe + tốc độ ánh sáng) của Newton đã không còn áp dụng được nữa.

3- Các hệ quả nổi bật của thuyết tương đối hẹp:

Để hiểu rõ hơn sự tương đối ở đây là gì, ta sẽ phải chia ra 2 hệ quy chiếu khác nhau để so sánh: người di chuyển và người quan sát.

1.Độ dài cũng tương đối:

Khi tốc độ di chuyển càng cao thì người quan sát sẽ thấy độ dài của vật co ngắn lại theo chiều chuyển động ( bản thân vật không nhận thấy điều này )

Ví dụ: một con tàu vũ trụ dài 100m đạt vận tốc bằng gần bằng tốc độ ánh sáng thì trong lúc di chuyển người quan sát sẽ thấy độ dài của tàu co lại chỉ còn khoảng 20m.

2.Khoảng cách cũng tương đối:

Khi tốc độ di chuyển càng cao thì người di chuyển thấy khoảng cách càng co ngắn lại.

Ví dụ: ta cần di chuyển quãng đường dài 1000 km, nếu có một con tàu vũ trụ bay với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng thì bản thân ta sẽ thấy quãng đường bị co ngắn lại chỉ còn vài trăm mét (người quan sát bên ngoài vẫn thấy quãng đường dài 1000km không đổi)

3.Khối lượng cũng tương đối:

Một vật chuyển động càng gần tốc độ ánh sáng thì người quan sát thấy khối lượng của nó càng tăng. (trên cảm nhận của nó thì khối lượng không đổi)

Ví dụ: trong máy gia tốc hạt khi các hạt electron đạt vận tốc tiệm cận tốc độ ánh sáng thì các nhà khoa học đo được khối lượng của nó tăng 2000 lần so với khi electron ở trạng thái nghỉ.

Khối lượng vật khi di chuyển tiệm cận tốc độ ánh sáng là khối lượng tương đối, khác hoàn toàn với khối lượng nghỉ (đứng yên) của vật. Khối lượng nghỉ của vật không thay đổi dù di chuyển với tốc độ cao.

4.Thời gian cũng tương đối:

Một người di chuyển càng nhanh thì thời gian của người đó càng trôi chậm lại so với người quan sát đứng yên.

Ví dụ: Trường và Ngọc cùng 30 tuổi, Trường lên phi thuyền di chuyển với tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng để đến hành tinh cách trái đất 20 năm ánh sáng, khi trở về Trường mới 31 tuổi, còn Ngọc đã 70. Đối với Trường, thời gian du hành trôi qua chỉ như cái chớp mắt, hay nói cách khác, Trường đã du hành thời gian đến tương lai của Ngọc.

5.Vận tốc ánh sáng là tuyệt đối:

Chỉ có photon (và các hạt không có khối lượng) đạt được tốc độ cao nhất trong vũ trụ - tốc độ ánh sáng, còn tất cả các vật có khối lượng khi tiệm cận tốc độ ánh sáng thì động lượng sẽ tăng vô hạn, và năng lượng cung cấp để di chuyển cũng tăng đến vô hạn, điều này bất khả thi trong vật lý.

3.Kết luận:

Ngày nay, sau hơn 100 năm ra đời, thuyết tương đối hẹp đã được chứng minh bằng lý thuyết và thực nghiệm, tất cả các tiên đề,hệ quả.Và thuyết tương đối hẹp cũng được ứng dụng trong thực tế ở rất nhiều lĩnh vực, đơn cử là hệ thống định vị toàn cầu GPS mà các bạn đang dùng trong điện thoại cũng liên quan đến sự giãn nở thời gian của thuyết tương đối.

Mọi người có thắc mắc gì xin vui lòng comment tôi sẽ cố gắng giải đáp trong khả năng của mình.Xin cảm ơn !

Dưới đây là chuyên mục 5 phút hiểu Vật Lý Lượng Tử.

Nguồn: Trường Vũ biên soạn