Thuyết
tương đối
Bách khoa toàn thư mở
Wikipedia
Phương trình nổi tiếng của Einstein
Lý thuyết tương đối của Albert
Einstein bao gồm 2 lý thuyết vật lý:
thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng. Các lý thuyết này được
hình thành khi người ta quan sát thấy bức xạ điện từ chuyển động với vận tốc không đổi
trong chân không (vận tốc ánh sáng) trong mọi hệ quy chiếu, không tuân theo các quy luật trong cơ học cổ điển của Isaac
Newton. Ý tưởng cơ bản trong hai lý thuyết để giải thích hiện tượng trên
là: khi hai người chuyển động tương đối với nhau, họ sẽ đo được những khoảng thời
gian và khoảng cách khác nhau giữa cùng những sự kiện, tuy
nhiên các định luật vật lý vẫn hiện ra giống nhau đối với cả hai người.
Mục lục
|
Thuyết tương đối hẹp
Xin xem thêm bài thuyết tương đối hẹp
Bài báo của Einstein vào
năm 1905, Zur
Elektrodynamik bewegter Körper ("Về điện động lực học của các vật thể chuyển
động") tập 17, xêri 4, đã giới thiệu thuyết tương đối hẹp. Thuyết tương
đối hẹp dựa trên một tiên
đề duy nhất: "mọi định luật vật lý là giống nhau trong mọi hệ quy chiếu quán
tính (tức là những hệ quy chiếu chuyển động với vận tốc không đổi so với
nhau)". Do các định luật vật lý
giống nhau, mọi người nằm trong một hệ quy chiếu quán tính không thể làm bất cứ
thí nghiệm vật lý nào để xác định trạng thái chuyển động của mình. Với Thuyết
tương đối hẹp, không gian và thời gian không phải là bất di bất dịch như trong
quan điểm của Isaac Newton - cha đẻ của vật lý học cổ điển, mà
trái lại, nó có thể "co" lại tùy tình hình.. Einstein đã thay không
gian, thời gian tuyệt đối bằng không gian, thời gian tương đối.
Phát biểu ban đầu,
Einstein còn đề cập "tiên đề thứ hai" được phát biểu là: "ánh
sáng luôn chuyển động trong chân không với vận tốc không đổi". Tuy nhiên,
đây chỉ là hệ quả của tiên đề phát biểu ở trên khi công nhận lý thuyết điện từ. Theo tiên đề trên, lý thuyết điện từ, một lý thuyết đưa ra công thức
tính vận tốc ánh sáng từ các hằng số (xem bài vận tốc ánh sáng), là không thay đổi theo hệ quy
chiếu quán tính. Vậy hiển nhiên vận tốc ánh sáng, kết quả của lý thuyết điện
từ, cũng không thay đổi theo hệ quy chiếu quán tính.
Thuyết tương đối rộng
Xin xem thêm bài thuyết tương đối rộng
Thuyết tương đối rộng
được Einstein công bố vào năm 1916 (trước đó đã nằm trong loạt bài giảng tại Viện Khoa học Phổ
25
tháng 11 năm 1915).
Tuy nhiên, nhà toán học người Đức David
Hilbert đã viết và công bố các phương trình hiệp biến
trước Einstein. Có nhiều lý do cả Einstein và Hilbert được xem như đồng phát
minh ra thuyết tương đối rộng. Lý thuyết này giới thiệu các phương trình thay
cho định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Nó
sử dụng hình học vi phân và tenxo để mô tả trọng trường.
Lý thuyết này cũng dựa
trên một tiên đề duy nhất: "mọi định luật vật lý là giống nhau trong mọi hệ quy chiếu (gồm cả những hệ quy chiếu chuyển động
với vận tốc thay đổi so với nhau)". Trong lý thuyết này, trọng lực không
tồn tại như lực riêng (như theo quan niệm của Newton), mà chẳng qua là lực quán tính, hay khái quát hơn là hệ quả của độ
cong trong không-thời gian. Về mặt trực quan, cảm giác về lực
hấp dẫn khi ngồi trên mặt đất giống cảm giác lúc trong thang máy đi lên (hoặc
tương tự trong xe khi đang tăng tốc/giảm tốc). Lý thuyết tương đối rộng đã dẫn
đến một kết quả là mọi vật
chất (hay khối lượng hay năng lượng) đều làm cong không-thời gian, và độ cong này
tác động đến đường rơi tự do của các vật
chất khác (kể cả đường đi của ánh sáng).
Hiện tượng vật chất bẻ
cong đường đi ánh sáng đã được kiểm chứng lần đầu tiên đối với Mặt
Trời (nơi tập trung nhiều vật chất nhất trong Hệ Mặt Trời). Trong vũ trụ,
đã quan sát thấy có nơi (ví dụ ở gần trung tâm các thiên
hà) tập trung nhiều vật chất đến mức ánh sáng đến gần bị hút vào và không
ra được nữa, gọi là các lỗ đen
vì chúng không phát ra ánh sáng (hay không cho phép ánh sáng thoát ra).