TT&HĐ V - 43/c

 

                                             

                         Thuyết Tương Đối Rộng và Thuyết Tương Đối Hẹp | Thư Viện Thiên Văn

PHẦN V:     THỐNG NHẤT 

"Khoa học là một sức mạnh trí tuệ lớn nhất, nó dốc hết sức vào việc phá vỡ xiềng xích thần bí đang cầm cố chúng ta."
Gorky 

 

"Mỗi một thành tựu lớn của nhà khoa học chính là xuất phát từ những ảo tưởng táo bạo". 
JohnDewey

"Chân lý chỉ có một, nó không nằm trong tôn giáo, mà nằm trong khoa học."
Leonardo da Vinci
 

"Cái khó hiểu nhất chính là hiểu được thế giới" 

Albert Einstein

 "Có hai cách để sống trên đời: một là xem như không có phép lạ nào cả, hai là xem tất cả đều là phép lạ".

Albert Einstein

      

“Chính qua cuộc đấu tranh nhằm thống nhất một cách hợp lý cái đa dạng mà đã đạt được những thành công lớn nhất, dù rằng chính ý đồ đó có thể gây ra những nguy cơ lớn nhất để trở thành con mồi của ảo vọng”.

Albert Einstein

“Người nhìn thấy cái đa dạng mà không thấy cái đồng nhất thì cứ trôi lăn trong cõi chết”.

Upanishad       

CHƯƠNG IV (XXXXIII): ÊTE

“Một con người có thể thành công trong bất cứ việc gì nếu anh ta đổ vào đó một lòng nhiệt thành vô hạn”.

Charles Schwab

“Nếu toán học quắc thước, ngạo nghễ và hùng vĩ như những kim tự tháp Ai Cập thì vật lý học uyển chuyển, lúc điềm tĩnh lúc cuồn cuộn dâng trào như dòng sông Nin và chúng hợp thành một quang cảnh hiện thực khách quan vô cùng sinh động, vừa sáng lạn, vừa kỳ bí, được tạo dựng bởi thiên nhiên hoang dã và sự cộng tác sáng tạo của lý trí loài người”.

Thầy Cãi

“Đôi lúc cuộc sống thật khắc nghiệt, rắn như thép đã tôi. Nó có những lúc ảm đạm và đau đớn. Như bất cứ một dòng chảy nào của một con sông, cuộc sống có những lúc khô cạn và những khi triều cường. Cũng như sự thay đổi theo chu kỳ từ trước đến nay của các mùa, cuộc sống có cái ấm áp dễ chịu của những mùa hè và cái rét buốt của những mùa đông…Nhưng chúng ta có thể tự nâng mình lên khỏi nỗi chán chường và tuyệt vọng, vươn đến sự vui vẻ của hy vọng và biến đổi các thung lũng hoang vắng, tăm tối thành những lối đi chan hoà ánh nắng của sự thanh bình sâu lắng”.
 MARTIN LUTHER KING 

"Sai lầm lớn nhất của Anhxtanh là tin theo quan niệm coi thời gian như vật chất, có thể co giãn được và hòa quyện vào không gian được. Do đó nếu ngày nay học thuyết tương đối trở thành cơ sở chủ yếu cho nhận thức vật lý học về Vũ Trụ, thì tương lai nó chỉ còn là một huyền thoại của một thời ảo mộng. Có thể coi không gian và thời gian quan hệ khăng khít như hình với bóng, như thể xác với linh hồn, nhưng phải được phân biệt dứt khoát với điều kiện tiên quyết: không có hình thì không có bóng, không có thể xác thì tuyệt đối không có linh hồn".
NTT

"Tất cả mọi điều trên thế giới này đều được hy vọng làm nên".  

MARTIN LUTHER KING

 

(Tiếp theo)

Albert Einstein lè lưỡi, 1951 của Arthur Sasse. Bức ảnh Albert Einstein lè lưỡi là bức ảnh đầu tiên cũng là bức ảnh duy nhất đến nay có nội dung hài hước về một nhà khoa học nổi tiếng. Không nói thì ai cũng biết nhà vật lý đoạt giải Nobel Albert Einstein. Ông là nhà bác học đại tài đã phát minh ra thuyết Tương đối. Tuy làm nghiên cứu song ông cũng có đầu óc khôi hài và nhờ thế có một bức ảnh vô cùng dí dỏm, là hình mẫu của các thiên tài, lập dị và đãng trí nói chung của thế giới. Nhân dịp sinh nhật 72 tuổi của ông tại viện nghiên cứu Princeton- New Jersey, Mỹ ngày 14/3/1951, Arthur Sasse đã tới chơi và có ý mời ông chụp ảnh với nụ cười thật tươi. Bấy giờ, nhà bác học đang ngồi ở ghế sau một chiếc ô tô. Nhận lời người bạn trẻ, song thay vì sự nghiêm trang, chỉn chu thì ông lại thè lưỡi ra tinh nghịch, và hình ảnh đó đã trở thành chân dung đặc biệt nhất của Einstein cũng như  thời đại. Ông rất thích bức ảnh và đã chín lần tráng rửa nó. Sinh ra tại Đức đến năm 1940, ông đã nhập quốc tịch Mỹ và cống hiến nhiều công trình vĩ đại. Sau khi ảnh được công bố bốn năm thì ông mất. Năm 2009, một bản gốc của nó đã bán được 74.324 đô la.

 Albert Einstein lè lưỡi, của Arthur Sasse

***

Anhxtanh được thừa nhận là nhà vật lý vĩ đại nhất thế kỷ XX cho nên sách báo kể về cuộc đời ông, viết về sự nghiệp khoa học của ông rất nhiều, sự thực có, giai thoại có, không sao đếm xuể được. Vì lẽ đó, sau đây, chúng ta chỉ tóm lược tiểu sử ông gần như một biên niên.

Anhxtanh (Albert Eíntein, 1879-1955) sinh ngày 14-3-1879 tại Umơ (Ulm) nước Đức). Tổ tiên ông là người Do Thái. Cha ông làm nghề buôn bán nhỏ, là một con người lạc quan, yêu đời, có chút ít khả năng toán học. Mẹ ông có khiếu về âm nhạc. Lúc chào đời, theo lời mẹ ông, hình dáng hộp sọ của ông  Anhxtanh có vẻ hơi bất bình thường. Ông là đứa trẻ chậm nói. Về sau, khiếu ngoại ngữ của ông phải gọi là tồi. Sau này, bạn đồng nghiệp của ông có kể rằng, sau khi đã sang Mỹ sống nhiều năm, tiếng Anh đối với ông vẫn chưa thuần thục trong giao tiếp như một ngôn ngữ thứ hai. Tuổi ấu thơ, ông là đứa trẻ rụt rè, ngại tiếp xúc. Khi gia đình dọn đến Muynich thì Anhxtanh bất đầu đi học. Đến 7 tuổi tính khí vẫn vậy, ít nô đùa với bạn bè, thường đứng tách một mình. Lớn lên một chút , cũng không có biểu hiện ra bên ngoài điều gì đặc biệt về sự thích thú, ham mê kiến thức khoa học. Không những thế, Anhxtanh còn có ác cảm với cuộc sống nội trú ở ký túc xá bởi qui chế nghiêm khắc như quân đội lúc bấy giờ. Sau này, có lần ông kể lại:”Trong mắt tôi hồi đó, các thầy dạy bộ môn là các trung sĩ, còn các thầy quản giáo ở ký túc xá là các thiếu úy”. Có lẽ vì thế mà ông xao lãng việc học tập rập khuôn, thuộc lòng. Do đó, có một thầy dạy ngữ văn nào đó đã nói thẳng với Anhxtanh: “Anhxtanh! Em lớn lên sẽ chẳng làm nên trò trống gì!”.

Vào năm 12 tuổi, có một người bạn cho mượn cuốn sách về hình học Ơclit, Anhxtanh đã đọc ngấu nghiến. Có lẽ từ đây, niềm đam mê toán học trong Anhxtanh bắt đầu trổi dậy.

Tư tưởng bài Do Thái bắt đầu dấy lên ở Đức, lan đến nơi gia đình Anhxtanh sinh sống. Năm 1894, gia đình ông chuyển sang Milan, nước Ý sinh sống. Ông ở lại để chờ thi tốt nghiệm nhưng bị nhà trường xóa tên.

Mùa thu năm 1895, Anhxtanh sang Thụy Sĩ, thi vào trường Đại học bách khoa Duyrich nhưng không đậu. Ông phải tự học bổ túc thêm một năm. Năm 1896, ông vào học tại Trường cao đẳng bách khoa kỹ thuật Duyrich. Ở đây cũng vậy, những bài giảng chính qui không mấy hấp dẫn Anhxtanh. Tuy nhiên, ông lại say mê tự tìm hiểu và nghiền ngẫm các công trình của các nhà vật lý hàng đầu như Bônzman, Mắcxoen, Hemhônxơ, Hécxơ, Kiếckhốp… Có lẽ tình yêu đối với vật lý học đã đến với Anhxtanh vào thời gian này. Cả cuộc đời tiếp theo kiến thức và nghiên cứu khoa học, ở Anhxtanh có một cá tính bộc lộ rõ rệt: tự tìm hiểu những điều mình thích và thầm lặng, biệt lập, tự giải quyết những vấn đề nảy sinh. Sau này, có lần ông tự sự: “Tôi là con ngựa chỉ quen với một cỗ yên cương, không chịu buộc chung với một con ngựa nào khác. Tôi không khi nào lệ thuộc vào các bạn bè và ngay cả đối với gia đình của tôi nữa. Khi những liên hệ ngày càng lơi dần và tuổi càng cao, tôi càng muốn rút vào cái vỏ của mình”.

Đến năm 1900 thì Anhxtanh tốt nghiệp nhưng không tìm được công việc làm chính thức. Ông phải loay hoay kiếm sống bằng những công việc tạm thời như viết thư thuê, nhận dạy tư, phụ đạo thêm kiến thức… Tháng 6-1902, nhờ một người bạn giới thiệu, ông mới được nhận vào làm giám định viên hạng ba tại Sở đăng ký sáng chế ở thành phố Becnơ. Làm tại đây, cuộc sống của Anhxtanh tạm ổn và cũng có nhiều thời gian rãnh rỗi hơn để ông tăng cường nghiên cứu khoa học.

Trong năm 1905, tức là lúc mới 26 tuổi, Anhxtanh công bố bốn bản luận văn quan trọng. Một luận văn nói về chuyển động Brao, chứng minh sự tồn tại của phân tử. Luận văn thứ hai dựa trên thuyết lượng tử năng lượng của Plank, đề ra thuyết lượng tử ánh sáng, qua đó giải thích được hiện tượng quang điện. Đáng nói nhất là bản luận văn thứ ba. Đó chính là nội dung cơ bản của thuyết tương đối hẹp (hay còn được gọi là thuyết tương đối đặc biệt). Luận văn thứ tư bàn về mối quan hệ giữa năng lượng và khối lượng. Với bốn bài luận văn này, Anhxtanh đã tạo nên bước ngoặt cho cuộc đời khoa học của mình: vụt vươn lên sánh vai cùng với những nhà vật lý nổi tiếng hàng đầu của thời đại hơn nữa, đồng thời cũng tạo ra thời kỳ phát triển sôi nổi mới trong nghiên cứu vật lý của nhân loại.

Năm 1906, Anhxtanh hoàn thành luận án tiến sĩ, năm 1908 trở thành giáo sư ngoài biên chế của trường Đại học bách khoa Duyrich. Khoảng hai năm sau, ông đến làm giáo sư vật lý ở trường đại học Praha (Tiệp Khắc). Tháng 9-1913, Anhxtanh trở thành viện sĩ chính thức của Viện khoa học Hoàng gia Phổ, về làm việc tại Béclin. Từ năm 1914-1933, ông được cử làm giám đốc Viện vật lý và làm giáo sư đại học Béclin.

Năm 1916, Anhxtanh công bố thuyết tương đối rộng. Thuyết tương đối rộng hết sức trừu tượng và cực kỳ khó nắm bắt ngay cả đối với những nhà vật lý có trình độ cao. Ở phần giới thiệu, Anhxtanh có viết giản đơn: “Thuyết tương đối có điểm giống như một kiến trúc hai tầng. Hai tầng đó là thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng. Thuyết tương đối hẹp là căn cứ cho thuyết tương đối rộng, thích dụng cho mọi hiện tượng vật lý, trừ lực hấp dẫn. Thuyết tương đối rộng thì đưa ra định luật lực hấp dẫn và quan hệ của nó với các lực khác của giới tự nhiên”

Năm 1921, Anhxtanh  nhận được giải Noben vật lý. Điều lạ là ông nhận được giải thưởng này không phải nhờ thuyết tương đối mà nhờ vào thuyết lượng tử ánh sáng và trên cơ sở đó, giải thích được hiện tượng hiệu ứng quang điện.

Năm 1933, bất đồng chính trị với chế độ Đức quốc xã có tư tưởng bài Do Thái của Hitle, Anhxtanh sang Mỹ định cư, được phong làm giáo sư suốt đời ở Viện nghiên cứu cao học Priceton. Năm 1934, chính quyền Hitle đã tước bỏ quốc tịch, truất phế mọi chức vị và tịch thu tài sản của ông ở Béclin. Ngày 1-10-1940, Anhxtanh nhập quốc tịch Mỹ và sống đến suốt đời ở đó.

Plank nên ra thuyết lượng tử năng lượng nhưng thoạt đầu, chưa thấy hết được ý nghĩa cách mạng lớn lao mà nó hàm chứa. Chính Anhxtanh với con mắt sắc sảo, đã phát hiện được vai trò trọng đại của khái niệm lượng tử trong nghiên cứu những hiện tượng vật lý thuộc thế giới vi mô. Có thể nói, cùng với Plank, Anhxtanh là người khai mở một hướng nghiên cứu mới, làm hình thành một chuyên ngành phát triển rất nhanh gọi là cơ học lượng tử.

Phải nói rằng vật lý lượng tử và vật lý tương đối tính là hai bộ phận cơ bản nhất, quan trọng nhất hợp thành vật lý học hiện đại. Với hai trợ thủ đắc lực đó và sự phối hợp chặt chẽ giữa chúng, vật lý hiện đại đã giải quyết được hàng loạt vấn đề nan giải, hàng loạt hiện tượng bí hiểm, xuất hiện trong quá trình nghiên cứu và khám phá vật lý cả ở tầng nấc vũ trụ vi mô lẫn ở tầng nấc Vũ Trụ vĩ mô, mà đối với vật lý cổ điển là hoàn toàn bất lực.

Có lẽ quá tin vào tính phổ quát của thuyết tương đối rộng mà Anhxtanh đã phủ nhận “tinh thần vật lý học” của cơ học lượng tử. Ngay từ những năm 20 của thế kỷ XX cho đến hết đời, ông không tham gia trực tiếp vào sự phát triển của cơ học lượng tử nói riêng và vật lý lượng tử nói chung. Ông không thừa nhận những nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử như là những qui luật khách quan vì cho rằng cơ học lượng tử không phải là sự thể hiện của chính bản thân thực tại vật lý mà chỉ mang tính toán học hình thức, đóng vai trò như một công cụ nhân tạo về lý thuyết. Ông để lại cho đời sau câu nói nổi tiếng: “Thượng đế không chơi trò súc sắc với thế gian!”. Là một người có quan điểm tất định luận, Anhxtanh tin tưởng sâu sắc vào một lý thuyết thống nhất của trường và vật chất. Ông cho rằng việc đi tìm một lý thuyết như vậy là con đường phát triển duy nhất đúng đắn của vật lý học. Do đó, ông đã dành toàn bộ thời gian của những thập niên của nửa cuối cuộc đời mình, nghiên cứu khoa học để đắm chìm trong việc tìm kiếm mối quan hệ giữa trường hấp dẫn và trường điện từ nhằm xây dựng lý thuyết trường tổng quát, trên cơ sở đó và xem vật chất như là các miền đặc biệt của trường, sẽ tìm cách xây dựng một lý thuyết vật lý thống nhất cho cả trường và vật chất.

Năm 1950, trước khi qua đời 5 năm, Anhxtanh mới công bố những kết quả ban đầu theo hướng nghiên cứu nói trên. Nói chung, ông chỉ mới dừng lại ở việc dùng toán học phác thảo mô hình trường thống nhất. Trên tờ “Thời báo Nữu Ước”, ông phát biểu: “Tôi muốn chứng minh rằng trường hấp dẫn của vạn vật và trường điện từ liên quan chặt chẽ với nhau chứ không phải hoàn toàn tách biệt. Tôi đã chứng minh được các định luật chi phối hai trường cơ bản trên”.

Song công bố của ông đã không gây được tiếng vang lớn. Ước mơ từ thời Farađây trở thành niềm tin sâu sắc của Anhxtanh và dừng lại ở đó. Đến ngày nay, vấn đề thống nhất giữa trường và vật chất vẫn là đề tài thời sự và trở thành một câu đố vô cùng hóc búa mà nếu trả lời dứt khoát được nó một cách đúng đắn có lẽ sẽ gây ra một cuộc cách mạng vô tiền khoáng hậu trong vật lý học. Người trả lời được câu hỏi đó ắt phải là một thiên tài và chỉ có thể xuất hiện sớm nhất ít ra cũng vào nửa sau của thế kỷ XXII.

Ngày 18-4-1955, Anhxtanh, người được dư luận đánh giá là nhà vật lý vĩ đại nhất thế kỷ XX, bị bệnh và qua đời. Trong di chúc, ông mong muốn rằng sau khi mình mất, không thông báo, không cử hành âm nhạc, không xây mộ, không lập bia, xác đem thiêu và lấy tro rải ở nơi không ai biết. Tuy nhiên trước đó ông đã thuận lòng tặng lại bộ não của mình cho hậu thế.

Có người kể rằng khi thuyết tương đối rộng xuất hiện, có lời đề nghị thêm hai câu sau đây vào lời ca tụng Niutơn của thi sĩ Pôpơ:

                “Nhưng chẳng được bao lâu, rồi quỉ sa tăng bảo:

                  Anhxtanh hạ giới! Và Vũ Trụ trở lại tối tăm!”

Thuyết tương đối hẹp của Anhxtanh dựa trên hai nòng cốt mà nòng cốt thứ nhất có tính định tính là hai tiên đề và nòng cốt thứ hai, có tinh định lượng, là phép biến đổi tọa độ của Lorenxơ.

Dựa trên kết quả thí nghiệm của Maikenxơ – Moocly và kế thừa có mở rộng nguyên lý Galilê, Anhxtanh phát triển hai tiên đề như sau:

   1-. Mọi định luật vật lý đều giống nhau trong các hệ qui chiếu quán tính

   2-. Vận tốc ánh sáng trong chân không là một bất biến đối với mọi hệ qui chiếu quán tính.

Trên cơ sở phép biến đổi Lorenxơ, Anhxtanh đã xây dựng được những biểu thức cơ học cơ bản, hợp thành lý thuyết cơ học tương đối tính. Về mặt động học, nổi lên hai tiêu điểm cơ bản, đó là:

1-. Phép cộng vận tốc tương đối tính:

               Giả sử vận tốc thành phần của một chất điểm chuyển động đều với vận tốc U, được thấy ở hai hệ qui chiếu quan tính O, O’ lần lượt là:

               U_y, U_x, U_x

               U'_y, U'_x, U'_x

               Theo định nghĩa thì:

                        ;          

               Suy ra từ công thức biến đổi của Lorenxơ:

                           ;          

               Như vậy:

              

               Tương tự:

                        và        

Khi V rất nhỏ  so với C phép cộng vận tốc tương đối tính lại có dạng phép cộng vận tốc  của cơ học Niutơn, nghĩa là:

               U’_x=U_x-V

               U’_y=U_y

               U’_x=U_x

Đặc biệt, từ phép cộng vận tốc tương đối tính, có thể thấy: chuyển từ hệ qui chiếu quán tính này sang hệ qui chiếu quán tính khác, tia sáng bị lệch đi một góc nào đó. Phát hiện này đã dẫn đến việc giải thích hiện tượng quang sai và đồng thời cũng thiết lập được công thức quang sai ánh sáng.

2-. Tính tương đối của Không Gian và Thời Gian:

Trong cơ học cổ điển, không gian và thời gian được coi là tuyệt đối độc lập với nhau và đối với vật chất. Chúng không gây bất cứ ảnh hưởng nào lên nhau. Mối quan hệ giữa chúng chỉ có tính hình thức, toán học thuần túy, để từ đó có thể xây dựng nên các qui luật chuyển động cơ học nói riêng và vận động vật chất nói chung. Thuyết tương đối hẹp phủ nhận điều đó  và chỉ ra rằng không gian, thời gian, vật chất có mối quan hệ thực sự gắn bó keo sơn một cách khách quan. Có lần một nhà bác học hỏi Anhxtanh: “Xin ông tóm tắt thuyết tương đối trong một câu”, và ông đã trả lời: “Trước đây, người ta cho rằng khi vật chất biến mất thì không gian và thời gian vẫn còn lại, thuyết tương đối khẳng định rằng khi vật chất biến mất thì không gian và thời gian biến mất luôn.”

Như chúng ta đã kể, đối với một vật chuyển động thì kích thước của nó theo phương chuyển động sẽ phải co lại theo phép biến đổi Lorenxơ chỉ ra. Xét cho cùng thì đó chính là sự biểu hiện về sự co khoảng cách không gian (riêng) của một hệ qui chiếu chuyển động, theo phương chuyển động của nó.

Đối với thời gian cũng vậy. Tương tự như cách rút ra biểu thức về sự co không gian, chúng ta cũng rút ra được biểu thức:

              

Và phát biểu: khoảng thời gian xảy ra (hay tồn tại) một biến cố trong hệ qui chiếu chuyển động O’ bao giờ cũng nhỏ hơn khoảng thời gian xảy ra (hay tồn tại) của cùng biến cố đó trong hệ qui chiếu đứng yên O.

Nếu đặt hai chiếc đồng hồ như nhau, một ở hệ đứng yên O, một ở hệ chuyển động O’, thì hiện tượng hiệu ứng về thời gian mà đồng hồ ở hệ chuyển động O’ sẽ chạy chậm hơn đồng hồ ở hệ đứng yên O. Nghĩa là thời gian trong hệ chuyển động trôi chậm hơn thời gian trong hệ đứng yên.

Từ kết luận đó dẫn đến một nghịch lý nổi tiếng thế giới gọi là “nghịch lý anh em sinh đôi”. Vào thời đại mà loài người đã chế tạo được con tàu du hành Vũ Trụ có vận tốc gây được một hiệu ứng thời gian là:

              

có hai người anh em sinh đôi nọ bịn rịn chia tay nhau: một người ở lại Trái Đất, một người lên đường du hành thám hiểm Vũ Trụ. Sau 10 năm chu du trên con tàu có vận tốc “khủng hoảng” nói trên, một trong hai người anh em sinh đôi đó trở về Trái Đất. Than ôi! Người anh em sinh đôi ở lại Trái Đất năm xưa đã không còn nữa mà đã chết từ “tám hoánh” rồi. Ra ga Vũ Trụ đón nhà du hành chỉ là những hậu duệ mười mấy đời của nhà du hành và của người anh em sinh đôi kia. Hóa ra, khi thời gian trôi trên con tàu Vũ Trụ có một trong hai anh em sinh đôi du hành, mới được 10 năm thì thời gian trên Trái Đất đã trôi qua 1000 năm rồi.

Câu chuyện bi kịch đó kể ra cũng… vui vẻ đấy chứ?!

Điều đảm bảo cho tính hiện thực của câu chuyện viễn tưởng kể trên là thực nghiệm đã xác nhận sự trôi chậm của thời gian do chuyển động gây ra.

Từ sự trôi chậm của thời gian gây ra bởi sự chuyển động, Anhxtanh đã đi đến quan niệm mới về tính đồng thời.

Đối với Niutơn, nếu hai biến cố xảy ra đồng thời ở hệ qui chiếu này thi cũng thấy đồng thời từ hệ qui chiếu khác. Đối với Anhxtanh, quan niệm như thế là sai lầm!

Giả sử ở hệ quán tính đứng yên O có hai biến cố là A (x₁, y₁, z₁, t₁) và B (x₂, y₂, z₂, t₂) với , xảy ra cách nhau một khoảng thời gian là t₂-t₁. Từ phép biến đổi Lorenxơ, viết được:

              

Nếu hai biến cố đó xảy ra đồng thời thì phải có

               t₂-t₁=0

Do đó lúc này:

              

Nghĩa là nếu hai biến cố A và B được thấy xảy ra đồng thời ở hệ đứng yên O thì từ hệ chuyển động O’ sẽ không còn thấy đồng thời nữa và “khoái chí” nhất là tùy thuộc vào việc chọn x₁ và x₂ mà “cho phép” biến cố nào xảy ra trước. Như vậy hiện tượng đồng thời chỉ có tính tương đối!

Quan niệm về tính tương đối của hiện tượng đồng thời đã vi phạm nghiêm trọng luật nhân - quả, luật mà theo quan niệm của triết học duy tồn, là một trong những nguyên lý cơ bản nhất của Tự Nhiên. Vì thế mà nó cũng gây nên một nghịch lý hết sức hài hước sau đây:

                           Sinh con rồi mới sinh cha

                           Sinh cháu giữ nhà rồi mới sinh ông!

Rất may là thực nghiệm “chịu chết” không đưa ra được bằng chứng xác nhận tính hiện thực trong nghịch lý này!

Thôi, cười thế đủ rồi! Chúng ta sang phần động lực học tương đối tính của thuyết tương đối hẹp. Nội dung cơ bản của động lực học tương đối tính gồm ba ý sau đây:

1-. Phương trình cơ bản của chuyển động chất điểm:

Phương trình cơ bản của động lực học cổ điển chính là biểu diễn toán học của định luật II Niutơn:

                          hay      

Viết dưới dạng vi phân là:

               

Theo Niutơn, đặc trưng cho quán tính của vật là khối lượng của nó. Khối lượng đó là bất biến đổi trong suốt quá trình tồn tại của vật và dù nó đứng yên hay chuyển động. Anhxtanh không thừa nhận quan niệm đó. Ông cho rằng khối lượng của vật phải biến đổi tùy theo trạng thái và mức độ chuyển động của vật đó. Vì vậy, phương trình j phải được viết chính xác lại là:

              

Nhân vô hướng hai vế của phương trình trên cho , sẽ được:

              

Với quan niệm khối lượng của một vật có thể bị biến đổi và thêm nữa, khối lượng biến đổi đó phải gồm hai thành phần mà một trong hai thành phần đặc trưng cho quán tính của vật và có tính bất biến gọi là m_o, Anhxtanh  đã chứng minh được biểu diễn toán học sau đây về mối quan hệ giữa m và m_o:

               

m_o được gọi là khối lượng nghỉ của vật, bởi vì khi v=0, tức là vật đứng yên, thì m=m_o.

m được gọi là khối lượng tương đối tính của vật. Có thể thấy vật chuyển động càng nhanh (v càng tăng) thì khối lượng m càng lớn và khi v=c thì khối lượng m đạt đến lớn vô hạn.

Một khối lượng lớn vô hạn là không thể hình dung được cho nên mới phải đi đến quan niệm: vận tốc ánh sáng c là cực đại tuyệt đối trong Vũ Trụ, ngoài ánh sáng ra thì không thể có vật nào đạt được vận tốc này và ánh sáng là thứ vật chất không có khối lượng.

Đưa vào sẽ viết được:

              

và chính là hai cách viết phương trình cơ bản của động lực học tương đối tính.

Có thể thấy khi v rất nhỏ so với c, hoặc khi v không đổi (chuyển động đều), phương trình cơ bản của động lực học tương đối tính trở về với cách viết phương trình cơ bản của động lực học cổ điển: trong trường hợp thứ nhất, có thể viết:

              

Trong trường hợp thứ hai:

              

2-. Động lượng và năng lượng:

Trong cơ học cổ điển, tích số giữa khối lượng và vận tốc được gọi là động lượng (đặc trưng cho lượng chuyển động của vật). Nếu ký hiệu động lượng là P thì trong động lực học tương đối tính, phải viết là:

              

Gọi năng lượng của vật là E. Theo định luật bảo toàn bảo toàn năng lượng, độ tăng năng lượng của vật bằng công của ngoại lực tác dụng của vật, và nếu gọi A là công tác dụng ấy thì có thể viết dưới dạng vi phân:

               dE=dA

Công A chính là tích số của lực và khoảng cách tác dụng của lực ấy lên vật. Nếu phương chiều của lực là hướng xuyên tâm vật thì có thể biểu diễn:

              

Trên cơ sở và , có thể viết:

              

Và cuối cùng sẽ viết được:

              

Người ta đã chứng minh rằng từ có thể suy ra:

              

Vậy         dE=c²dm

Hay         E=mc²+c

Rõ ràng là do điều kiện m=0 thì E phải bằng 0 nên c=0

Cuối cùng:

              

Biểu diễn toán học đó được gọi là hệ thức Anhxtanh, hệ thức đó chỉ ra rằng năng lượng toàn phần của một vật bằng tích của khối lượng tương đối m với bình phương vận tốc cực đại của Vũ Trụ. Qua đó, còn cho thấy khối lượng tương đối m là đại lượng đóng vai trò số đo dự trữ năng lượng toàn phần của vật.
 

(Còn tiếp)
----------------------------------------------------------