TT&HĐ V - 46/b
Thuỷ triều được hình thành như thế nào? | Giải thích về thuỷ triều | Tri thức nhân loại
"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
Gorky
"Cái khó hiểu nhất chính là hiểu được thế giới"
"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”.
CHƯƠNG VII (XXXXVI): HÚT - ĐẨY
“Lực hút cũng như lực đẩy,
là thuộc tính cơ bản của vật chất.”
“Hấp dẫn cần phải được gây
ra bởi một tác nhân thường xuyên tác động theo một qui luật nào đó, nhưng tác
nhân này là vật chất hay phi vật chất thì tôi xin dành cho bạn đọc suy nghĩ.”
Niutơn"Không xiềng xích hay thế lực bên ngoài nào có thể ép buộc tâm hồn của một người tin hay không tin."
"Tất cả vinh quang đều đến từ sự dám bắt đầu".
Eugene F Ware
"Tất cả mọi người đều mơ; nhưng không như nhau. Những người mơ về đêm,
trong những ngóc ngách sâu kín lờ mờ của tâm trí, khi thức giấc vào ban
ngày mới nhận ra đó là ảo ảnh; nhưng những người mơ vào ban ngày mới là
đáng gờm, vì họ có thể thực hiện giấc mơ của mình với đôi mắt mở to, để
biến chúng thành hiện thực".
T.E.Lawrence
"Ước mơ giống như những vì sao… ta có thể không bao giờ chạm tay vào
được, nhưng nếu đi theo chúng, chúng sẽ dẫn ta đến vận mệnh của mình".
Samuel Johnson
"Tôi được ban cho sự nhận thức về định mệnh của chính mình. Tôi chưa bao
giờ tự hạ thấp bản thân. Tôi chưa bao giờ đánh giá mình theo tiêu chuẩn
của người khác. Tôi luôn trông đợi nhiều ở chính mình, và nếu tôi thất
bại, tôi thất bại chính mình".
Sophia Loren
"Tự tin là điều kiện đầu tiên để làm được những việc lớn lao".
Samuel Johnson
"Hãy mơ ước bất cứ điều gì bạn muốn mơ. Đó là vẻ đẹp của trí tuệ con
người. Hãy làm bất cứ điều gì bạn muốn làm. Đó là sức mạnh của ý chí con
người. Hãy tin tưởng vào bản thân để thử thách những giới hạn của mình.
Đó chính là lòng can đảm để thành công".
Bernard Edmonds
"Không ai biết sau đó mọi chuyện sẽ xảy ra như thế nào nhưng
chúng ta vẫn đi về phía trước. Bởi vì chúng ta có lòng tin và
sự trung thực"
Paulo Coelho
"Muốn hiểu Vũ TRụ này, phải hoang tưởng mãnh liệt. Muốn hoang tưởng mãnh liệt, phải có niềm tin".
NTT
(Tiếp theo)
Vạn vật hấp dẫn là một sự thực khách quan
rõ rành rành và Niutơn đã khám phá ra qui luật cơ bản của sự hấp dẫn ấy, nêu
thành định luật. Tuy nhiên, Niutơn đã không thể trả lời được câu hỏi: vậy thì
tương tác hấp dẫn được triển khai như thế nào trong thực tại khách quan và bằng
cách nào mà lực hấp dẫn của hai thiên thể lại có thể tác động đến nhau được khi
chúng ở cách nhau cực kỳ xa xôi và giữa chúng là một khoảng không trống rỗng, ngày xưa được cho là Hư Vô (!).
Hơn nữa, ông cũng không thể trả lời được nguyên nhân nào dẫn đến sự tồn tại của
tương tác hấp dẫn. Không còn cách nào khác, Niutơn đã đành “xin dành cho bạn
đọc suy nghĩ”!
Nhưng từ lúc được Niutơn “ưu ái” trao
nhiệm vụ cho đến nay, “bạn đọc” đã suy nghĩ được gì?
Trả lời cho câu hỏi đó không khó khăn gì
vì chúng ta đã có nó trong quyển “Chân trời bí ẩn của các nhà vật lý” mà tác
giả là V. Keler. Chúng ta xin dẫn ra đây:
“Ít thấy vấn đề nào được các nhà vật lý
học bỏ ra nhiều công phu nghiên cứu như vấn đề trường hấp dẫn.
Một trong những nhà bác học nổi tiếng là
Mac Laeo đã viết: “Từ thời cổ xưa, vấn đề này đã làm ám ảnh tâm trí con người.
Nếu không kể đến thuyết nguyên tử thì có lẽ có thể nói rằng không có một vấn đề
nào của vật lý học lại mang nhiều tính chất thuần lý như là vấn đề nguồn gốc
của trường hấp dẫn”.
Những kết quả mà các nhà bác học thu được
trong việc nghiên cứu bản chất của trường hấp dẫn thì rất ít, không đáng kể
nhưng công phu mà họ bỏ vào đấy thì lại rất nhiều! Nếu chúng ta hỏi một nhà
vật lý học nào đó: trường hấp dẫn là gì? Họ sẽ trút cho chúng ta hàng loạt
những thuật ngữ chuyên môn và những phương trình phức tạp. Nhưng nếu đề nghị
họ nói cho đơn giản và dễ hiểu thì họ sẽ trả lời là thực chất họ biết rất ít.
Điều đó không phải là ngẫn nhiên. Trong một số các hiện tượng khác, vấn đề
trường hấp dẫn giữ một vị trí đặc biệt. Tính bất biến kỳ lạ, tính độc lập với
các điều kiện bên ngoài và các cấu trúc của các vật đã làm cho trường hấp dẫn
trở nên khác biệt với các trường khác.
Các nhà bác học càng kiên trì cố gắng tìm
hiểu trường hấp dẫn bao nhiêu thì họ lại càng thấy sự khó khăn của vấn đề bấy
nhiêu. Và ngay đến bây giờ, khi hoa học đã nhìn vào tận chiều sâu của hạt nhân
nguyên tử và có thể quan sát được các quá trình xảy ra ở đây trong một phần tỷ
của giây và trong một phần triệu triệu centimet, nhưng trường hấp dẫn không hề
bị lay chuyển.
Thật là một điều kỳ quặc có tính lịch sử
là sự phát triển của nhận thức về thế giới vi mô không những không đẩy mạnh mà
theo một nghĩa nào đó, lại kìm hãm bài toán bí ẩn của trường hấp dẫn…”
“Con người đã cố gắng tìm hiểu bản chất
của trường hấp dẫn từ lâu rồi. Ngay từ thế kỷ XVIII, khi người ta cố gắng giải
thích các hiện tượng của thế giới bằng các chuyển động cơ học thì nhà bác học
Pháp là Gioóc Lơxagiơ đã trình bày quan điểm của mình về bản chất của trường
hấp dẫn. Ông cho rằng nguyên nhân của lực hút tương hỗ giữa các vật là do ảnh
hưởng của các sự va chạm của các hạt rất nhỏ không trông thấy được - các “siêu
hạt” lấp đầy không gian. Theo ý kiến của Lơxagiơ thì các vật luôn luôn chịu tác
dụng của những trận mưa các hạt vô hình lao đến từ mọi phía. Nếu trong Vũ Trụ chỉ có một vật thì các va chạm từ mọi
phía tác dụng lên vật đó sẽ cân bằng nhau và vật đó sẽ đứng yên. Trong trường
hợp có hai vật thì vật nọ sẽ biến thành một cái giống như lá chắn để chắn cho
vật kia. Ở trên các mặt quay về nhau, các bên sẽ chiếm ưu thế, cân bằng bị phá
và các vật sẽ tiến lại gần nhau. Lơxagiơ đã trình bày về cơ chế của lực hút và
đã giải thích nguyên nhân của lực hấp dẫn như vậy.
Nhưng thuyết đó chứa đựng nhiều mâu
thuẫn. Chúng ta sẽ không đi sâu vào chi tiết của vấn đề chuyên môn đó. Chúng ta
chỉ nêu ra rằng các mâu thuẫn này rất trầm trọng đến nỗi thuyết Lơxagiơ đã bị
thất bại. Cách giải thích cơ học về lực hấp dẫn là không có căn cứ.
Hiện nay cũng xuất hiện nhiều giả thuyết
cố gắng giải thích bản chất của trường hấp dẫn. Chẳng hạn có giả thuyết cho
rằng các hạt nhỏ không bắn phá các vật mà bay từ các vật ra mọi phía. Nhưng
không phải là các hạt đạn bay ra, mà là các hạt gravitôn - “những lượng nhỏ”
của trường hấp dẫn.
Nếu như chỉ có một vật đơn độc thì các
phản lực của các hạt bay ra sẽ cân bằng nhau và vật sẽ đứng yên. Nhưng ngay khi
ở cạnh vật đó có một vật khác thì không gian giữa chúng trở nên bão hòa các hạt
gravitôn, trong “miền trung gian” giữa các vật đó các hạt bay sẽ ngày càng ít,
và các phản lực ở “mặt ngoài” sẽ đẩy các vật dịch lại gần nhau.
Cách giải thích bản chất của trường hấp
dẫn này chỉ khác cách giải thích của Lơgiaxơ đôi chút (ở đây các lực quay ngược
lại)…”
“Tuy nhiên, các nhà bác học vẫn đang tiếp
tục tìm câu trả lời đáng tin cậy hơn về nguồn gốc của trường hấp dẫn (…)
Cách giải thích hình học về trường hấp
dẫn (các khối lượng gây ra độ cong không - thời gian làm xuất hiện hiệu ứng hút
nhau giữa các khối lượng - NV) cho rằng trường hấp dẫn thực sự là một cái gì
hoàn toàn đặc biệt, khác tất cả các trường khác. Nhưng điều đó có đúng không?
Thực ra không có một cái cần nào ở giữa trường hấp dẫn và các trường khác ư?
Trường hấp dẫn không thể biến thành các trường khác ư?
Cho đến những ngày cuối cùng của đời
mình, Anhxtanh vẫn đi tìm mối liên hệ giữa trường hấp dẫn và điện trường. Đôi
khi ông có cảm tưởng hình như ông đã nắm được sợi dây dẫn đến cách giải quyết
vấn đề trên, và hầu như ông đã đi gần tới đích. Một trong những thời kỳ đó, vào
tháng 9-1945, ông có viết cho nhà vật lý học Ba Lan tên là Lêôpôn Infeld, người
học trò của ông, như sau:
“… Tôi hy vọng rằng tôi đã khám phá được
trường hấp dẫn và điện trường có liên hệ với nhau như thế nào, mặc dù về phương
diện vật lý thì còn lâu mới chứng minh được”.
Không phải chỉ có tác giả của thuyết
tương đối rộng thiên tài cố gắng tìm cơ sở chung ở trong trường hấp dẫn, trong
điện trường và trong các trường khác. Ngay từ trước Anhxtanh, cũng đã có những
bộ óc lỗi lạc suy nghĩ về vấn đề đó. Vào khoảng 100 năm về trước (nhớ là tác
phẩm này xuất bản lần đầu tiên vào năm 1960 - NV), M. Pharađây cũng đã chú ý
đến vấn đề này. Say mê trước những thành tựu của mình trong lĩnh vực nghiên cứu
các sự liên hệ lẫn nhau giữa các hiện tượng về hóa điện và từ, nhà vật lý học
người Anh đã đi tìm mối liên hệ giữa trường hấp dẫn và điện trường. Mặc dù
không thành công, nhưng ông kiên trì nhấn mạnh rằng mối liên hệ đó tồn tại.
Vấn đề này cũng thôi thúc cả nhà vật lý
học người Anh tên là Uyliam Crúc. Nhà bác học khám phá ra tia âm cực này cũng
quan tâm nhiều đến việc tìm tòi nguyên lý thống nhất đó. Nguyên lý này phải có
mặt tất cả các trường đã biết, trong số đó kể cả trường hấp dẫn. Tuy nhiên ông
cũng đã phải nếm thất bại chua cay.
Nhiều thế kỷ đã trôi qua. Các thế hệ này
đã kế tiếp các thế hệ khác, nhưng ý nghĩ vĩ đại - đoán nhận bản chất của trường
hấp dẫn - không lúc nào rời bỏ các nhà vật lý học.
Trong khoảng hơn chục năm gần đây, các
nhà bác học của nhiều nước đã đưa ra nhiều giả thuyết về nguồn gốc của trường
hấp dẫn. Trong số đó, thuyết về “các gravitôn” là đáng chú ý nhất.
Bản chất của thuyết này như sau. Tương tự
như các trường có liên quan đến các hạt thông thường, trường hấp dẫn cũng có
cấu trúc gián đoạn. Các hạt của trường hấp dẫn chính là các lượng tử hấp dẫn -
các gravitôn. Cũng như các “viên gạch” khác của vật chất, các lượng tử này cũng
có nhiều tính chất và dấu hiệu của các hạt cơ bản. Người ta nói rằng các hạt đó
có lưỡng tính, nghĩa là một mặt chúng có thuộc tính sóng, mặt khác chúng có
tính hạt.
(…)
Trong những năm rất gần đây, người ta
ngày càng quan tâm đến các tương tác hấp dẫn của vật chất trong thế giới vi mô.
Hiện tại, phần lớn các nhà vật lý cho rằng các trường hấp dẫn có thể gây ra
hiệu ứng tại khoảng cách vào bậc 10-33 cm. Khi khám phá được hiệu ứng này, chúng ta có thể phải thay
đổi căn bản quan niệm của chúng ta về bản chất của các hạt cơ bản.
Lý thuyết lượng tử về trường hấp dẫn có
được xác nhận không hay là cuối cùng người ta lại xác nhận các khái niệm về
trường hấp dẫn “đã được hình học hóa” của Anhxtanh - Fốk? Trả lời một cách
khẳng định câu hỏi đó bây giờ không thể được”.
Và đến tận ngày nay, tức năm 2011, vẫn
chưa được!
Thật là kỳ bí! Hai thiên thể cách xa nhau
muôn trùng trong Vũ Trụ, mà có thể thấy sự hình thành và tồn tại của chúng
chẳng cần gì đến nhau, chẳng lệ thuộc gì vào nhau cả, lại phải tương tác với
nhau và hút được bởi một lực theo cách như “kéo co”, gốc lực của thiên thể này
đặt đúng tâm của thiên thể kia và ngược lại. Vì ở rất xa nhau nên lực hấp dẫn
giữa hai thiên thể coi như bằng 0, nghĩa là sự hấp dẫn giữa chúng chẳng có gì…
hấp dẫn cả, có hay không có cũng chẳng gây ra lợi hại gì cho chúng cả.
Vậy thì tại sao Tự Nhiên lại
cho duy trì một tương tác vô tích sự như thế? Đơn giản, nếu không tồn tại tương
tác hấp dẫn trong Vũ Trụ thì sẽ không thể hiện hữu được cái quang cảnh mà chúng
ta đang thấy vì lúc đó sẽ không có bất cứ thiên thể nào tồn tại và hiện hữu
được và Vũ Trụ chỉ là một khoảng “rỗng rang rối ren” mịt mùng đến ghê sợ. Nhưng
sao Tạo Hóa không chọn cách chỉ cho tương tác hấp dẫn tồn tại ở khoảng cách
tương đối gần thôi, còn ở khoảng cách xa thì tuyệt đối không có nó? Có lẽ Tạo
Hóa toàn năng cũng bất lực vì chỉ có một cách duy nhất là chịu “lãng phí” tương
tác hấp dẫn một tí còn hơn là… mất cả Vũ Trụ này!
Giám mục George Berkeley là người theo
quan niệm cho rằng thế giới vật chất không thực sự tồn tại mà chẳng qua chỉ là
hình ảnh của tinh thần. Để phê phán quan niệm này, Samuel Johsnon, một bác sĩ
kiêm nhà từ điển học người Anh, nói vui một cách ý nhị: “Chỉ cần đá mạnh chân
vào tảng đá là có thể nhận ra ngay tảng đá có tồn tại thực hay không!”. Chúng
ta góp thêm vào một câu: “Chỉ cần trong Vũ Trụ mất tương tác hấp dẫn khoảng một
phút thôi thì vị giám mục kia (nếu còn sống!) sẽ lập tức phải nhận thức lại thế
giới vật chất”.
Rõ ràng là chỉ có người mất trí mới phủ
nhận sự thật về lực hấp dẫn. Nhưng sự tồn tại tương tác hấp dẫn cũng đồng thời
làm nảy sinh ra nhiều thắc mắc khó lòng mà giải quyết ổn thỏa được.
Chẳng hạn, ngay từ thời Niutơn, người ta
đã cho rằng vì trường hấp dẫn tồn tại nên Vũ Trụ phải không có tâm và phải vô
hạn để vạn vật không bị hút dồn về thành một khối duy nhất. Nhận định như thế
có lẽ chưa ổn. Cứ tưởng tượng rằng dù là Vũ Trụ vô hạn, thì vì mỗi thiên thể
đều hút tất cả các thiên thể còn lại về phía nó và đồng thời nó cũng bị tất cả
thiên thể hút về chúng nên rốt cuộc tất cả thiên thể đều vẫn “dồn về một đống”
ở đâu đó nếu tương tác hấp dẫn tồn tại, còn không, coi như không tồn tại trường
hấp dẫn. Thế thì phải nghĩ, Vũ Trụ vô hạn hay hữu hạn đều vẫn có tâm và trường
hấp dẫn đang xử sự theo cách nào đó như Vũ Trụ có vô vàn tâm, đâu cũng là tâm
Vũ Trụ, cho nên hóa ra Vũ Trụ là vô tâm và các thiên thể cứ “nhởn nhơ” trong
“quê hương” của nó chứ không bị “dồn về một đống”.
Thắc mắc thứ hai là thế này: tại sao
trong Vũ Trụ, các đám mây bụi khí (tinh vân) tồn tại được một cách lâu dài dưới
tác dụng của trường hấp dẫn mà không nhanh chóng phát tán? Có đám bụi khí to
lớn ở gần một ngôi sao khổng lồ, nghĩa là tương tác hấp dẫn giữa chúng mạnh
đáng kể mà không có biểu hiện nào cho thấy các phần tử rời rạc ở xa trọng tâm
của đám mây bị hút về phía ngôi sao. Có thể nghĩ rằng không xảy ra hiện tượng
đó là do đám mây bụi khí chuyển động quay quanh sao làm xuất hiện lực ly tâm ở
các phần tử và lực này triệt tiêu lực hút hấp dẫn chúng. Tuy nhiên, nếu để ý kỹ
thì thấy vẫn không ổn. Chắc chắn các phần tử trong đám mây bụi cũng hút, đẩy
lẫn nhau và do đó mà chuyển động hỗn loạn trong đó, làm xuất hiện những phần tử
không những bị triệt tiêu lực ly tâm mà còn nhận thêm một lực tác động cùng
chiều với lực hấp dẫn chúng của ngôi sao khổng lồ và tất yếu nhiều phần tử sẽ
phải “thẳng tiến” đến ngôi sao đó. Như vậy chỉ còn cách giải thích duy nhất cho
hợp lý lực hấp dẫn của đám mây bụi khí đó đã “ngăn chặn”, không cho các phần tử
của nó phát tán do bị hấp dẫn về phía ngôi sao khổng lồ một cách ồ ạt có thể
quan sát được. Lực hấp dẫn của đám mây lên một phần tử phải xuất phát từ trọng
tâm (hay rất gần tâm?) của nó bằng cách nào đó được truyền về phía phần tử và
tác động đến “ngay chóc(?)” trọng tâm phần tử. Phần tử cũng hành xử như vậy đối
với đám mây bụi nhưng ngược chiều. Giải thích như thế kể cũng “bùi tai”, song,
lại rất khó hình dung một đám mây bụi khí gần các phần tử nhỏ bé không những
chỉ liên kết với nhau một cách lỏng lẻo, rời rạc mà còn chuyển động tương đối
rối loạn lại sinh ra được một trường hấp dẫn có lực hút xuất phát từ trọng tâm
của nó.
Thắc mắc thứ ba là giả sử có một viên bi
sắt được đặt ở đúng tâm Trái Đất, hỏi rằng lực hấp dẫn của Trái Đất có tác dụng
lên nó không? Theo công thức tính lực hấp dẫn thì vì lúc đó khoảng cách tâm của
Trái Đất và viên bi bằng 0, do đó không thể xác định được tương tác hấp dẫn
giữa chúng, hoặc cũng có thể cho rằng tương tác hấp dẫn ấy không tồn tại. Nhìn
ở góc độ khác thì phải thấy rằng, có thể coi Trái Đất là khối cầu chuẩn và nếu
cắt chia tưởng tượng nó bằng những lát cắt phẳng qua tâm thì sẽ có được những
cặp khối đất đối xứng qua tâm Trái Đất. Lúc này không thể không thừa nhận viên
bi đồng thời tương tác hấp dẫn với tất cả các khối đất ấy và vì có hiện tượng
đối xứng nên tổng lực hấp dẫn của các khối đất lên nó và của nó lên tất cả các
khối đất đều bằng 0 nếu xét về mặt tương phản nhưng khác 0 về mặt lực lượng
tuyệt đối. Đó là biểu hiện về sự tác dụng lực cân bằng. Nghĩa là không phải
viên bi không tương tác hấp dẫn mà vẫn tương tác hấp dẫn với Trái Đất nhưng
dưới một hình thức khác, làm cho bề mặt viên bi coi như bị ép bởi một lực, đồng
thời trọng tâm của nó lại bị “kéo căng” ra các hướng đến các trọng tâm của các
khối đất (tác dụng tương hỗ). Vì một điểm hình học là không có nội tại, là ảo, cho nên các lực tác
dụng trực đối tại một điểm trực tiếp triệt tiêu nhau nên cũng không có sự kéo
căng nào cả đối với trọng tâm của viên bi.
Giả sử các khối đất đều có khối lượng bằng nhau là mk, số lượng khối đất là n, khoảng cách tâm của chúng đến tâm viên bi (và cũng là tâm Trái Đất) là r', gọi khối lượng viên bi là mv, thì tổng lực hấp dẫn của các khối đất tác dụng lên viên bi, về mặt lực lượng, là:
Giả sử các khối đất đều có khối lượng bằng nhau là mk, số lượng khối đất là n, khoảng cách tâm của chúng đến tâm viên bi (và cũng là tâm Trái Đất) là r', gọi khối lượng viên bi là mv, thì tổng lực hấp dẫn của các khối đất tác dụng lên viên bi, về mặt lực lượng, là:
Gọi khối lượng Trái Đất là mđ thì rõ ràng:
mđ=n.mk
Gọi diện tích bề mặt viên bi là sv thì áp lực ép viên bi
là:
(Có thể chọn 
, với r là bán kính Trái Đất,
hay nếu gọi bán kính viên bi là r'' thì có thể chọn 
để có được cường độ
lực tác động lên một điểm diện tích trên bề mặt viên bi là:
, với r là bán kính Trái Đất,
hay nếu gọi bán kính viên bi là r'' thì có thể chọn để có được cường độ
lực tác động lên một điểm diện tích trên bề mặt viên bi là:
Sự kỳ dị đó không thể xảy ra trong thực
tại. Bởi vì nếu mật độ khối lượng của Trái Đất là đồng đều thì dễ dàng xác định
được trọng tâm của các khối đất nói trên đều cách tâm Trái Đất một khoảng:
Từ đó, nếu r2=1 thì r’2=0,5 và 
(với 
), tức là r’’>r’, dẫn đến không thể hình dung nổi!).
(với ), tức là r’’>r’, dẫn đến không thể hình dung nổi!).
Dù với điều kiện r’’>r’ thì hiện tượng tương
tác hấp dẫn của viên bi đồng thời với các khối đất vẫn còn rất kỳ dị. Làm sao
một viên bi lại có thể phát huy được một tổng lực lớn hơn cả lực hấp dẫn của
Trái Đất tác dụng lên một vật có khối lượng đúng bằng mv ở trên mặt đất để
“kéo” các khối đất tự ép mình như thế? (Đoạn trên lập luận sai, chưa sửa!).
Bây giờ, lại giả sử rằng có thể khoan một
lỗ nhỏ từ mặt đất, xuyên tâm Trái Đất, thủng luôn mặt đất phía bên kia. Thử hỏi
thả viên bi sắt vào đó thì nó sẽ chuyển động như thế nào? Nhiều người nghĩ
rằng, tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn, viên bi sẽ chuyển động tự do nhanh
dần đều và khi đến tâm Trái Đất thì vận tốc của viên bi sẽ đạt cực đại. Từ tâm
Trái Đất, vì bắt đầu phải chuyển động quán tính ngược chiều với lực hấp dẫn nên
vận tốc viên bi bị giảm dần đều và khi đến mặt đất phía bên kia thì bằng 0. Lúc
đó vì vẫn bị tác động bởi lực hấp dẫn nên viên bi phải chuyển động nhanh dần
đều trở lại về tâm Trái Đất và cứ thế, nếu không có bất kỳ một tác động ngoại
lai nào gây ảnh hưởng cũng như nếu Trái Đất tồn tại vĩnh viễn, thì quá trình
“lắc” kiểu như thế của viên bi cũng vĩnh viễn. Thế nhưng, nếu suy lý theo góc
độ khác thì tình hình chuyển động của viên bi chưa chắc là như thế. Giả sử rằng
có thể cắt Trái Đất thành những lát đất rời rạc có mặt cắt vuông góc với trục
lỗ thì khi viên bi chuyển động trong lỗ, lực hấp dẫn của Trái Đất lên viên bi
lúc này phải được thấy là một tổng hợp hai lực hấp dẫn cùng phương nhưng ngược
chiều, một là của phần đất “phía sau” viên bi, một là phần đất “phía trước” nó.
Khi viên bi chuyển động hướng đến tâm Trái Đất, khối lượng phần đất phía sau
tăng dần, nghĩa là lực kéo do hấp dẫn ngược chiều vận tốc viên bi tăng dần và
ngược lại, khối lượng phần đất phía trước giảm dần, nghĩa là lực kéo do hấp dẫn
thuận chiều vận tốc viên bi giảm dần. Tại tâm Trái Đất, do khối lượng hai phần
đất trước và sau viên bi bằng nhau (và bằng một nửa khối lượng Trái Đất) nên
coi như lực hấp dẫn của Trái Đất lên viên bi bằng 0. Như vậy, phải cho rằng khi
viên bi chuyển động hướng đến tâm Trái Đất, vận tốc của nó cũng tăng dần nhưng
với gia tốc giảm dần và bằng 0 tại tâm Trái Đất. Khi viên bi chuyển động ra xa
tâm Trái Đất, thì vận tốc của nó giảm dần từ giá trị cực đại tại tâm Trái Đất
với một gia tốc âm tăng dần sao cho đến bề mặt đất phía bên kia, có vận tốc
bằng 0, để viên bi lại tiếp tục một quá trình y hệt nhưng theo chiều ngược lại.
Dễ thấy rằng viên bi trong trường hợp này chuyển động chậm hơn chuyển động của
nó trong trường hợp trước.
Thế thì trong hai trường hợp giả tưởng
trên, trường hợp nào là phù hợp với thực tại khách quan hơn? Nếu chọn trường
hợp đầu thì khi viên bi ở rất gần tâm Trái Đất, vận tốc của nó rất lớn, thậm
chí có thể lớn hơn cả vận tốc ánh sáng vì lực hấp dẫn của Trái Đất lên viên bi
lúc đó là cực lớn (nếu viên bi ở ngay tâm Trái Đất thì lực này lớn vô hạn;
nhưng không thể xác định được theo phương chiều nào!). Nếu chọn trường hợp sau
thì phải cho rằng công thức tính lực hấp dẫn do Niutơn thiết lập chỉ đúng trong
trường hợp hai vật tương tác hấp dẫn ở ngoài nhau.
Nếu đặt viên bi đó tại tâm Trái Đất trong
lỗ thì nó có đứng yên không? Chắc chắn nó sẽ đứng yên vì ít ra tổng hợp lực hấp
dẫn của các phần đất lên nó là cân bằng. Hơn nữa, rất có khả năng là lúc đó
viên bi cũng không tương tác hấp dẫn với Trái Đất vì các phần đất quanh viên bi
đã tương tác hấp dẫn với nhau và triệt tiêu lực hấp dẫn của nhau tại tâm điểm
của Trái Đất (cũng là tâm điểm của viên bi). Hình dung lực hấp dẫn tác động lên
viên bi giảm dần, giảm dần theo hướng từ mặt đất đến tâm Trái Đất và bằng 0
ngay tại tâm Trái Đất dễ dàng hơn hình dung lực ấy tăng dần và đạt cực đại tại
tâm Trái Đất.
Sau đây là thắc mắc thứ tư. Thủy triều là
hiện tượng nước ở ven biển, cửa sông tăng lên và hạ xuống theo chu kỳ. Vì chu
kỳ này đúng bằng khoảng thời gian giữa hai lần Mặt Trăng liên tiếp qua kinh
tuyến của mỗi nơi, nên trong giáo trình vật lý, hiện tượng thủy triều được giải
thích là do lực hấp dẫn của Mặt Trăng gây ra. Để đơn giản, người ta giả thiết
rằng Trái Đất là một khối cầu nhẵn có phủ một lớp nước (xem hình 1/a).
Hình 1: Hiện
tượng thủy triều
Lực hấp dẫn của mặt trăng tác dụng lên
khối nước ở A gây ra một gia tốc hút về Trăng là:
Và ở B là:
Trong đó: R là khoảng cách giữa
tâm Trái Đất và Trăng
r là bán kính Trái Đất
m là khối lượng của
Trăng
G là hằng số hấp dẫn
Vì Trái Đất cũng bị lực hấp dẫn của Trăng
tác dụng gây ra một gia tốc tại tâm O hướng về phía Trăng là:
Nên hiệu số gia tốc giữa A và O là:
Vì r<
và được gọi là gia tốc thủy triều.
Gia tốc này có hướng đến Mặt Trăng nên
nước ở vùng A dâng lên.
Tại B, gia tốc thủy triều là:
Vì gia tốc này có hướng ra xa Trăng nên
khối nước ở vùng B cũng dâng lên (xem hình 1/b).
Chúng ta cho rằng giải thích như trên là
khó hiểu!
(Còn tiếp)
--------------------------------------------------------------
Nhận xét
Đăng nhận xét