Sơ lược về thuyết tương đối hẹp
Để hiểu được lý thuyết này ta cần quay lại khoảng cuối thế kỉ XIX, khi đó, các nhà khoa học vẫn tin là họ đã gần đạt đến sự mô tả đầy...
Để hiểu được lý thuyết này ta cần quay lại khoảng cuối thế kỉ XIX, khi đó, các nhà khoa học vẫn tin là họ đã gần đạt đến sự mô tả đầy đủ về vũ trụ. Như ta đã biết âm thanh truyền đi được là do sự dao động của các phân tử khí trong bầu khí quyển, ra khỏi khí quyển thì còn rất ít không khí nên ta không thể nghe thấy bất cứ điều gì. Hiểu nôm na là muốn âm thanh truyền đi được thì phải có môi trường truyền âm, ở đây là chất rắn lỏng khí, nếu không có môi trường truyền âm thì âm thanh không truyền đi được. Newton từng giải thích về quang phổ của ánh sáng không đơn sắc khi đi qua một lăng kính bị tách thành cồng vồng bằng cách coi ánh sáng truyền đi dưới dạng sóng. Cũng chính vì vậy mà cách nhà khoa học cuối TK XIX hình dung rằng không gian được lấp đầy bằng một môi trường liên tục gọi là "Ete". Theo đó sóng vô tuyến các loại cũng như ánh sáng sẽ truyền trong môi trường đó giống như sóng âm là sóng áp suất trong không khí vậy. Và vì thế nên các nhà khoa học chỉ việc ngồi nhà coi siêu nhân và chờ đợi các phép đo tiên tiến để kiểm chứng sự đàn hồi cũng như sự tồn tại của ete mà thôi. (rõ sướng nhỉ :v )
Cũng vào cuối thế kỉ đó các ý tưởng về ete bắt đầu chia rẽ. Theo lý thuyết ete thì ánh sáng truyền trong ete với một tốc độ không đổi, theo đó nếu bạn chuyển động ngược chiều với ánh sáng thì bạn sẽ thấy vận tốc ánh sáng nhanh hơn so với bình thường và tương tự sẽ chậm hơn khi bạn chuyển động cùng chiều với vận tốc ánh sáng. Tuy nhiên đã có rất nhiều thí nghiệm được thực hiện để kiểm chứng nhận định trên nhưng rõ ràng nhất vẫn là thí nghiệm Michelson-Morley bằng việc sử dụng giao thoa kế.
Đọc thêm:

Điểm mấu chốt trong thí nghiệm này là ta phát một nguồn sáng ra và so sáng vận tốc của hai chùm tia sáng vuông góc với nhau khi nhận tại máy thu. Do Trái Đất quay quanh trục nên thiết bị sẽ chuyển động trong ete và theo đó hai chùm sáng sẽ di chuyển hai hướng khác nhau trong ete và ta sẽ thu được kết quả là một chùm sáng tới máy thu trước và một chùng sáng tới sau. Nhưng kết quả thí nghiệm lại thu hai chùm sáng cùng một lúc. Thuyết ete đã lung lay. Nhưng với niềm tin về ete có tồn tại nên hai nhà khoa học George Fitzgerald và Hendrik Lorentz đã gợi ý là các vật thể chuyển động trong ete sẽ co lại và đồng hồ sẽ chạy chậm đi. Chính điều đó khiến ta đo ánh sáng với cùng một tốc độ, không phụ thuộc nó chuyển động như thế nào so với ete. Đây như một sự cứu vãn cho lý thuyết ete đang hấp hối. Khi đó, một nhân viên vô danh ở Sở sáng chế lại Thuỵ sĩ tên Einstein đã công bố 5 bài báo khoa học thay đổi hoàn toàn nền vật lý lý thuyết đương thời và chỉ ra những ngộ nhận của giới khoa học đương thời.
Một trong những ngộ nhận sai lầm thời bấy giờ chính là tính đồng thời. Tức là thời gian tuyệt đối. Chẳng hạn một người đứng giữa hai tia sét, khoảng cách đến 2 tia sét đó là như nhau, chính vì vậy NẾU hai tia sét cùng đánh một lúc thì người đó sẽ nhìn thấy ánh sáng của hai tia sét đến cùng một lúc. Nhưng các nhà khoa học lại ngộ nhận rằng 2 sự kiện, ở đây là 2 tia sét, vì nó xảy ra đồng thời cho nên mọi người quan sát dù ở bất cứ đâu đều quan sát thấy 2 tia sét cùng một lúc. Tia chớp được truyền đi với vận tốc ánh sáng (299.792.458m/s) hay khoảng 300.000km/s. Đây là một vận tốc vô cùng lớn nhưng vẫn hữu hạn. Như vậy một người mà khoảng cách đến hai tia sét khác nhau đủ lớn sẽ nhận thấy hai tia sét xuất hiện không đồng thời. Điều này nghĩa là tính đồng thời đã mất đi tính khách quan của nó. Đây là nhận thức chìa khoá để Einstein đi tới kết luận rằng không có thời gian tuyệt đối mà chỉ thời gia riêng của các hệ quy chiếu, của tôi, của bạn.
Đọc thêm:
Mặt khác thuyết điện từ của Maxwell không cho phép vận tốc ánh sáng lớn hơn c (c=300.000km/s). Theo đó vận tốc ánh sáng là như nhau đối với mọi người quan sát dù cho họ có chuyển động với tốc độ nào đi chăng nữa. Chính vì vậy định lý cộng vận tốc của Newton bị lung lay dữ dội. Nếu như trước kia chiếc ô tô chuyển động với vận tốc v và bật đèn pha với vận tốc c thì tốc độ ánh sáng sẽ là c+v. Điều này là sai lầm sau khi thuyết tương đối hẹp của Einstein ra đời năm 1905. Khi đó vận tốc ánh sáng vẫn luôn là c với mọi hệ quy chiếu. Vì vậy ông đã đề xuất rằng : các định luật khoa học phải là như nhau đối với mọi người quan sát chuyển động tự do, cụ thể là họ phải đo được vận tốc ánh sáng như nhau cho dù họ chuyển động với vận tốc như thế nào. Tốc độ ánh sáng không phụ thuộc vào chuyển động của họ và như nhau theo mọi hướng".
Tóm lại, thuyết tương đối hẹp phát triển từ hai tiên đề, một tiên đề về nguyên lý tương đối và một tiên đề về vận tốc ánh sáng:
1. Nguyên lý tương đối. Tất cả các hiện tượng vật lý, về cơ học cũng như điện động học, vẫn không thay đối trong tất cả các hệ quy chiếu chuyển động đều (gọi là hệ quy chiếu quán tính).
2. Nguyên lý bất biến của vận tốc truyền ánh sáng trong chân không. Vận tốc ánh sáng có cùng độ lớn c trong tất cả các hệ quy chiếu, miễn là các hệ thống này chuyển động tương đối đều với nhau.
Đọc thêm:
Chữ 'tương đối' ngụ ý rằng chuyển động tương đối mới là quan trọng. Khi Einstein công bố các bài báo về lý thuyết của ông thì ông đang 26 tuổi, đang sống ẩn dật và kiếm sống qua ngày tại Sở công nhận quyền sáng chế tại Bern, Thuỵ Sĩ, làm việc 6 ngày một tuần với đồng lương 600$ một năm, trong khi phải nuôi vợ và một con. Công việc ấy là sự cứu cánh của một người bạn giúp đỡ khi ông không tìm được việc làm. 5 bài báo của ông được công bố trong Niên giám Vật lý Đức đã gây nên một cuộc cách mạng trong nền vật lý lý thuyết toàn thế giới. Năm 1905 được gọi là năm thần kì. (Einstein kì ghê, cuộc sống bấp bên rồi mang trong mình đam mê khoa học mà lấy vợ sớm quá, haizz, khổ vợ con)
Từ thuyết tương đối hẹp đã dẫn đến một số hệ quá đáng kể như sau:
1. Một vật chuyển động càng gần bằng tốc độ ánh sáng thì khối lượng của nó càng tăng. Tỉ như các hạt electron trong các máy gia tốc hạt lớn trên thế giới khi được gia tốc đến 99,99% vận tốc ánh sáng thì có khối lượng tăng gấp 2000 lần khi nó ở trạng thái nghỉ.
2. Càng chuyển động càng nhanh thì vật chuyển động sẽ càng co lại theo chiều chuyển động. Hiểu nôm na là 1 con tàu vũ trụ dài 1000m thì khi di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng thì nó sẽ còn chiều dài vài trăm thôi.
3. Năng lượng và khối lượng là như nhau và liên hệ với nhau theo công thức vĩ đại E=mc^2. Minh chứng hùng hồn nhất đó là 2 quả bom nguyên tử ném xuống Hiroshima và Nagasaki. Chỉ với một lượng nhỏ Urani phân rã tạo thành một nguồn năng lượng phóng xạ khổng lồ.
4. Vận tốc ánh sáng là nhanh nhất và ta không gì nhanh hơn vận tốc ánh sáng. Theo hệ quả 1 thì khi ta gia tốc cho một vật lên càng cao thì khối lượng của nó cũng sẽ tăng theo, điều đó đòi hỏi một lượng năng lượng lớn hơn để duy trì vận tốc ấy, cứ như vậy thì muốn gia tốc một vật có khối lượng tới vận tốc ánh sáng là điều không thể bởi vì ta cần một lượng năng lượng vô hạn, điều này là vô lý. Chỉ có hạt photon là hạt cấu thành ánh sáng được cho là có khối lượng không mới có thể đạt vận tốc ấy.
5. Một người di chuyển càng nhanh thì thời gian của người đó sẽ chậm lại. Điều này được trình bày trong nghịch lý sinh đôi. Rằng 2 anh em sinh đôi một người ở lại Trái Đất một người thực hiện một chuyến du hành ngoài vũ trụ, giả sử tàu đạt vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng thì thời gian của người đi sẽ trôi rất chậm. Vì vậy khi trở về Trái đất, người ở lại trở nên già nua hoặc có thể không còn sống như người đi thì chỉ thay đổi chút ít. Một thí dụ cụ thể cho sự co lại của thời gian là sự chuyển động của hạt Muon, một loại hạt cơ bản trong vũ trụ, nó chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Loại hạt này có tuổi thọ rất thấp, cho nên theo lý thuyết nó sẽ phân rã hết trước khi chạm tới mặt đất. Nhưng theo thuyết tương đối thì do nó di chuyển gần bằng vận tốc ánh sáng nên thời gian của nó bị co lại, nó 'sống' lâu hơn và kịp đến mặt đất trước khi phân rã hết. Các nhà khoa học đã kiểm chứng điều này là đúng vì tìm thấy các hạt Muon trên bề mặt Trái Đất.
Thuyết tương đối hẹp còn đưa ra một hệ quả rất quan trọng đó là đưa đến nghiệm âm đối với năng lương (do c^2). Điều này tưởng chừng như vô lý nhưng từ khi thuyết lượng tử ra đời thì nó đã được chấp nhận. Buộc lòng các nhà khoa học phải nghiên cứu về loại năng lượng âm này cũng như sự chuyển dịch từ năng lương dương sang âm, bằng chứng là hiện nay các nhà khoa học đã có thể tạo ra phản vật chất, positron, phản proton, phản neutron,...Về mặt lý thuyết mỗi loại hạt sẽ có một phản hạt của nó.
Thuyết tương đối Hẹp là một công trình vĩ đại.
p/s: ôi mình định viết thuyết tương đối rộng luôn nhưng mẹ réo rồi, ngồi máy 4 tiếng rồi mà. :v đành hẹn mọi người dịp khác nha, có lẽ khi mình thi xong vậy. Bài viết còn nhiều lỗi, cách hành văn,... Dù sao cũng chỉ là lần thứ 3 mình viết bài. Hy vọng mọi người quan tâm và giúp đỡ, góp ý.
Bài viết có tham khảo trong các tài liệu khoa học, sách,... nhưng tự viết là chính. (Rút kinh nghiệm).
tư liệu tham khảo:

Khoa học - Công nghệ
/khoa-hoc-cong-nghe
Bài viết nổi bật khác
- Hot nhất
- Mới nhất

Viet Anh Tran

Hoan nghênh em, mới lớp 10 mà tìm hiểu những kiến thức này rồi, giỏi quá.
À, với tư cách một người lớn hơn em một chút, anh có góp ý nhỏ nhỏ mà bản thân nghĩ rằng sẽ tốt cho sự phát triển lâu dài của em. Cứ thử xem có muốn áp dụng không nhé.
Anh nghĩ em không cần viết mình mới lớp 10 ra làm gì, vì hai lý do:
- Thứ nhất, mọi người đôi khi sẽ vì điều này mà đưa ra những nhận xét không đủ khắt khe. Chính thế nên vô tình sẽ cản trở quá trình em học được từ những người khác.
- Thứ hai, những lời khen ngợi dạng như "Oài, lớp 10 mà đã giỏi thế" hay tương tự nghe thì rất tuyệt nhưng dần dần có thể khiến mình tự thỏa mãn trên con đường chinh phục kiến thức. Xao nhãng (nếu có) sẽ khiến em đi chậm hơn so với khả năng của chính mình
biển kiến thức là mênh mông, cứ bơi càng nhanh càng tốt :))
Cũng chỉ vài suy nghĩ và góp ý của anh thôi, quyền quyết định là ở em. Dù gì thì anh vẫn follow và sẽ ko bỏ sót các bài chia sẻ về Vật lý của em đâu :)) Good job!

- Báo cáo

Nguyên Tuân
cảm ơn anh.
- Báo cáo

Viet Anh Tran

Viết tiếp em nhé. Có đam mê, có năng lực và nghiêm túc thế nào rồi cũng thành công 

- Báo cáo
legiondark
Chào em, anh cũng là người học Vật lý, về bài viết của em thì anh có một số nhận xét như sau:
Thứ nhất về đoạn tính đồng thời, dường như em có vẻ chưa hiểu hoặc đã hiểu nhưng diễn đạt lại sai về bản chất. Anh muốn nhấn mạnh là tính đồng thời của 2 sự kiện nó KHÔNG phụ thuộc vào việc người quan sát (NQS) đứng ở đâu. Có nghĩa là kể cả nếu 2 tia sét cách nhau xa đến mức anh này nhìn thấy một tia sét sáng trước tia còn lại, nó vẫn không làm mất đi tính đồng thời của 2 sự kiện "sét đánh", đơn giản chỉ là 2 tia sét đánh cùng lúc nhưng mất 2 khoảng thời gian khác nhau để đến mắt NQS thôi. Mấu chốt vấn đề là ở hệ quy chiếu (HQC). Nếu anh ta đang đi trên một con tàu chạy rất nhanh thì thậm chí có thể nói: vào thời điểm anh ta đi qua vị trí ở chính giữa 2 tia sét, NQS này không còn nhìn thấy chúng đánh xuống đồng thời nữa. Nói cách khác, giả sử có 2 NQS ở cùng 1 vị trí tại 1 thời điểm nhất định, NQS đứng yên nhìn thấy 2 tia sét đánh cùng lúc thì NQS đang chuyển động lại nhìn thấy 2 tia sét đánh không đồng thời (nhấn mạnh là 2 người này ở cùng vị trí). Đây chính là điều khó hiểu của Thuyết tương đối, mặc dù đã giải rất nhiều bài toán về Thuyết tương đối trong quá trình học, nhưng anh vẫn phải mất một thời gian mới có thể hiểu cặn kẽ vấn đề về mặt bản chất, vì nó đi ngược lại quan niệm của một người bình thường về không thời gian. Anh còn một số nhận xét nữa, nhưng đợi phản hồi từ em.
- Báo cáo

Nguyên Tuân
dạ ý em cũng vậy. tính đồng thời ở đây ý nói là vệ nhận định của NQS chứ bản thân nó không thay đổi mà. ý em là cái mà NQS nhận được chỉ là tương đối, phụ thuộc vào vị trí và tốc độ của anh ta. có lẽ việc em chỉ ghi tính đồng thời nên chưa diễn đạt rõ
- Báo cáo
BSGP26cm
wow, phải nói là anh rất ấn tượng đó. Anh có chút góp ý như này:
1, Em nên lý giải thêm là tại sao họ lại đi đến ý tưởng là c là hằng số với mọi hệ quy chiếu. Ở thế kỉ trước họ chưa đủ công nghệ để làm thí nghiệm, đo đạc các thứ đâu. tất cả mọi thứ em đang nói là Vật lý lý thuyết. họ tìm ra hằng số c là toàn trên lý thuyết thôi hoặc ít nhất lúc Einstein bắt đầu nghiên cứu thì họ vẫn nghĩ tốc độ ánh sáng là vô hạn và không gian, thời gian là tuyệt đối nhưng cuối cùng, tốc độ ánh sáng là hữu hạn và không gian, thời gian là tương đối.
2, 1 điều nữa rút ra từ thuyết tương đối đó là: các vật có khối lượng thì chắc chắn không thể chuyển động với vận tốc ánh sáng và các vật không khối lượng thì chắc chắn phải chuyển động với vận tốc ánh sáng.
3, Tốc độ ánh sáng không hoàn toàn là về ánh sáng mà nó là tốc độ của nhân quả. Nó nói là mọi sự tương tác, truyền thông tin, gây hậu quả lên các vật khác đều không thể vượt quá C. giả như mặt trời biến mất thì đến 8 phút sau trái đất mới bay khỏi quỹ đạo (trọng lực "chuyển động" với vận tốc ánh sáng). em cắm điện vào ổ điện thì cũng phải mất thời gian để các electron "cảm nhận" được sự chênh lệch của điện trường và bắt đầu di chuyển (Lực điện từ "chuyển động" với vận tốc ánh sáng) và điều tương tự xảy ra với tương tác yếu và tương tác mạnh. họ gọi là vận tốc ánh sáng vì nó là thứ đầu tiên họ tìm ra thôi =))
4, Flaw của thuyết tương đối là không giải thích được hố đen và cơ học lượng tử. Theo như Einstein, mọi thứ đến rìa hố đen sẽ bị giãn thời gian quá lớn và em có đợi cả tỉ tỉ tỉ năm sau nó vẫn không thể "rơi" vào hố đen. điều này là không đúng vì chúng ta đã quan sát được các hố đen "ăn" các ngôi sao xung quanh và lớn lên.
Cố giữ tinh thần ham học hỏi này nhé. chúc em may mắn
- Báo cáo

Nguyên Tuân
em cảm ơn anh. về cái c là không đổi với mọi hệ qui chiếu thực sự thì em cũng chưa hoàn toàn hiểu được nó nữa.
- Báo cáo

Giày Lười
Muốn hiểu được chỗ này thì em cần tìm hiểu lại 2 vấn đề:
- Hệ 4 phương trình mô tả đặc tính sóng điện từ của Maxwell (Trong đó tính ra được vận tốc của ánh sáng và đặc biệt là vận tốc đó không tính trên mốc là bất kỳ cái gì cả)
- Các thí nghiệm trong giai đoạn đó đặc biệt thí nghiệm gió ete của Michelson
Và 1 vấn đề nữa là thuyết tương đối là 1 thuyết chưa đầy đủ và còn mâu thuẫn nên cần khai thác nhưng điều đó.
- Báo cáo

Nguyên Tuân
oh. em cảm ơn. còn phải học hỏi nhiều.
- Báo cáo

Nguyên Tuân
sao a ko viết về 1 vấn đề gì đó vậy. e thấy anh cũng đâu phải vừa đâu.
- Báo cáo

Giày Lười
A chỉ là người thưởng thức thôi ^^ cũng muốn viết mà chưa đủ khả năng.
- Báo cáo

Tường Minh
Mình góp ý nhẹ xíu.
2) Thực sự độ dài của vật thể không co lại, ta chỉ nhìn thấy nó co lại khi đứng bên ngoài nhìn vật thể đó chuyển động, nếu chuyển động cùng vận tốc với vật thể ta sẽ thấy vật thể đó không co lại.
3) Năng lượng với khối lượng không phải là như nhau mà nó chuyển hoá cho nhau. Khi một vật có khối lượng chuyển động dưới vận tốc ánh sáng nó sẽ chuyển hoá thành năng lượng theo công thức E=mc^2
5) Một người di chuyển càng nhanh thì thời gian của người đó “không co lại”. Lý do ta cảm thấy nó co lại là vì ta đứng ở 1 hệ quy chiếu khác với người đó. Ví dụ như 2 người song sinh mà bạn nói đó, cả 2 người đều đứng ở hệ quy chiếu khác nhau. Nếu bạn xét thời gian sống của họ theo mỗi hệ quy chiếu, bạn sẽ thấy họ sống với khoảng thời gian của người bình thường.
- Báo cáo

An Phong
Lớp 10 ghê đấy


- Báo cáo