NHỮNG VẤN ĐỀ TRIẾT HỌC TRONG LÝ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TIỂU LUẬN MÔN TRIẾT HỌC NHỮNG VẤN ĐỀ TRIẾT HỌC TRONG LÝ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI Giảng viên phụ trách : Học viên thực hiện : TS.Bùi Văn Mưa Phạm Xuân Bình MSHV : CH1301006 TPHCM – 8/2014 1 Giới thiệu Bài tiểu luận này trình bày về những vấn đề Triết học trong lý thuyết tương đối. Lý thuyết tương đối của Einstein gồm 2 phần: thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng. Bài nêu lên những nhận định, hiểu biết về thuyết tương đối. Thuyết này đã gây ra những thay đổi lớn về nhận thức thế giới quan và con người. Những vấn đề tưởng chừng như tuyệt đối từ trước, đến lúc ông công bố học thuyết cũng chỉ còn là tương đối như thời gian. Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm không còn đường thẳng nữa mà là đường cong. Sau đây sẽ trình bày qua về học thuyết này. 2 I. Thuyết tương đối hẹp 1. Tiên đề thứ nhất Mọi hiện tượng vật lý(cơ học, nhiệt động lực học, điện từ học…) đều xảy ra như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính. Trong đó hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu trong đó không xuất hiện lực quán tính. Mọi hệ quy chiếu quán tính là hoàn toàn tương đương nhau. Với thuyết tương đối hẹp, không gian và thời gian không còn là bất di bất dịch như quan điểm của Newton mà trái lại có thể co lại tùy tình hình. Einstein đã thay không gian và thời gian tuyệt đối thành không – thời gian tương đối. Đối với triết học, sự thay đổi ảnh hưởng lớn là thay thế của không-thời gian cho không gian và thời gian. Trong động lực học Newton, hai sự kiện được phân ra thành khoảng cách trong không gian và khoảng thời gian. Khi con người nhận thức được mọi chuyển động chỉ là tương đối, vd: Trên xe lửa, xe hơi khi ta đi lại, rót nước vào cốc thì mọi việc xảy ra dường như xe đứng yên đối với ta. Khoảng cách trong không gian trở nên không rõ ràng ngoại trừ trường hợp các sự kiện diễn ra đồng thời, nhưng người ta vẫn nghĩ không có sự mơ hồ về tính đồng thời ở những nơi khác nhau. Bằng các lý lẽ logic và thực nghiệm, người ta biết rằng tính đồng thời chỉ xác định khi nó được áp dụng cho các sự kiện ở cùng một nơi. Tính đồng thời này sẽ trở nên mơ hồ hơn khi các sự kiện tách dần xa nhau trong không gian, vd: bạn ngồi trong con tàu chạy tốc độ cao trong không gian, thắp 1 cây nến thì bạn sẽ thấy các tia sáng đập vào vách tường là như nhau. Nhưng người quan sát ở ngoài sẽ không nói vậy, do phi thuyền bạn di chuyển về phía trước nên quãng đường ánh sáng đi tới vách sau sẽ ngắn hơn quãng đường ánh sáng đi tới vách trước, vậy ánh sáng đi tới vách sau nhanh hơn. Người ta đưa ra một nhận định tổng quát hơn. Sự kiện có một trật tự bốn chiều, nhờ đó chúng ta có thể nói rằng một sự kiện A là gần với một sự kiện B hơn là một sự kiện C; đây là một vấn đề thuần túy, không liên quan bất cứ điều gì đến lượng. Nhưng ngoài ra, giữa các sự kiện(A,B,C) lân cận còn có một mối quan hệ 3 định lượng được gọi là "khoảng," nó đáp ứng đầy đủ các chức năng cả về khoảng cách trong không gian và khoảng thời gian trôi đi trong động lực truyền thống, nhưng đáp ứng chúng với một sự khác biệt. Nếu một vật có thể di chuyển để có mặt ở cả hai sự kiện, thì “khoảng” đó là khoảng thời gian. Nếu một tia sáng có thể di chuyển để có mặt ở cả hai sự kiện, khoảng thời gian bằng không. Nếu 2 điều trên không có thể xảy ra, thì “khoảng” đó là khoảng không gian. Khi chúng ta nói về một vật có mặt "tại" một sự kiện, có nghĩa là sự kiện này xảy ra ở cùng vị trí không-thời gian với một trong những sự kiện làm nên lịch sử của vật đó; và khi chúng ta nói rằng hai sự kiện xảy ra tại cùng một vị trí trong không-thời gian, có nghĩa là không có sự kiện nào giữa chúng theo trật tự không-thời gian bốn chiều. Tất cả sự kiện xảy ra với một người tại một thời điểm nhất định (trong thời gian của anh ta) là ở một vị trí; Ví dụ, nếu chúng ta nghe thấy một tiếng động và nhìn thấy một màu sắc cùng một lúc, hai nhận thức đó đều ở một vị trí trong không-thời gian. Không gian và thời gian không như nhau đối với mọi người, còn "không - thời gian" đối với mọi người thì như nhau. Khi một vật có mặt tại hai sự kiện mà không cùng vị trí trong không-thời gian, thì trật tự thời gian của hai sự kiện không phải là mơ hồ, mặc dù độ lớn của “khoảng” thời gian sẽ khác nhau trong các hệ thống đo lường khác nhau. Nhưng khi khoảng cách giữa hai sự kiện có tính không gian, trật tự thời gian của chúng sẽ khác nhau trong các hệ thống đo lường khác nhau; trong trường hợp này, trật tự thời gian không thể biểu hiện một sự kiện vật lý. Điều này kéo theo, khi hai vật thể đang chuyển động tương đối, giống như mặt trời và một hành tinh, không có sự kiện vật lý như "khoảng cách giữa các vật tại một thời điểm nhất định"; điều này cho thấy định luật hấp dẫn của Newton bị lỗi logic. May mắn thay, Einstein đã không những chỉ ra những khiếm khuyết của định luật, mà còn hoàn thiện nó. Lập luận của ông chống lại Newton vẫn được công nhận ngay cả khi luật hấp dẫn riêng của ông chưa được chứng minh là đúng. 2. Tiên đề thứ hai 4 Tốc độ ánh sáng trong chân không là một đại lượng không đổi trong tất cả các hệ qui chiếu quán tính. Bất kỳ phép đo nào được tiến hành trong bất cứ hệ quy chiếu quán tính nào, bao giờ cũng cho cùng một giá trị vận tốc (ánh sáng trong chân không) ký hiệu là c. Các phép đo hiện đại cho ta c 299.793km/giây. Einstein đã chứng tỏ rằng chính quan niệm của chúng ta về không gian và thời gian là nguyên nhân gây ra sự khó hiểu này. Ví dụ, nếu một người đi du lịch 60km/h trên xe buýt ném một vật có tốc 30km/h, vật này sẽ di chuyển 90km/h, do cả hai tốc độ kết hợp quan sát bởi một người đứng trên mặt đất, nhưng chỉ có 30km/h cho người trên xe buýt. Tuy nhiên, nếu người trên xe buýt chiếu một chùm ánh sáng, và một người đứng yên trên mặt đất cũng nhìn thấy nó, tốc độ của ánh sáng sẽ là như nhau cho cả hai người trên mặt đất và những người trên xe buýt. 60km/h vận tốc của xe buýt thêm vào không có nghĩa. Trực giác ban đầu cho chúng ta biết điều này không có ý nghĩa, tốc độ được xác định bởi khoảng cách chia cho thời gian. Vì vậy, nếu tốc độ ánh sáng không thay đổi, có nghĩa là khoảng cách và thời gian phải thay đổi để luôn đạt được giá trị chính xác. Vì vậy, một trong những hệ quả đặc biệt nhất của thuyết tương đối được rút ra: thời gian là tương đối! Những điều mà chúng ta nghĩ đã được khẳng định, chính xác, và được biết từ thời trước giờ đã bị phủ định. Thời gian (và độ dài) là phụ thuộc vào góc nhìn của mỗi người, và hoàn cảnh (tức là hệ quy chiếu quán tính) mà ta xem những "hằng số" ảnh hưởng đến các thuộc tính mà bạn đo. Thời gian thường được công nhận là hằng số duy nhất trong vũ trụ của chúng ta. Einstein nói rằng chúng ta phải xem xét lại cách chúng ta nhìn thế giới xung quanh. Một khái niệm căn bản thay đổi diện mạo khoa học, và nó đã được thừa nhận rộng rãi, phát hiện này bằng cách nào đó đã ảnh hưởng đến cuộc sống của tất cả mọi người trên trái đất. Các định đề của Einstein đã làm đổ nhào nhiều định đề khác đã được thừa nhận trong vật lý. Một trong số đó là định luật cơ bản của động lực học do Newton đưa 5 ra. Nội dung của định luật như sau: khi có một lực tác dụng lên một vật thì vận tốc của vật thay đổi nghĩa là vật có gia tốc. Giả sử, ta cho một lực khá lớn tác dụng rất lâu lên một vật, thì theo định luật Newton, vận tốc của vật sẽ tăng liên tục cho tới khi vượt quá cả C. Thế nhưng lý thuyết tương đối bảo rằng: "không thể thế được !" Einstein lý giải như sau: khối lượng tăng theo vận tốc, và khi gần đến vận tốc ánh sáng, thì khối lượng tiến tới vô hạn. Do vậy, không thể nào gia tốc đủ, để vật có thể chuyển động nhanh bằng ánh sáng. Trái lại, nếu vận tốc của vật khá nhỏ so với vận tốc ánh sáng, thì thực tế khối lượng của vật bằng khối lượng nghỉ của nó. Lúc này định luật Newton hoàn toàn đúng. Ðó là trường hợp xảy ra trong cuộc sống thường nhật của chúng ta. Thế còn năng lượng mà lực truyền cho vật là gì ? Khi lực làm tăng vận tốc của vật, thì cũng làm tăng khối lượng của vật. Mọi đóng góp năng lượng đều được thể hiện bởi sự tăng khối lượng. Thành thử, năng lượng truyền cho vật là độ tăng khối lượng của nó có thể được coi như các số đo khác nhau của cùng một vật thể. Vậy nên, ta đi đến một trong những sự hợp nhất đồng ấn tượng của vật lý hiện đại. Trước Einstein, vật lý đã biết tới hai nguyên lý bảo toàn cơ bản, hoàn toàn độc lập nhau: nguyên lý bảo toàn khối lượng và nguyên lý bảo toàn năng lượng. Lý thuyết tương đối đã hợp nhất chúng thành một: "nguyên lý bảo toàn khối lượng - năng lượng". Bây giờ người ta thường nói tới sự tương đương giữa năng lượng (E) và khối lượng (m): E = mc2 như Einstein đã viết: "Khối lượng của một vật là số đo năng lượng chứa trong nó". Đối với triết học: Thời gian không phải là một trật tự vũ trụ duy nhất: Cái sự kiện thời gian là riêng cho mỗi vật thể, không phải là một trật tự vũ trụ, kéo theo những thay đổi trong quan niệm về thực thể và nguyên nhân, và đề xuất (dùng quan niệm) một loạt sự kiện thay cho một thực thể đang thay đổi trạng thái. Cuộc tranh cãi về ête như vậy trở nên không thực tế. Rõ ràng là, khi các sóng ánh sáng di chuyển, các sự kiện diễn ra, người ta thường nghĩ rằng nó phải diễn ra “trong” 6 một cái gì đó, cái gì đó ấy, người ta gọi là ête. Nhưng dường như ngoại trừ một thành kiến lôgich, không có lý do nào để giả định là các sự kiện ở “trong” một cái gì. Vấn đề được rút lại thành một qui luật, theo đó, các sự kiện nối tiếp nhau tản ra từ những trung tâm, nhưng ở đây chúng ta bàn về các suy đoán còn tư biện hơn nữa. II. Thuyết tương đối rộng 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 (hoặc khối lượng hoặc 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). Ý nghĩa đối với Triết học: Tưởng tượng rằng không gian xung quanh chúng ta là những đường cong do sự tác động của lực hấp dẫn vũ trụ. Do đó, đường chim bay không phải là một đường thẳng mà là một đường cong. Về ý nghĩa thiên văn, rõ ràng bề mặt trái đất là một mặt cầu, vì thế đường chim bay không thể là đường thẳng tuyệt đối được. Như vậy, mọi khoảng cách không gian trong thế giới chúng ta là một đường cong. Với 2 điểm A, B bất kỳ, khoảng cách AB là một hình vòng cung. Khi A trùng B, chúng ta có một hình tròn! Như vậy với vô số điểm với vị 7 trí không gian khác nhau nhưng chúng có sự giao nhau tại một điểm, và điểm đó là tâm vũ trụ. Như vậy, lực hấp dẫn là cái tạo nên sự khác biệt không và thời gian, từ đó tạo nên các sự vật hiện tượng khác nhau. Thực ra thế giới chỉ có 1 điểm duy nhất là tâm vũ trụ. Nhưng lực hấp dẫn tạo nên những hình tròn với 2 đầu mút là tâm vũ trụ, tạo nên cái đa dạng của vạn vật trong thế giới tương đối. Lực hấp dẫn một mặt đóng vai trò giúp cho thế giới quan có cơ hội nhận thức được bản chất của thế giới, nhưng mặt khác lại tạo ra thế giới tương đối đánh lừa nhận thức khi nhận thức không thể nắm lấy cơ hội mà nó ban cho! Nếu như ta có thể dịch chuyển từ vị trí không gian này sang vị trí không gian khác bằng những phương tiện giao thông thì liệu chúng ta có thể tạo ra một cỗ máy có thể dịch chuyển qua lại các vị trí thời gian? Những vấn đề trừu tượng suy diễn trên đây có ý nghĩa về mặt không gian, còn thời gian lại là một tác động khác của lực hấp dẫn thì thật khó mà tưởng tượng! Các định luật vật lý GS Eddingtond đã nhấn mạnh một khía cạnh của thuyết tương đối có tầm quan trọng về mặt triết học, nhưng khó làm sáng tỏ nếu không sử dụng môt số phép toán khó hiểu. Khía cạnh đó là sự giản lược những gì thường được coi như những qui luật vật lý thành các trạng thái rõ ràng hiển nhiên hoặc các định nghĩa rõ nét. GS Eddingtond, trong một tiểu luận hay một cách thâm thuý về “ Lĩnh vực của khoa học vật lý”, trình bày vấn đề đó như sau Trong giai đoạn hiện nay của khoa học, các định luật vật lý có thể chia ra ba loại: đồng nhất, qui luật thống kê và tiên nghiệm. Các định luật “đồng nhất ” gồm những qui luật phổ biến thường được viện dẫn như những ví dụ điển hình về qui luật tự nhiên – định luật vạn vật hấp dẫn, định luật bảo toàn khối lượng và năng lượng, định luật điện từ và bảo toàn điện tích. Những qui luật này được xem là đồng nhất khi chúng ta qui vào chu kỳ để hiểu thể trạng của các thực thể tuân theo các định luật ấy; và trừ khi chúng ta hiểu sai các thể trạng này, việc vi phạm 8 các luật đó là không thể hiểu được. Chúng không hạn chế cấu trúc cơ bản của thế giới bằng bất kỳ cách nào, và không phải là những qui luật điều hành. Chính những qui lật đồng nhất này hình thành nên chủ đề của thuyết tương đối , các qui luật khác, qui luật thống kê và qui luật tiên nghiệm, nằm ngoài phạm vi của nó. Như vậy kết quả chung cuộc của thuyết tương đối là chỉ ra rằng các định luật truyền thống của vật lý, hiểu một cách đúng đắn, hầu như không nói với chúng ta điều gì về tiến trình của giới tự nhiên, đúng hơn là tự nhiên của sự thật hiển nhiên có tính lôgic. Về một nghĩa, lý thuyết diễn dịch là kẻ thù của vật lý thực nghiệm. Vật lý thực nghiệm luôn luôn cố gắng giải quyết vấn đề bằng các thí nghiệm cốt yếu bản chất của các vật cơ bản, lý thuyết diễn dịch cố gắng giảm thiểu các thành tựu đạt được bằng cách chỉ ra một bản chất sự vật tương thích đến mức độ nào với tất cả các kết quả thí nghiệm. Điều đề xuất là : trong thế giới có thể nhận thức được, một cái gì đó sẽ được bảo toàn, các phép tóan cho ta phương tiện xây dựng các biểu thức toán học có đặc tính bảo toàn ấy. Là điều tự nhiên khi giả định rằng sẽ có ích khi có những cảm quan nó nhận ra các thực thể được bảo toàn ấy, như vậy, khối lượng, năng lượng, vân vân hình như đã có cơ sở trong kinh nghiệm của chúng ta, nhưng thực tế chỉ một lượng nhất định của chúng được bảo toàn, và thích hợp để được nhận biết. Nếu quan điểm này là đúng, vật lý học cho chúng ta biết về thế giới thật ít hơn nhiều so với những gì trước nay đã nghĩ. Lực và hấp dẫn: Một khía cạnh quan trọng của thuyết tương đối là xoá bỏ “lực”. Tất nhiên, điều này không phải là mới trong suy nghĩ, nó đã được chấp nhận trong động lực học hợp lý. Tuy nhiên vẫn còn một vấn đề khó khăn nổi trội của lực hấp dẫn, mà Einstein đã vượt qua. Giả thử , mặt trời ở trên một đỉnh đồi, còn các hành tinh ở bên sườn đồi. Chúng chuyển động như chúng đang làm vì sườn đồi nơi chúng đang ở, không phải vì một ảnh hưởng bí mật xuất phát từ trên đỉnh. Vật thể chuyển động như chúng làm vì đó là chuyển động dễ nhất có thể 9 trong địa hạt không thời gian trong đó chúng đang ở, không phải vì những “lực” tác động lên chúng. Nhu cầu bề ngoài dùng lực để giải thích các chuyển động được quan sát có từ những sai lầm dai dẳng về hình học Ơclít , một khi chúng ta đã vượt qua thành kiến này, chúng ta thấy rằng các chuyển động được quan sát, thay vì chứng tỏ sự có mặt của lực, lại chứng tỏ bản chất của hình học có thể áp dụng cho lĩnh vực liên quan. Các vật thể như vậy trở thành độc lập với nhau hơn nhiều so với trong vật lý Newton: có sự tăng lên của chủ nghiã cá nhân và sự giảm thiểu ảnh hưởng của chính phủ trung ương, nếu ta có thể nói một cách ẩn dụ như vậy. Điều này, đến một lúc nào đó có thể coi như việc sửa chữa hình ảnh của người có giáo dục về vũ trụ, với những kết quả có thể còn đi xa hơn nữa. Chủ nghĩa hiện thực trong thuyết tương đối – Sẽ là sai lầm nếu cho rằng thuyết tương đối thích hợp với một hình ảnh duy tâm về thế giới—dùng “chủ nghĩa duy tâm” theo nghĩa kỹ thuật, trong đó nó hàm ý rằng không thể có cái gì không phải là kinh nghiệm. “Người quan sát” thường xuyên được đề cập đến trong việc trình bày thuyết tương đối không nhất thiết là một người, mà có thể là tấm kính máy ảnh, hay bất kỳ dụng cụ ghi nào. Giả định cơ bản của thuyết tương đối là hiện thực, tức là, các khía cạnh trong đó tất cả các nhà quan sát đều nhất trí khi họ ghi nhận một hiện tượng có thể xem như một khách thể, mà không phải như sự đóng góp của chính nhà quan sát. Giả định này được hình thành từ lương tri thông thường. Kích thước và hình dáng biểu kiến của khách thể khác đi tùy theo điểm nhìn, nhưng lương tri thông thường không quan tâm đến những sự khác nhau này. Thuyết tương đối chỉ mở rộng quá trình này ra. Bằng cách xét đến không chỉ con người quan sát -tất cả đều cùng chuyển động theo trái đất- mà cả những “nhà quan sát” có thể trong chuyển động tương đối rất nhanh với trái đất, cho thấy rằng nó phụ thuộc vào điểm nhìn của người quan sát nhiều hơn là trước đây vẫn nghĩ. Nhưng thấy một thặng dư không phụ thuộc đến thế; đây là phần có thể biểu hiện bằng phuơng pháp “ cơ căng”. Tầm quan trọng của phương pháp này khó có thể cường điệu quá mức, tuy nhiên, hoàn toàn không có khả năng giải thích nó bằng những thuật ngữ không –toán. 10 [...]...Kết luận Các triết gia thời trước khi thuyết tương đối ra đời, đã lập luận rằng có một chân lý tuyệt đối và một cách tuyệt đối để tiếp cận các khía cạnh khác nhau của cuộc sống Bây giờ sự thật không còn là tuyệt đối mà phụ thuộc vào cách nhìn của mỗi người, hệ quy chiếu triết học của chính bạn Đúng hay sai bây giờ khác nhau từ người này sang... nhiên, cần lưu ý rằng lập luận triết học này không phải luôn luôn được chấp nhận bởi các chuẩn mực xã hội mà chúng ta đang sống Tài liệu tham khảo: (1) Philosophical Consequences of Relativityby Bertrand Russell, the Thirteenth Edition (1926) of Britannica (2) EINSTEIN'S THEORY OF RELATIVITY: IMPLICATIONS BEYOND SCIENCE? By: Hans Arora Oct 20, 2008 (3) Hỏi đáp về lý thuyết tương đối hẹp, Elisa Brune (đăng... thuyết tương đối hẹp, Elisa Brune (đăng ở "La Recherche" tháng 5-2002), Lê Băng Sương tóm lược (4) http://vi.wikipedia.org/wiki/Thuy%E1%BA%BFt_t %C6%B0%C6%A1ng_%C4%91%E1%BB%91i (5) Tưởng tượng về thuyết tương đối rộng, Le Viet Minh, http://www.khoahoc.com.vn/ 11 . về những vấn đề Triết học trong lý thuyết tương đối. Lý thuyết tương đối của Einstein gồm 2 phần: thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng. Bài nêu lên những nhận định, hiểu biết về thuyết. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TIỂU LUẬN MÔN TRIẾT HỌC NHỮNG VẤN ĐỀ TRIẾT HỌC TRONG LÝ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI Giảng viên phụ trách : Học viên thực hiện : TS.Bùi Văn Mưa. biết về thuyết tương đối. Thuyết này đã gây ra những thay đổi lớn về nhận thức thế giới quan và con người. Những vấn đề tưởng chừng như tuyệt đối từ trước, đến lúc ông công bố học thuyết cũng