Tiểu luận triết học Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH – KHCN&QHĐN Tiểu luận môn: Triết học Đề tài: NHỮNG VẤN ĐỀ TRIẾT HỌC TRONG LÝ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI Giảng viên hướng dẫn: TS. Bùi Văn Mưa Học viên thực hiện: Hồ Mạnh Khương Mã học viên: CH1301018 TP. Hồ Chí Minh, tháng 08/2014 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối I. Mở đầu Lịch sử phát triển từ lúc hình thành hơn hai nghìn năm của triết học và khoa học cho thấy hai lĩnh vực này có mối liên hệ mật thiết với nhau. Không những vậy, triết học, nhất là triết học duy vật biên chứng, tìm thấy trong khoa học những cơ sở vững chắc để khái quát nên những nguyên lý, quy luật chung nhất của mình. Trong khi đó, khoa học cũng tìm thấy những biện chứng về thế giới quan, phương pháp luận đúng đắn, sắc bén để đi sâu nghiên cứu giới tự nhiên. Thuyết tương đối cũng không nằm ngoài quy luật đó: chính trong bản thân nó cũng tồn tại những biện chứng triết học, và cũng cung cấp những cơ sở làm bước tiến vượt bậc cho triết học nói chung. Trong nội dung giới hạn của bài báo cáo và kiến thức của mình, bài tiểu luận này sẽ trình bày sơ lược những hiểu biết về thuyết tương đối và một số vấn đề triết học trong thuyết tương đối. Tiểu luận gồm ba phần: - Sơ lược về thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng. - Các vấn đề triết học trong thuyết tương đối. - Kết luận và nhận xét về những vấn đề triết học trong thuyết tương đối, cũng như ảnh hưởng của thuyết tương đối với triết học và khoa học kỹ thuật hiện đại. Tiểu luận có tham khảo tài liệu và ghi chép về thuyết tương đối, các tài liệu và bài giảng triết học của TS. Bùi Văn Mưa cung cấp và gợi ý, cùng một số tài liệu và nhận xét trích lược từ mạng Internet. HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 2 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối II. Thuyết tương đối và các vấn đề triết học bên trong nó a. Sơ lược về thuyết tương đối Thuyết tương đối của Albert Einstein gồm: thuyết tương đối hẹp (xuất bản dưới dạng 1 bài báo vào năm 1905) và thuyết tương đối rộng (công bố vào năm 1916) được ví như lý thuyết của vật lý hiện đại. Thuyết tương đối tổng quát thống nhất thuyết tương đối hẹp và định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, đồng thời nó miêu tả lực hấp dẫn (trường hấp dẫn) như là một tính chất hình học của không gian và thời gian, hoặc không thời gian [1] . Lý thuyết tương đối có thể được tóm gọn như sau: “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 với vai trò một lực riêng (như theo quan niệm của Newton), mà 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 mà ta cảm thấy lúc ta đứng trong thang máy đi lên (hoặc tương tự như khi ngồi trong xe 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 ảnh hưởng làm cong không-thời gian, và độ cong này tác động đến quỹ đạo rơi tự do (di chuyển) của các vật chất khác (kể cả đường đi của ánh sáng). Thuyết tương đối được phát biểu trong hai tiên đề: “Mọi hiện tượng vật lý (cơ học, nhiệt động lực học ) trong các hệ quy chiếu quán tính đều xảy ra như nhau.“ [2] HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 3 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối Tiên đề này cho ta biết rằng các phương trình được dùng để mô tả các hiện tượng tự nhiên đều có cùng dạng như nhau nếu đặt vào các hệ quy chiếu quán tính. Nó cũng phủ định sự tồn tại của một hệ quy chiếu quán tính đặc biệt, như một hệ quy chiếu đứng yên thật sự. Nói cách khác mọi hệ quy chiếu quán tính là hoàn toàn tương đương nhau. Từ tiên đề này các nhà khoa học khẳng định không thể tồn tại một môi trường ête truyền sóng điện từ (ánh sáng) với một vận tốc khác biệt các hệ quy chiếu khác. Trong tiên đề thứ hai, theo phát biểu ban đầu của Einstein: “Tốc độ ánh sáng trong chân không là một đại lượng không đổi, dù có đặt vào bất cứ hệ quy chiếu quán tính nào đi chăng nữa” [2] Phép biến đổi của Galileo Galilei làm cho các phương trình Newton trở nên bất biến. Điều đó không có gì mâu thuẫn so với tiên đề thứ nhất của Einstein. Tuy nhiên khi xét đến tham số thời gian thì định luật thứ hai của Newton chỉ áp dụng một cách tổng quát cho sự biến thiên động lượng. Thuyết tương đối hẹp đã mở ra một chân trời mới cho vật lý hiện đại. Nó loại bỏ hoàn toàn khỏi khoa học những quan niệm về không gian, thời gian tuyệt đối, khối lượng bất biến… Một trong những thành công đặc biệt của thuyết tương đối hẹp là Einstein đã tìm ra mối liên hệ giữa năng lượng và khối lượng: E = mc 2 . Đây là một phương trình có ý nghĩa ứng dụng vô cùng quan trọng: nó dự đoán một nguồn năng lượng khổng lồ: năng lượng nguyên tử. Nguồn năng lượng này được các nhà khoa học nghiên cứu và thành công đầu tiên phải kể đến là bom nguyên tử. Tuy hậu quả tàn khốc mà nó gây ra khi Mỹ ném hai quả bom xuống Nagasaki và Hirosima là vô cùng nặng nề nhưng không thể phủ nhận rằng: nhờ lý thuyết của Einstein mà HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 4 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối chúng ta mới có những nhà máy điện hạt nhân giải quyết gánh nặng về năng lượng và nhu cầu của con người trong thế kỉ 21. Cũng nhờ lý thuyết này mà một số nghiên cứu mới không chỉ có ý nghĩa trong thế kỉ 21 mà hiện nay cũng là sự quan tâm lớn của các nhà khoa học cũng được khởi nguồn như: siêu chảy, siêu dẫn, vật lý năng lượng cao, công nghệ nano… Những nghiên cứu này đã và đang mang lại cho con người những ứng dụng và thành tựu to lớn, góp phần không nhỏ cho sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày nay. Thuyết tương đối rộng được Albert Einstein công bố vào năm 1916 là cơ sở cho các ngành vật lý hiện đại. Nó mở ra một hướng nghiên cứu mới: vật lý siêu vĩ mô, là lý thuyết cơ bản để đưa ra các mô hình về sự hình thành của vũ trụ, dự đoán về lỗ đen… Nhờ đó con người đã tiến xa vào vũ trụ, xây dựng được các cách giải thích của sự hình thành thế giới vật chất và vũ trụ bao la. b. Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối: Đối với triết học, sự đổi mới có tầm ảnh hưởng và có vai trò quan trọng nhất đã được trình bày trong thuyết tương đối hẹp là sự thay thế của không-thời gian cho không gian và thời gian. Trong động lực học của Newton, hai sự kiện được phân cách bằng hai thứ: một là khoảng cách trong không gian, hai là khoảng thời gian. Ngay khi người ta nhận thức được rằng chuyển động có tính chất tương đối (nhận thức này đã có rất lâu trước thời của Einstein), khoảng cách trong không gian trở thành mơ hồ trừ trường hợp hai sự kiện xảy ra đồng thời, tuy vậy người ta vẫn có thể nghĩ rằng không có sự mơ hồ về sự đồng thời ở các vị trí khác nhau. Sau khi người ta biết rằng tốc độ của ánh sáng là hữu hạn, thuyết tương đối hẹp chỉ ra rằng tính đồng thời chỉ là xác định khi áp dụng cho các sự kiện ở cùng vị trí, và tính đồng thời này sẽ trở nên mơ hồ khi các sự kiện càng cách xa nhau trong không gian. HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 5 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối Điều khẳng định này không phải là hoàn toàn đúng, vì nó vẫn còn sử dụng khái niệm “không gian”. Phát biểu đúng được định nghĩa như sau: các sự kiện có một trật tự bốn chiều mà nhờ đó chúng ta có thể nói rằng: một sự kiện I gần với một sự kiện II hơn là với một sự kiện III, đây là một vấn đề thuần túy về trật tự, không liên quan gì đến lượng. Nhưng bên cạnh đó, giữa các sự kiện lân cận còn có quan hệ về lượng gọi là “khoảng”, nó gồm ý nghĩa về cả hai chức năng là khoảng cách trong không gian và khoảng thời gian trôi qua trong động lực học truyền thống, nhưng được thực hiện theo một cách khác. Nếu một vật thể có thể chuyển động sao cho nó có mặt ở cả hai sự kiện, thì khoảng đó có tính thời gian. Nếu một tia sáng có thể chuyển động sao cho nó có thể có mặt ở cả hai sự kiện, thì khoảng đó bằng không. Nếu không cái nào xảy ra, khoảng đó có tính không gian. Khi chúng ta nói về một vật thể đang có mặt “tại” một sự kiện, chúng ta muốn nói rằng sự kiện xảy ra ở cùng một vị trí trong không-thời gian với một trong những sự kiện làm nên lịch sử của vật thể đó. Và khi chúng ta nói rằng hai sự kiện cùng xảy ra tại cùng một vị trí trong không-thời gian, có nghĩa là ta muốn nói rằng không có sự kiện nào chen vào giữa chúng trong trật tự không-thời gian bốn chiều. Tương tự, tất cả mọi sự kiện xảy ra cho một người ở một thời điểm nhất định (trong thời gian của người đó) theo nghĩa này, tức là ở một vị trí. Chẳng hạn khi chúng ta nghe một âm thanh và cùng lúc thấy một màu sắc, cả hai cảm giác đó của ta đều xuất hiện ở một vị trí trong không thời gian Khi một vật thể có thể cùng có mặt ở hai sự kiện không cùng một vị trí trong không-thời gian, thì trật tự – thời gian của hai sự kiện này không phải là mơ hồ, mặc dù độ lớn của khoảng thời gian xảy ra sẽ là khác nhau trong các hệ thống đo lường khác nhau. Nhưng chỉ khi nào khoảng cách giữa hai sự kiện có tính không gian, thì trật tự – thời gian của chúng sẽ là khác nhau trong các hệ thống đo lường như nhau. HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 6 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối Do đó trong trường hợp này, trật tự thời gian không đại diện cho một sự kiện vật lý. Khi hai vật thể có sự chuyển động tương đối với nhau, như mặt trời và một hành tinh nào đó, không có sự kiện vật lý như “khoảng cách giữa hai vật tại thời điểm đã cho”, chỉ riêng điều đó cho thấy định luật vạn vật hấp dẫn của Newton sai về mặt logic. Einstein đã không chỉ vạch ra sai lầm trong định luật của Newton, mà còn sửa chữa nó. Tuy nhiên, lập luận này của ông dù chống lại Newton vẫn có giá trị ngay cả khi định luật của chính ông chưa được chứng minh là đúng. Thời gian không phải là một trật tự vũ trụ tuyệt đối duy nhất: thời gian là khái niệm chỉ riêng cho mỗi vật thể, không phải là một trật tự vũ trụ tuyệt đối. Điều này kéo theo những thay đổi trong quan niệm về thực thể và nguyên nhân, và đề xuất một loạt sự kiện thay cho một thực thể đang thay đổi trạng thái. Ví dụ như khi các sóng ánh sáng di chuyển, các sự kiện diễn ra, người ta thường nghĩ rằng nó phải diễn ra “trong” một cái gì đó – “cái gì đó” người ta gọi là “ête”. Tuy vậy, không có lý do nào để giả định là các sự kiện ở “trong” một cái gì. Vấn đề được rút lại thành một quy luật mà qua đó các sự kiện sẽ nối tiếp nhau xuất phát ra từ những trung tâm. Arthur Eddington 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 quy luật vật lý thành các trạng thái rõ ràng hiển nhiên hoặc các định nghĩa rõ nét. Eddington, trong một tiểu luận hay một cách thâm thuý về “Lĩnh vực của khoa học vật lý”, trình bày vấn đề đó như sau [2] : “Trong khoa học ngày nay, các định luật vật lý có thể được phân ra ba loại: đồng nhất, quy luật thống kê và nghiệm ra từ lý luận. Các định luật “đồng nhất” gồm những quy luật phổ biến thường được dẫn như những ví dụ điển hình về quy luật tự nhiên như định luật vạn vật hấp dẫn, định luật bảo toàn khối lượng và năng lượng, HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 7 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối định luật điện từ và bảo toàn điện tích. Những quy luật này được xem là đồng nhất khi chúng ta qui vào chu kỳ để hiểu về các thực thể tuân theo các định luật ấy, và trừ khi chúng ta hiểu sai các thực thể này, việc vi phạm 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 quy luật điều hành.” Chính những quy luật đồng nhất này hình thành nên chủ đề của thuyết tương đối, các quy luật khác, quy luật thống kê và quy luật được nghiệm, nằm ngoài phạm vi của nó. Như vậy kết quả cuối cùng của thuyết tương đối là chỉ ra rằng: các định luật truyền thống của vật lý, nếu được hiểu một cách đúng đắn, hầu như không nói với chúng ta điều gì về tiến trình của giới tự nhiên, đúng hơn là bản chất tự nhiên của sự thật hiển nhiên có tính logic. Một khía cạnh khác không kém phần quan trọng của thuyết tương đối chính là việc xoá bỏ “lực” [2] . Tất nhiên, đây không phải là suy nghĩ mới. Nó đã được chấp nhận trong động lực học hợp lý. Tuy nhiên vẫn còn một vấn đề khó khăn trong bản chất của lực hấp dẫn, mà Einstein đã vượt qua. Lấy ví dụ, nếu mặt trời ở trên một đỉnh đồi, còn các hành tinh ở trên sườn đồi. Chúng chuyển vì sườn đồi nơi chúng đang ở, chứ không phải vì một ảnh hưởng vô hình xuất phát từ trên đỉnh. Vật thể chuyển động vì đó là chuyển động dễ nhất có thể trong không thời gian tại nơi chúng đang hiện diện, không phải vì những “lực” tác động lên chúng. Nhu cầu sử dụng lực để giải thích các chuyển động được quan sát có từ những sai lầm bắt nguồn từ hình học Euclid. Một khi vượt qua được thành kiến này, chúng ta thấy rằng các chuyển động được quan sát, thay vì phải chứng tỏ sự có mặt của lực, lại chứng tỏ bản chất của hình học có thể áp dụng cho các lĩnh vực liên quan. Các vật thể trở thành độc lập với nhau nhiều hơn so với trong vật lý Newton: có sự tăng lên của chủ nghĩa cá nhân và sự giảm thiểu ảnh hưởng của thành phần quản lý. HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 8 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối Thuyết tương đối còn đề cao chủ nghĩa hiện thực. Sẽ là cực kỳ sai lầm nếu cho rằng thuyết tương đối thích hợp với một hình ảnh duy tâm về thế giới, trong đó nó hàm ý rằng không thể có cái gì không thuộc về kinh nghiệm. “Nhân vật 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 hình nào. Giả định cơ bản của thuyết tương đối là hiện thực, các khía cạnh trong đó mà tất cả các nhà quan sát đều nhất trí khi họ ghi nhận một hiện tượng đều có thể xem như một thể khách quan, chứ không phải là do sự đóng góp các ý kiến của chủ thể quan sát. Kích thước và hình dáng biểu kiến của thể khách quan này khác đi tùy theo điểm nhìn, nhưng tri thức thu được thường không bị ảnh hưởng bởi những sự khác nhau này. Thuyết tương đối chỉ mở rộng quá trình này ra bằng cách xét đến không chỉ do con người quan sát - tất cả đều cùng chuyển động theo trái đất - mà cả những “nhân vật quan sát” có thể đang chuyển động tương đối rất nhanh so với trái đất. Điều đó cho thấy rằng bản chất của vấn đề sẽ phụ thuộc vào điểm nhìn của người quan sát nhiều hơn là trước đây vẫn nghĩ. III. Kết luận Thuyết tương đối của Einstein rõ ràng đã mở ra một chân trời khoa học mới cho nhân loại. Không thể phủ nhận hết những khám phá quan trọng mà lý thuyết này đem lại cho loài người. Bên cạnh đó, rất nhiều những khía cạnh triết học được tô điểm và có cơ sở để phát triển thêm dựa vào những phát biểu và hệ quả từ thuyết tương đối. Triết học nghiên cứu thế giới bằng phương pháp của riêng mình khác với mọi khoa học cụ thể [3] : xem xét thế giới như một chỉnh thể và tìm cách đưa ra một hệ thống các quan niệm về chỉnh thể đó. Trong bản thân thuyết tương đối bao gồm nhiều triết lý sâu xa và những vấn đề triết học mà trong kiến thức hạn hẹp mà nội HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 9 GVHD: TS. Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối dung giới hạn của báo cáo này không thể trình bày hết được, thậm chí trên thế giới số lượng người có thể thực sự hiểu và thông suốt ý nghĩa của thuyết tương đối chỉ đếm trên đầu ngón tay. Hi vọng rằng trong tương lai không xa, con người sẽ có thể hiểu biết thêm về lý thuyết này, đồng thời khám phá ra thêm nhiều lý thuyết mới, góp phần đưa tri thức nhân loại lên thêm một tầm cao mới. HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 10 [...]...GVHD: TS Bùi Văn Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] Steven Hawking, 2001, The Universe in a Nutshell Arthur Stanley Eddington,1923, The Mathematical Theory of Relativity TS Bùi Văn Mưa, 2014, Slide bài giảng bộ môn Triết học HVTH: Hồ Mạnh Khương – CH1301018, lớp Cao học khóa 8 – ĐH CNTT 11 . Mưa Những vấn đề triết học trong lý thuyết tương đối II. Thuyết tương đối và các vấn đề triết học bên trong nó a. Sơ lược về thuyết tương đối Thuyết tương đối của Albert Einstein gồm: thuyết tương. đối. Tiểu luận gồm ba phần: - Sơ lược về thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng. - Các vấn đề triết học trong thuyết tương đối. - Kết luận và nhận xét về những vấn đề triết học trong thuyết. ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH – KHCN&QHĐN Tiểu luận môn: Triết học Đề tài: NHỮNG VẤN ĐỀ TRIẾT HỌC TRONG LÝ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI Giảng