Thuyết tương đối cho mọi người - M. Gardner

M Gardner Thuyết tương đối cho người M Gardner Thuyết tương đối cho người Dịch Giả: Đàm Xuân Tảo Lời giới thiệu Không đến tên tuổi Albert Einstein, không hiểu tư đầy sáng tạo ông Có lẽ độc đáo có không hai ông chỗ chăng? Nhân loại bước qua năm 2001, năm mở đầu kỷ 21, năm thiên niên kỷ thứ Vào dịp chuyển giao trọng đại hai thiên niên kỷ Tạp chí Mỹ Time Magazine bầu chọn tên tuổi sáng chói - Albert Einstein - nhà vật lý học lừng danh giới, người có cống hiến vĩ đại loài người - làm danh nhân tiêu biểu số loài người vòng trăm năm kỷ 20 Chắc hẳn chia sẻ hoan hỉ bầu chọn đầy tính thuyết phục Nhưng đáng suy nghĩ thiên tài kỳ vĩ nhân loại dường xa lạ với chúng ta, ông giới thiệu với đông đảo công chúng nước ta Nhà vật lý học người Mỹ Gardner, tác giả sách mà dịch nói rằng, giới có chừng mươi mười hai người hiểu ông, kể nhà vật lý tầm cỡ Lại nữa, chuyện vui đối thoại Einstein vua Charles Chaplin kể Chaplin thừa nhận tiếng hiểu Einstein thừa nhận tiếng không hiểu! Nhưng may thay gần trăm năm trở lại đây, kể từ Einstein công bố phát minh thuyết tương đối hẹp vào năm 1905 thuyết tương đối tổng quát vào năm 1916, có nhiều nhà khoa học mến mộ ông tìm cách "diễn nghĩa" tư tưởng ông với đông đảo bạn đọc, có thành công đáng kể Bectơrăng với ABC thuyết tương đối gần Martin Gardner với Thuyết tương đối cho người (Relativity for the million) v v Với tất xúc, trăn trở hội có được, mạo muội đề xuất việc dịch sang tiếng việt sách M Gardner mừng ý tưởng Nhà xuất Đại học Quốc gia ủng hộ Nhưng trình độ có hạn thời gian gấp gáp, chắn dịch không tránh khỏi thiếu sót nội dung thuật ngữ Vượt lên tất mong có đóng góp nhỏ bé để tư tưởng vĩ đại Einstein ngày đến gần với người hơn, có thân người dịch, đồng thời để hướng đến năm 2005 kỷ niệm 100 năm ngày đời thuyết tương đối 50 năm ngày mà Anbert Einstein, giống chàng Atlas huyền thoại để lại trái đất cho nhân loại bay vào vũ trụ vĩnh niềm thương tiếc biết ơn vô hạn nhân loại trường sinh M Gardner Thuyết tương đối cho người Xin chân thành cảm ơn Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội giáo góp ý đông đảo bạn đọc gần xa M Gardner Thuyết tương đối cho người Dịch Giả: Đàm Xuân Tảo Tuyệt đối hay tương đối Hai chàng thuỷ thủ Jo Mo, sau tai nạn đâm tàu, dạt vào hoang đảo Nhiều năm trôi qua, hôm Jo phát chai bị sóng đánh dạt vào bờ Đó vỏ chai đề nhãn bên "Coca - cola", Jo tái mặt - Này Mo - Anh ta kêu lên - Chúng ta bé nhiêu? Từ câu nói vui rút học nghiêm túc, phán đoán đối tượng khác so sánh với kích thước đối tượng khác Người Liliput xem người Gulivơ khổng lồ Đối với dân chúng vùng Bropdingơ người Gulivơ lại loại chim chích Vậy cầu lớn hay nhỏ? Dường cực lớn so với nguyên tử, lại cực nhỏ so với trái đất Jun Andre Poangcare, nhà toán học tiếng người Pháp kỷ XIX, tiên đoán nhiều luận điểm thuyết tương đối đề cập vấn đề sau (các nhà khoa học gọi phương pháp ông phương pháp tiếp cận tư thực nghiệm Cũng tức phép thực nghiệm suy tưởng không thực thực tế): Chúng ta hình dung rằng, ông nói, vào ban đêm, ngủ say, thứ vũ trụ trở nên lớn gấp hàng ngàn lần trước Ở đây, Poangcare muốn nói thứ hữu điện tử, nguyên tử, độ dài sóng ánh sáng, thân chúng ta, giường ta nằm, nhà ta ở, trái đất, mặt trời Bạn nói tỉnh giấc có điều xảy chăng? Có thể dẫn thí nghiệm tưởng chứng minh bạn thay đổi kích thước? - Không, Poangcare nói, thí nghiệm không thực Thực vậy, vũ trụ dường giống y hệt trước đó, thật vô lý nói vũ trụ trở nên lớn "Lớn hơn" điều có nghĩa khác vật khác Trong trường hợp vật khác Cũng vô lý nói toàn vũ trụ co lại kích thước Như vậy, kích thước tương đối Không có phương pháp tuyệt đối xác định kích thước đối tượng nói có kích thước đó, hay kích thước tuyệt đối Có thể xác định kích thước cách sử dụng thước đo khác, ví như, thước đo độ dài thước mét Nhưng thước mét có độ dài bao nhiêu? Trước ngày tháng giêng năm 1962, đơn vị mét xác định độ dài platin xác định, bảo quản nhiệt độ không đổi hầm ngầm Sevrơ thuộc nước Pháp Từ ngày tháng giêng năm 1962, tiêu chuẩn mét Thuyết tương đối cho người M Gardner 1650763,73 độ dài sóng ánh sáng màu da cam, kiểu xác định phát chân không nguyên tử Kripton - 86 Tất nhiên, vũ trụ, kể độ dài sóng xạ tăng giảm theo tỷ lệ định, không phương pháp thực nghiệm nhận thay đổi Điều mặt thời gian Cần "nhiều" hay "ít" thời gian để trái đất quay vòng quanh mặt trời? Đối với em bé, thời gian từ năm sang năm khác dường vô tận Còn nhà địa chất quen tính toán thời gian hàng triệu năm năm giống nháy mắt Khoảng thời gian tính khoảng cách đo cách khác so sánh với khoảng thời gian khác Một năm xác định thời gian trái đất quay xung quanh mặt trời, ngày thời gian cần thiết để trái đất quay vòng quanh trục Giờ thời gian kim lớn đồng hồ quay vòng Luôn có khoảng thời gian đo cách so sánh với khoảng thời gian khác G Well có viết truyện khoa học viễn tưởng tiếng có nhan đề Máy gia tốc mới, rút học từ câu nói đùa hai chàng thuỷ thủ, song học không đụng chạm đến không gian, mà đến thời gian Một nhà bác học phát minh phương pháp tăng tốc trình diễn thể Trái tim đập nhanh Bạn thử đoán xem chuyện xảy Mọi thứ gian dường bị chậm lại đến kinh khủng, không nói dừng lại hoàn toàn Nhà bác học dạo bước thủng thẳng cho không khí bị cọ sát không làm cho bốc cháy quần mặc Phố xá chật cứng người tượng Đàn ông bị đông cứng vào thời điểm đảo mắt nhìn hai cô gái qua Trong công viên dàn nhạc chơi phát thứ âm chát chúa Con ong vo vo không trung di chuyển với tốc độ loài sên Chúng ta dẫn thí nghiệm tưởng tượng Giả sử thời điểm định, vật vũ trụ bắt đầu chuyển động chậm nhanh hơn, giả hoàn toàn dừng lại vài triệu năm, sau lại chuyển động trở lại, liệu ta nhận thấy thay đổi không? Không thể có thí nghiệm để nhận chân điều Thời gian, tương tự khoảng cách không gian tương đối Nhiều khái niệm khác mà ta biết từ sống hàng ngày tương đối Chúng ta thử xem xét khái niệm "lên trên" "xuống dưới" Nhiều kỷ qua loài người không dễ dàng hiểu người phía bên trái đất lại lộn xuống mà toàn máu không bị đổ dồn lên đầu Bây trẻ em nhờ mà lần hiểu trái đất có hình tròn Giá trái đất làm kính suốt bạn nhìn qua kính viễn vọng xuyên suốt, hẳn bạn nhìn thấy thực tế người đứng lộn đầu xuống chân chổng ngược lên, tức trái với chiều đứng bạn Trên mặt đất hướng "lên trên" hướng tính từ tâm trái đất Hướng "xuống dưới" hướng tâm trái đất Trong khoảng không tuyệt đối khái niệm hành tinh để sử dụng "hệ thống đọc số" Thuyết tương đối cho người M Gardner Ta hình dung tàu vũ trụ dạng trống lớn chuyển động hệ mặt trời Nó bị quay tạo lực ly tâm làm thành trường lúc nhân tạo Khi bên tàu, nhà du hành vũ trụ lại thành nhà Đối với họ "xuống dưới" tức từ phía tâm tàu, "lên trên" tức hướng phía tâm, tức ngược hẳn với vị trí hành tinh quay Như vậy, bạn thấy vũ trụ "phía trên" "phía dưới" cách tuyệt đối Lên xuống phương hướng hướng hoạt động trọng trường Thật vô nghĩa nói lúc bạn ngủ toàn vũ trụ lộn đầu đuôi, làm có hệ thống đọc số để lý giải vấn đề vũ trụ có vị trí Một kiểu thay đổi khác có ý nghĩa tương đối, thay đổi đối tượng phản chiếu gương Nếu chữ R hoa in ngược lại ta chữ Я, bạn nhận chữ phản chiếu gương chữ R Nhưng toàn vũ trụ (kể bạn) bất ngờ phản chiếu qua gương bạn có hội phát thay đổi tương tự Tất nhiên, có người phản chiếu qua gương (về điều ) G Well viết truyện có nhan đề Truyện Pletttner, vũ trụ lại nguyên cũ, tức tưởng thứ đảo lộn Muốn đọc sách cần phải đưa gần gương, giống chàng Alice gương ranh mãnh đọc chữ in gương thi phẩm Jabberwocky, giữ thi phẩm trước gương Nhưng tất đảo lộn không thực nghiệm phát thay đổi Cũng thật phi lý mà nói có biến đổi tương tự xảy ra, giống nói vũ trụ đảo lộn tăng lên gấp đôi kích thước Vậy chuyển động có tuyệt đối không? Có loại công cụ chứng minh đối tượng chuyển động hay đứng yên? Chuyển động phạm trù tương đối, khẳng định đem so sánh vị trí đối tượng với vị trí đối tượng khác? Hoặc giả chuyển động hàm chứa độc đáo khiến khác với phạm trù liên quan xem xét trên? Bạn dừng lại suy nghĩ thêm vấn đề xác trước chuyển sang chương Chính đáp ứng vấn đề mà Anhxtanh phát triển thuyết tương đối Thuyết ông mang tính cách mạng, trái ngược với "tư lành mạnh" khiến cho chí đến tận lúc có hàng trăm nhà khoa học (kể nhà vật lý) gặp khó khăn để hiểu nguyên lý giống hệt trẻ em muốn lý giải người nam ban cầu không rơi khỏi trái đất Nếu bạn trẻ lợi lớn so với nhà khoa học Trong đầu óc bạn chưa ăn sâu tư kiểu đường mòn Nhưng dù tuổi tác bạn nữa, M Gardner Thuyết tương đối cho người bạn sẵn sàng rèn luyện trí lực không lý ngăn cản bạn có cảm xúc nhà giới mẻ kỳ lạ thuyết tương đối M Gardner Thuyết tương đối cho người Dịch Giả: Đàm Xuân Tảo Chuyển động phải tương đối Sau phút suy nghĩ, hẳn bạn nghiêng câu trả lời: "Vâng, tất nhiên" Bạn hình dung tàu hoả chuyển động lên phía bắc với vận tốc 60 km/giờ Một người tàu ngược lên phía nam với vận tốc 3km/giờ Anh ta chuyển động theo hướng vận tốc Hoàn toàn rõ ràng trả lời câu hỏi mà không hệ thống tính toán So với tàu chuyển động phía nam với vận tốc km/giờ So với trái đất, chuyển động phía bắc với vận tốc 60 trừ 3, tức 57km/giờ Có thể nói vận tốc người so với trái đất (57 km/giờ) vận tốc thực tuyệt đối không? Không, có hệ thống khác có tỉ lệ lớn Bản thân trái đất chuyển động Nó quay xung quanh trục nó, đồng thời chuyển động xung quanh mặt trời Mặt trời hành tinh khác chuyển động bên thiên hà Thiên hà quay chuyển động so với thiên hà khác Các thiên hà lại tạo thành đoạn thiên hà chuyển động nhau, chuỗi chuyển động thực tế tiếp tục đến bao xa, cách thức rõ ràng xác định chuyển động đối tượng đó; nói khác hệ thống đọc số cố định theo đo chuyển động Chuyển động đứng yên, giống lớn nhỏ, nhanh chậm, dưới, trái phải, người biết, hoàn toàn tương đối Không có cách đo chuyển động bất kì, việc so sánh chuyển động với chuyển động đối tượng khác Thật không đơn giản chút nào! Còn giới hạn vào điều nói tính tương đối chuyển động hẳn không cần thiết để Anhxtanh sáng lập thuyết tương đối Nguyên rắc rối sau: có hai phương pháp đơn giản phát chuyển động tuyệt đối Một phương pháp sử dụng chất ánh sáng, phương pháp khác tượng khác quán tính xuất thay đổi đối tượng chuyển động đường đạn vận tốc Thuyết Tương đối hẹp Anhxtanh có liên quan đến phương pháp đầu tiên, thuyết Tương đối tổng quát liên quan đến phương pháp thứ hai Ở chương hai chương tiếp Thuyết tương đối cho người M Gardner theo đề cập đến phương pháp đầu, làm chìa khoá để hiểu chuyển động tuyệt đối, tức phương pháp vận dụng chất ánh sáng Ở kỷ XIX, trước Anhxtanh, nhà vật lý hình dung không gian chứa đầy loại chất đặc biệt, không chuyển động không nhìn thấy, gọi ête Thường người ta gọi ête "mang ánh sáng", ngụ ý vật mang sóng ánh sáng Ete chất đầy toàn vũ trụ Nó thẩm thấu vào toàn thực thể vật chất Nếu tất không khí lúc lắc chuông kính bị chất đầy ête, mà ánh sáng qua chân không được? Ánh sáng chuyển động sóng Như vậy, có xuất dao động Bản thân ête tồn dao động (nếu không nói không bao giờ) chuyển động so với đối tượng vật chất, vật chuyển động nhanh qua tương tự chuyển động dây bột nước Chuyển động tuyệt đối sao, hành tinh đối tượng khác đơn giản hoá (các nhà vật lý thời kỳ tin tưởng vậy), chuyển động xem xét với biển ête không chuyển động, không nhìn thấy Nhưng, bạn hỏi rằng, ête thực thể phi vật chất nhìn thấy được, nghe thấy được, cảm thấy, ngửi nếm vị nó, nghiên cứu chuyển động, chẳng hạn, trái đất so với nó? Câu trả lời thật đơn giản Người ta đo nhờ so sánh chuyển động trái đất với chuyển động chùm ánh sáng Muốn hiểu điều đó, ta xem xét thời gian chất ánh sáng Trên thực tế, ánh sáng phần nhỏ bé nhìn thấy phổ xạ điện từ mà thành phần gồm có sóng vô tuyến, sóng cực ngắn, tia hồng ngoại, tia tử ngoại tia gamma Trong sách này, sử dụng từ "ánh sáng" để kiểu xạ điện từ, từ ngắn từ "bức xạ điện từ" ánh sáng chuyển động mang tính sóng Suy nghĩ chuyển động mà không suy nghĩ đồng thời ête vật chất dường nhà vật lý thời trước thật phi lý, giống hệt suy nghĩ sóng nước mà không suy nghĩ chất nước Nếu bắn từ máy bay phản lực chuyển động theo hướng chuyển động máy bay, vận tốc viên đạn trái đất lớn vận tốc viên đạn bắn từ súng trường mặt đất, vận tốc viên đạn trái đất thu cách cộng vận tốc máy bay vận tốc viên đạn Trong trường hợp này, vận tốc chùm sáng không phụ thuộc vào vật thể mà từ ánh sáng phát - thực tế chứng minh thực nghiệm vào cuối kỷ XIX đầu kỷ XX từ với nhiều lần khẳng định Lần kiểm tra cuối tiến hành vào năm 1955 nhà thiên văn Xô - Viết cách sử dụng ánh sáng từ phía đối lập mặt trời tự quay Một rìa Mặt Trời chuyển động phía chúng ta, rìa phía đối lập Đã tìm thấy ánh sáng từ hai rìa tới trái đất với vận tốc Các thí Thuyết tương đối cho người M Gardner nghiệm tương tự tiến hành hàng chục năm trước với ánh sáng kép chuyển động Mặc dù có chuyển động nguồn sáng, vận tốc ánh sáng khoảng trống nhau, khoảng 300.000 km/giây Thử xem cách mà kiện tạo phương pháp cho nhà khoa học (chúng ta gọi họ nhà quan sát) tính vận tốc tuyệt đối Nếu ánh sáng truyền bá qua môi trường ête không chuyển động, không thay đổi với vận tốc định vận tốc không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động nguồn sáng, vận tốc ánh sáng dùng làm tiêu chuẩn để xác định chuyển động tuyệt đối người quan sát Người quan trắc chuyển dịch hướng với chùm sáng hẳn phát rằng, chùm sáng qua với vận tốc nhỏ c: người quan trắc chuyển dịch ngược với chùm sáng hẳn phải nhận thấy chùm sáng đến gần với vận tốc lớn c Nói khác đi, kết đo vận tốc ánh sáng hẳn phải thay đổi tuỳ thuộc vào chuyển dịch người quan trắc so với chùm sáng Những thay đổi hẳn phản ánh chuyển dịch tuyệt đối thực thông qua môi trường ête Khi mô tả tượng này, nhà vật lý thường sử dụng khái niệm "ngọn gió ête" Để hiểu nội dung thuật ngữ này, ta nghiên cứu lại tàu chuyển động Chúng ta thấy vận tốc người tàu 3km/giờ luôn so với tàu không phụ thuộc vào việc phía đầu máy hay phía cuối tàu Điều vận tốc sóng âm bên toa tàu đóng kín Âm chuyển động mang tính sóng chuyển tải phần tử không khí Bởi không khí có bên toa tàu, âm bên toa truyền bá lên phía bắc với vận tốc (so với toa tàu) phía nam Tình hình thay đổi chuyển từ toa hành khách khép kín sang sân ga trời Không khí toa bị giam hãm Nếu tàu chuyển động với vận tốc 60km/giờ, sức cản gió, vận tốc âm theo hướng từ cuối đến đầu toa nhỏ bình thường Vận tốc âm theo hướng ngược lại lớn bình thường Các nhà vật lý kỷ XIX tin rằng, môi trường ête giống không khí thổi sân ga Vậy có khác không? Nếu ête không chuyển động vật thể chuyển dịch bắt gặp gió ête thổi theo hướng ngược lại Ánh sáng chuyển động mang tính sóng môi trường ête không chuyển động Ngọn gió ête, đương nhiên có ảnh hưởng đến vận tốc ánh sáng đo từ vật thể chuyển động Trái đất tồn không gian cách quay xung quanh mặt trời với vận tốc khoảng 30km/giây Chuyển động theo nhà vật lý, phải tạo gió ête thổi ngược chiều với trái đất khoảng trống nguyên tử với vận tốc 30km/giây Muốn đo chuyển động tuyệt đối trái đất (chuyển động môi trường ête không di động), cần đo vận tốc, mà với vận tốc đó, ánh sáng qua khoảng cách định bề mặt trái đất Nhờ gió ête, ánh sáng chuyển M Gardner Thuyết tương đối cho người động nhanh theo hướng so với hướng khác So sánh vận tốc ánh sáng phát theo hướng khác tính toán hướng tuyệt vận tốc chuyển động trái đất thời điểm biết Thí nghiệm đề xuất lần vào năm 1875, năm trước Anhxtanh đời, nhà vật lý vĩ đại người Scotland tên J C Macxoen M Gardner Thuyết tương đối cho người Dịch Giả: Đàm Xuân Tảo Thí nghiệm Maikenson-Moocly Năm 1881, Anbe Abraham Maikenxơn, lúc sĩ quan trẻ hải quân Hoa Kỳ, đích thân làm thí nghiệm Maikenxơn sinh Đức, bố mẹ ông người Balan Cha ông di cư sang Mỹ Maikenxơn hai tuổi Sau tốt nghiệp học việc hải quân Anapolixơ phục vụ hai năm quân ngũ, Maikenxơn bắt đầu dạy vật lý hoá học học viện Sau nghỉ phép dài, ông sang châu Âu du học Tại trường Đại học Berlin, phòng thí nghiệm nhà vật lý học người Đức tiếng German Hemhônxơ, chàng niên trẻ lần có ý định khám phá gió ête Điều ngạc nhiên lớn ông không dựa vào phương hướng địa bàn, ông phát khác biệt tốc độ ánh sáng Điều giống cá phát bơi theo hướng biển mà không kịp nhận chuyển động nước thể nó, giống người phi công bay với lồng cabin mở máy bay mà không nhận gió thổi táp vào mặt Nhà vật lý học người Áo tiếng Ernest Makhơ (chúng ta có dịp nói ông chương 7) có phê phán quan niệm chuyển động tuyệt đối qua môi trường ête Sau đọc báo cáo công bố Maikenxơn thí nghiệm, ông kết luận cần phải loại bỏ quan niệm môi trường ête Song đa số nhà vật lý từ chối bước táo bạo Dụng cụ Maikenxơn thô sơ, đủ để có sở cho rằng, thí nghiệm có máy móc nhạy bén chắn cho kết khả quan Bản thân Maikenxơn nghĩ Không thấy sai lầm thí nghiệm mình, ông cố gắng lập lại thí nghiệm Maikenxơn chối bỏ phục vụ hải quân trở thành giáo sư trường khoa học thực nghiệm Câyxơ (bây đại học Câyxơ) Clipland, bang Ohio Gần đó, trường Đại học miền Tây, Thuyết tương đối cho người M Gardner Moocly dạy môn hoá học Hai ông trở thành đôi bạn tốt "Bên - Becna Jaffe viết sách Maikenxơn tốc độ ánh sáng - hai nhà bác học hình mẫu tương phản Maikenxơn điển trai, rực rỡ, luôn mày râu nhẵn nhụi Moocly đáng tội, cẩu thả ăn mặc điển hình giáo sư đãng trí, đầu tóc bù xù khó coi" Năm 1887, hầm phòng thí nghiệm Moocly, hai nhà bác học tiến hành thí nghiệm thứ hai chuẩn xác để tìm gió ête chưa bị nắm bắt Thí nghiệm họ tiếng với tên gọi thí nghiệm Maikenxơn - Moocly, bước ngoặt vĩ đại vật lý học đại Máy móc đặt phiến đá hình vuông có cạnh gần mét rưỡi bề dày 30 cm Phiến đá đặt trôi nước thuỷ ngân để loại trừ tượng rung giữ thăng cho phép dễ dàng quay xung quanh trung tâm Một hệ thống gương hướng chùm sáng theo hướng định, gương phản xạ chùm sáng tới lui theo hướng cho chùm sáng tạo thành gương gấp khúc (Điều nhằm mục đích kéo dài tối đa đoạn đường đồng thời giữ cho kích thước dụng cụ vừa đủ để quay dễ dàng) Đồng thời, hệ thống gương khác dẫn nguồn sáng đến tâm theo đường gấp khúc theo hướng tạo thành vuông góc với chùm sáng Giả sử phiến đá bị quay cho chùm sáng tới lui song song với gió ête , chùm sáng tạo tia sáng thời gian lớn hơn, chùm sáng khác qua khoảng cách Ban đầu đường ngược lại Ta xem xét ánh sáng truyền bá theo chiều gió ngược chiều gió Phải gió tăng tốc đường với giảm tốc đường khác? Nếu việc tăng tốc giảm tốc cân thời gian chi phí cho đoạn đường hẳn với gió nói chung Thực vậy, gió tăng tốc theo hướng với giá trị bị giảm hướng khác, song điều quan trọng gió giảm tốc suốt khoảng thời gian Các tính chất để khắc phục đoạn đường ngược gió phải khoảng thời gian lớn vắng gió Ngọn gió hoạt động chậm lại chùm sáng truyền bá vuông góc với Điều dễ dàng xác nhận Dường hoạt động chậm lại giảm thiểu trường hợp chùm sáng truyền bá song song với gió Nếu trái đất chuyển động qua biển ête không di động hẳn phải xuất gió ête dụng cụ Maikenxơn - Moocly hẳn phải ghi lại Trên thực tế hai nhà bác học tin rằng, họ không phát gió, mà xác định (quay phiến đá tìm vị trí mà khác biệt thời gian qua ánh sáng theo hai hướng cực đại) vào thời điểm cho hướng xác chuyển động trái đất, qua môi trường ête Cần phải thấy dụng cụ Maikenxơn - Moocly không đo vận tốc thực ánh sáng chùm sáng Cả hai chùm sáng, sau hoàn thành số đường gấp khúc đến (khứ hồi), thống thành chùm sáng quan sát kính viễn Thuyết tương đối cho người M Gardner vọng trung bình Dụng cụ quay chậm rãi Một thay đổi vận tốc tương đối hai chùm sáng hẳn gây di động tranh giao thoa gian sáng tối đan xen lẫn Và lần nữa, Maikenxơn lại thất bại buồn chán Các nhà vật lý học giới sửng sốt Mặc dù Maikenxơn Moocly đảo dụng cụ, họ không nhận dấu vết gió ête! Chưa trước lịch sử khoa học gặp phải kết cục bi đát Maikenxơn phải thú nhận lần thí nghiệm ông không thành công Ông không nghĩ "sự không thành công khiến cho thí nghiệm ông trở thành thí nghiệm tầm cỡ nhất, cách mạng lịch sử khoa học" Ít lâu sau, Maikenxơn Moocly làm lại thí nghiệm với dụng cụ hoàn thiện Các nhà vật lý khác làm Các thí nghiệm xác thực vào năm 1960 Saclơ Taunxơ trường đại học Colombia Bộ dụng cụ ông có sử dụng maze (đồng hồ nguyên tử, dựa dao động phân tử), nhạy cảm đến mức nhận gió ête, kể trái đất chuyển động với vận tốc phần nghìn vận tốc thực Nhưng dấu vết gió bặt vô âm tín Các nhà vật lý ban đầu ngạc nhiên kết tiêu cực thí nghiệm Maikenxơn - Moocly nghĩ tới giải thích để cứu lý thuyết gió ête, tất nhiên thí nghiệm tiến hành hàng trăm năm trước Theo nhận xét G J Uitroi sách Sự cấu thành vũ trụ, việc giải thích đơn giản cấu thành trái đất nhanh chóng ăn sâu vào tiềm thức người Nhưng điều giải thích thí nghiệm dường không với thật Lời giải thích tốt lý thuyết (lâu nhiều so với thí nghiệm Maikenxơn - Moocly) khẳng định ête hấp dẫn trái đất, giống không khí bên toa tàu đóng kín Cả Maikenxơn suy nghĩ Nhưng thí nghiệm khác, có thí nghiệm Maikenxơn thực hiện, loại bỏ lối giải thích Nhà vật lý học Ailen J.F Phitxơjeral có giải thích độc đáo Ông nói: Có thể gió ête áp chế vật thể chuyển động buộc phải co lại theo hướng chuyển động Để xác định độ dài vật thể chuyển động phải lấy độ dài trạng thái đứng yên nhân với đại lượng cho công thức: bậc - v2/c2 Trong đó, v bình phương bình phương vận tốc vật thể chuyển động, c bình phương bình phương vận tốc ánh sáng Từ công thức thấy giá trị giảm thiểu nhỏ không đáng kể vận tốc vật thể nhỏ, tăng lên vận tốc tăng trở thành lớn vận tốc vận thể tiến gần tới vận tốc ánh sáng Ví như, tàu vũ trụ hình dạng giống điếu xì gà dài, chuyển động với vận tốc lớn có hình dạng điếu xì gà ngắn Vận tốc ánh sáng giới hạn không đạt tới được; vật thể chuyển động với vận tốc này, công thức có dạng: bậc - c2/c2, biểu thức Nhân độ dài vật thể với số 0, ta Thuyết tương đối cho người M Gardner sinh tìm đến thuyết tương đối tổng quát để bác bỏ phản đối Ding Thường xác định khả "đúng" Người song sinh du hành bay đến trở điều người láng giềng làm với vũ trụ Có hai kiện là: chuyển động tương đối cặp song sinh Song có hai phương pháp khác kể chuyện Một quan điểm thay đổi hệ thống đọc số quán tính nhà du hành vũ trụ tạo lực quán tính dẫn đến khác biệt tuổi tác Một quan điểm khác tác động lực hấp dẫn vượt hiệu liên quan đến thay đổi hệ thống quán tính trái đất Bất kỳ quan điểm người láng giềng vũ trụ cố định nhau, tính tương đối chuyển động bảo toàn nghiêm khắc Sự khác biệt tuổi tác theo phản đề giải thích độc lập với điều người song sinh coi đứng yên Không thiết phải bác bỏ thuyết tương đối Và đặt câu hỏi thú vị Rằng vũ trụ hai tàu vũ trụ A B sao? Chẳng hạn tàu A sử dụng động tên lửa tăng tốc, hoàn thành chuyến dài trở Sẽ có chuyện đồng hồ đồng thời gian hai tàu tự hoạt động trước không? Câu trả lời tùy thuộc chỗ quan điểm lực quán tính mà bạn kiên trì Edington hay Dennit Xkiema? Quan điểm Edington có Con tàu A tăng tốc so với hệ phổ không - thời gian vũ trụ, tàu B không Hành vi họ không cân xứng dẫn đến khác biệt bình thường tuổi tác Quan điểm Xkiema không Có ý định nói gia tốc so với thể vật chất khác Trong trường hợp vật thể hai tàu vũ trụ Tình hình hoàn toàn cân xứng Và thực tế, trường hợp nói hệ thống đọc số quán tính quán tính (ngoài quán tính yếu tạo có mặt hai tàu) Khó mà nói trước chuyện xảy vũ trụ mà quán tính, tàu tương đối khởi động động tên lửa nó! Với tính thận trọng người Anh Xkiema biểu đạt rằng: "Cuộc sống hoàn toàn khác vũ trụ vậy!" Bởi tượng chậm đồng hồ người song sinh du hành xem xét tượng trọng lực, thí nghiệm chậm trễ thời gian tác động trọng lực khẳng định gián tiếp phản đề cặp song sinh Những năm gần có số khẳng định nhờ phương pháp thí nghiệm tiếng dựa sở hiệu ứng Mơcbaoơ Nhà vật lý học người Đức trẻ tuổi Rudol Mơcbaoơ vào năm 1958 phát minh phương pháp chế tạo "đồng hồ hạt nhân", với độ xác để đo thời gian Bạn hình dung đồng hồ đánh tích tắc lần giây, đồng hồ khác đánh tích tắc cho sau triệu triệu tích tắc chậm phần trăm tíc tắc Hiệu ứng Mơcbaoơ có khả phát đồng hồ thứ hai chạy chậm thứ nhất! Các thí nghiệm có áp dụng hiệu ứng Mơcbaoơ thời gian móng tòa nhà (nơi trọng lực lớn hơn) trôi chậm chút so với mái nhà Theo nhận xét Gamop: "Một cô đánh máy chữ làm việc tầng tòa nhà Empir Star Building M Gardner Thuyết tương đối cho người (tòa nhà New York có 102 tầng - N.D.) già chậm cô chị em gái song sinh làm việc tầng mái" Tất nhiên khác biệt tuổi tác nhỏ, có thật đo Nhà vật lý học người Anh sử dụng hiệu ứng Mơcbaoơ, phát đồng hồ hạt nhân bố trí mép đĩa quay nhanh đường kính thảy 15 cm làm chậm vòng quay chút Đồng hồ quay xem người song sinh thay đổi không ngừng hệ thống đọc số quán tính (hoặc người song sinh bị trường trọng lực tác động vào, coi đĩa đứng yên, vũ trụ quay) Thí nghiệm kiểm tra trực tiếp phản đề cặp song sinh: Thí nghiệm trực tiếp thực đồng hồ hạt nhân đặt vệ tinh nhân tạo quay với vận tốc lớn quanh trái đất Sau vệ tinh trở lại số đồng hồ so sánh với đồng hồ khác lại trái đất Tất nhiên nhà du hành vũ trụ nhanh chóng tiến gần tiến hành kiểm tra xác sau giữ đồng hồ hạt nhân bên vào hành trình vũ trụ xa xôi Không nhà vật lý nào, giáo sư Ding nghi ngờ số đồng hồ nhà du hành vũ trụ sau trở trái đất không trùng chút với số đồng hồ hạt nhân để trái đất Và cần luôn sẵn sàng đến với bất ngờ Các bạn nhớ đến thí nghiệm Maikenxơn Moocly! M Gardner Thuyết tương đối cho người Dịch Giả: Đàm Xuân Tảo Mô hình vũ trụ Mô hình vũ trụ xây dựng sở lý thuyết Thuyết tương đối, đề xuất Anhxtanh báo công bố vào năm 1917 Đó mô hình diễm lệ tuyệt đẹp sau Anhxtanh buộc phải khước từ Ngày không nhà vật lý tranh cãi thuyết tương đối hẹp, người tranh cãi sở thuyết tương đối tổng quát Thực ra, thuyết tương đối tổng quát nhiều vấn đề quan trọng chưa giải Không nghi ngờ điều quan sát thí nghiệm ủng hộ thuyết lúc thuyết phục Nhưng chí khẳng định nói chung, thuyết tương đối tổng quát dường đầy hấp dẫn phi thường đơn giản hóa đưa vào vật lý học Thuyết tương đối cho người M Gardner Đơn giản hóa ư? Có thể có lạm dụng từ lý thuyết toán học phát triển áp dụng có có lần nói dường giới có không 12 người hiểu (hiển nhiên số bị rút bớt chí vào thời kỳ ý kiến có thừa nhận) Công cụ toán học thuyết tương đối thực phức tạp, song phức tạp cân giản đơn hóa phi thường tranh chung Ví dụ, kiến giải lực hấp dẫn lực quán tính tượng vừa đủ để làm cho thuyết tương đối tổng quát có chiều hướng hiệu hình thành quan điểm giới Anhxtanh phát biểu tư tưởng vào năm 1921 giảng thuyết tương đối trường Đại học Prinxton: "Khả giải thích số lựa quan tính trọng lực thống chất chúng tạo cho thuyết tương đối tổng quát, theo biện luận tôi, ưu việt trước quan điểm học cổ điển, mà khó khăn gặp phải xem không lớn …" Cái mà thuyết tương đối có mà nhà toán học ưa gọi "vẻ kiều diễm" Đó tác phẩm nghệ thuật Có lần Lorenxơ tuyên bố: "Mỗi người hâm mộ đẹp muốn đẹp phải xác" Trong chương quan điểm xác lập cứng rắn thuyết tương đối đặt sang bên, bạn đọc đắm vào lĩnh vực tranh luận gay gắt, nơi quan điểm giả thiết mà phải thừa nhận bác bỏ sở luận chứng khoa học Vậy vũ trụ nói chung gì? Chúng ta biết trái đất hành tinh thứ ba tính từ mặt trời hệ thái dương gồm chín hành tinh mặt trời hàng trăm tỷ tạo thành thiên hà Chúng ta lĩnh vực không gian mà thám sát viễn vọng kính cực mạnh, loại thiên hà khác mà số lượng chúng phải tính đến hàng tỷ Có tiếp tục điều đến vô chăng? Số lượng thiên hà vô cùng? Hoặc giả không gian dù phải có giới hạn chứ? (Có thể nên nói "không gian chúng ta", không gian có giới hạn nói không tồn không gian có giới hạn khác?) Các nhà thiên văn học cố gắng để trả lời câu hỏi Họ xây dựng mô hình vũ trụ tranh tưởng tượng giới xem (thế giới) thể thống Đầu kỷ 19 nhiều nhà thiên văn học cho vũ trụ vô hạn có vô số mặt trời Không gian xem không gian Ơcơlit Các đường thẳng kéo dài đến vô theo hướng Nếu có tàu vũ trụ khởi hành theo hướng chuyển động theo đường thẳng, hành trình hẳn phải kéo dài không giới hạn không đến đích (giới hạn) Quan điểm xuất từ người Hy lạp cổ Họ ưa nói người lính ném cán giáo xa không gian đạt tới điểm dừng, có điểm dừng tưởng tượng người lính có Thuyết tương đối cho người M Gardner thể đến ném giá xa nữa! Đã có chống đối lại quan điểm Nhà thiên văn học người Đức Henric Olbe nhận định vào năm 1826 số mặt trời vô mặt trời phân bổ không gian cách ngẫu nhiên, đường thẳng kẻ từ trái đất theo hướng cuối phải qua Điều có nghĩa toàn bầu trời đêm phải mặt dầy đặc ánh sáng mở ảo Chúng ta biết điều Cần suy nghĩ cách giải thích bầu trời đêm mờ tối để giải thích mà ngày người ta gọi phản đề Olbe Đa số nhà thiên văn cuối kỷ 19 đầu kỷ 20 cho số mặt trời hạn chế Thiên hà chúng ta, họ khẳng định, chứa toàn mặt trời hữu Thế thiên hà sao? Chẳng có cả! (Và vào năm 20 kỷ xuất chứng minh bác bỏ có hàng triệu thiên hà trải dài cách chúng ta) Những nhà thiên văn khác cho ánh sáng từ xa xăm, thể dải bụi tinh vân (tinh đoàn) Các giải thích sắc sảo thuộc nhà toán học người Thụy điển V K Saclơ Ông nói thiên hà tập hợp thành tinh đoàn, tinh đoàn thành siêu tinh đoàn - siêu tinh đoàn siêu - siêu tinh đoàn vô Ở cấp độ tập hợp khoảng cách tinh đoàn phát triển nhanh kích thước tính toán Nếu điều tiếp tục vạch đường thẳng xa khỏi thiên hà xác suất gặp thiên hà khác nhỏ Đồng thời chế độ tập hợp tinh đoàn vô cùng, giống trước nói vũ trụ chứa số vô tận Trong giải thích mà Saclơ dành cho phản đề Olbe sai lầm ngoại trừ có cách giải thích đơn giản sau Mô hình vũ trụ xây dựng, sở lý thuyết thuyết tương đối đề xuất Anhxtanh báo công bố vào năm 1917 Đó mô hình diễm lệ tuyệt đẹp sau Anhxtanh buộc phải khước từ Ở giải thích trường trọng lực đường cong cấu trúc không gian - thời gian tạo thành diện khối vật chất lớn Bên thiên hà, theo có nhiều đường cong xoắn tương tự không gian thời gian Thế miền lớn không gian rỗng thiên hà sao? Có quan điểm sau Khoảng cách từ thiên hà lớn không gian trở nên phẳng (Ơcơlit hơn) Nếu vũ trụ tự khỏi vật chất không gian hoàn toàn phẳng: song số người lại cho trường hợp nói chung vô nghĩa nói có cấu trúc Và cho dù trường hợp vũ trụ không gian - thời gian trải không hạn chế theo tất hướng Anhxtanh làm luận giá Ông nói giả thiết khối lương vật chất vũ trụ đủ lớn để bảo đảm cho tỉ suất cong tổng quát dương Không gian co hẹp lại theo tất hướng Thuyết tương đối cho người M Gardner Không thể hiểu hoàn toàn điều không sâu vào hình học bốn chiều phi Ơcơlit, nắm bắt tư dễ dàng nhờ mô hình hai chiều Ta thử tưởng tượng đất nước phẳng có thực thể hai số đo Họ xem đất nước mặt phẳng Ơcơlit Thật vậy, mặt trời đất nước phẳng nguyên nhân xuất mặt phẳng mô cao khác nhau, mô mang tính địa phương ảnh hưởng đến độ phẳng chung Song có khả khác mà nhà thiên văn đất nước mường tượng Có thể mô cao địa phương tạo tỉ suất cong nhỏ toàn mặt phẳng cách tác động tổng cộng tất mặt trời dẫn đến biến dạng mặt phẳng thành giống bề mặt hình cầu lởm chởm Bề mặt tương tự trở nên vô hạn khiến bạn chuyển động theo hướng mãi không đạt tới giới hạn Người chiến sĩ đất nước phẳng tìm thấy chỗ xa để ném mũi dao phẳng Song bề mặt đất nước vô tận Nhà du hành hoàn thành chuyển theo đường thẳng lâu, cuối lại trở nơi xuất phát Các nhà toán học nói bề mặt tương tự "eo" Tất nhiên giới hạn Giống không gian Ơcơlit vô tận, tâm nơi, chu vi Dân cư đất nước dễ dàng tin tưởng "eo" có thuộc tính địa Một phạm trù nhắc tới: chuyển động xung quanh hình cầu theo hướng Phương pháp kiểm tra khác tô màu bề mặt Nếu cư dân đất nước xuất phát từ chỗ bắt đầu vẽ ống tròn ngày lớn, cuối bên vạt mặt đối diện hình cầu Song hình cầu lớn dần chiếm phần nó, họ khả tiến hành thử nghiệm địa hình tương tự Anhxtanh giả thiết không gian mặt ba chiều hình cầu biến tướng (hình cầu bốn chiều) Thời gian mô hình không bị cong: tọa độ thẳng chạy phía sau vào khứ xa xôi vô trải xa đến vô phía trước không - thời gian bốn chiều, giống cấu trúc không - thời gian bốn chiều, giống hình trụ biến tướng nhiều hơn, so với hình cầu biến tướng Do nguyên nhân đó, mô gọi mô hình "vũ trụ hình trụ" Tại thời điểm nhìn thấy không gian giống mặt cắt ngang ba chiều hình trụ biến tướng Mỗi mặt cắt ngang mặt hình cầu biến tướng Thiên hà chiếm phần nhỏ bề mặt thực thí nghiệm topo chứng minh tính chất co hẹp Nhưng nguyên tắc, khả chứng minh tính chất co hẹp tồn Đặt kính viễn vọng đủ mạnh theo hướng lấy tiêu cự thiên hà định, sau quay kính viễn vọng theo hướng ngược lại nhìn thấy phía thiên hà Nếu tồn tàu vũ trụ có vận tốc gần với vận tốc ánh sáng chúng vẽ vòng tròn quanh vũ trụ, chuyển động với hướng theo đường thẳng có Không thể "tô điểm" vũ trụ theo ngữ nghĩa từ đó, Thuyết tương đối cho người M Gardner thực chất biên soạn đồ hình cầu vũ trụ với kích thước ngày lớn Nếu nhà đồ học điều lâu phát bên hình cầu mà vẽ đồ Hình cầu trở nên ngày nhỏ tùy theo bám sát vị trí mình, giống vòng tròn bị nhỏ cư dân đất nước phẳng bên vạt dấu Trong số quan hệ mô hình phi Ơcơlit Anhxtanh đơn giản mô hình cổ điển, theo không gian không bị uốn cong Nó đơn giản theo ý nghĩa nói vòng tròn đơn giản đường thẳng Đường thẳng trải dài vô cực theo hai phía, mà vô cực toán học lại phức tạp Cái tiện lợi vòng tròn chỗ có giới hạn Nó đầu cuối, lo lắng điều xảy chuyện với đường tròn vô cực Trong vũ trụ cẩn trọng Anhxtanh quan tâm tất đầu cuối tự vô cực, quan tâm điều vũ trụ học người ta thích gọi "các điều kiện hữu hạn" Trong vũ trụ Anhxtanh không tồn vấn đề giới hạn giới hạn Những mô hình vũ trụ khác hoàn toàn phù hợp với thuyết tương đối tổng quát thảo luận vào năm 20 Một số có tính chất chí lạ lẫm vũ trụ hình trụ Anhxtanh Nhà thiên văn học người Hà lan Villin de Xitơ chế mô hình co hẹp có giới hạn, thời gian bị uốn cong giống không gian Càng nhìn qua không gian de Xitơ xa bao nhiêu, đồng hồ dường chạy chậm nhiêu Nếu nhìn đủ xa nhìn thấy miền mà thời gian hoàn toàn dừng lại, "giống tuần trà gã điên Sliapotkin" - Edington viết - luôn sáu chiều" .Vào năm 20, phát rằng, ánh sáng từ thiên hà xa có dịch chuyển rõ ràng sang phía đỏ, mà di chuyển có giải thích đủ sức thuyết phục khác, việc cho thiên hà chuyển động từ phía trái đất Không thiết phải nghĩ tồn giới hạn - Bectơrang Rutxen giải thích "Nhập môn thuyết tương đối" "Con người sống nước mà người quan sát coi đất nước lotofagơ (xứ sở kinh thánh lễ hội), sống chế độ kiêng cữ giống người quan sát dường thân đông cứng lại bất động vĩnh cửu Trên thực tế bạn không nhận biết xứ sở lotofagơ này, cần phải có thời gian lớn vô để ánh sáng từ đến với bạn Bạn nhận biết nơi không xa chỗ lại luôn chân trời" Tất nhiên, bạn thường miền tàu vũ trụ, dùng kính viễn vọng quan sát thường xuyên, bạn hẳn nhìn thấy mức độ đến gần đường thời gian giảm tốc Khi bạn đến nơi, thứ chuyển động với vận tốc bình thường Trái đất lotofagơ mép chân trời Bạn có ý máy bay bay thấp đầu, bay lên cao độ cao âm động có giảm liền chút không? Người ta gọi hiệu ứng Dople theo tên gọi nhà vật lý học người Áo Thuyết tương đối cho người M Gardner theo đạo thiên chúa tên Johan Dople, người phát hiệu ứng vào kỷ 19 Nó dễ giải thích, máy bay tiến lại gần, sóng âm từ động làm dao động màng nhiều máy bay không chuyển động Điều làm tăng độ cao âm Khi máy bay xa tần suất dao động âm mà tai bạn cảm nhận Âm trở nên thấp Chính tuyệt đối xuất trường hợp nguồn ánh sáng chuyển động nhanh phía bạn tách khỏi bạn Đồng thời không đổi phải vận tốc ánh sáng (luôn không đổi), độ dài sóng Nếu bạn nguồn sóng chuyển động ngược chiều nhau, hiệu ứng Dople làm ngắn chiều dài sóng ánh sáng, đồng thời di động màu phía đầu quang phổ Nếu bạn nguồn sáng xa hiệu ứng Dople cho di động tương tự phía quang phổ màu đỏ Gamop giảng kể lịch sử (không nghi ngờ mà giai thoại) với hiệu ứng Dôple, hiệu ứng tốt để khỏi phải dãn Điều xảy ra, dường như, nhà vật lý học tiếng người Mỹ từ trường đại học Giôn Hôpkin, Rơbe Vut, người kiên trì Bantimo chuyển dần sang ánh sáng màu đỏ Trước trọng tài, Vut sở hiệu ứng Dôple giải thích rõ ràng vận tốc lớn chuyển động mà xuất chuyển dịch màu đỏ sang màu tím quang phổ, mà cảm thụ màu xanh Trọng tài nghiêng biện luận Vut lại bất ngờ có sinh viên Vut mà cách không lâu Vut đánh trượt Anh ta tính nhanh vận tốc cần phải có để ánh lửa đèn chiếu từ màu đỏ thành màu xanh Trọng tài từ chối việc quy lỗi ban đầu phạt Vut vượt tốc độ Dôple nghĩ hiệu ứng phát giải thích màu thấy xa xăm: màu đỏ phải chuyển động từ phía trái đất, màu xanh da trời phía trái đất Như thấy vấn đề (những màu giải thích nguyên nhân khác) Vào năm 20 kỷ, phát rằng, ánh sáng từ thiên hà xa có dịch chuyển rõ ràng sang phía đỏ mà di chuyển giải thích đủ sức thuyết phục khác cho thiên hà chuyển động từ phía trái đất Hơn di chuyển tăng lên trung bình tỷ lệ với khoảng cách từ thiên hà đến trái đất Nếu đến thiên hà A xa hai lần so với đến thiên hà B, từ di chuyển từ A lớn chúng hai lần di chuyển màu đỏ từ B: Theo khẳng định nhà thiên văn học người Anh Fret Hoy di chuyển màu đỏ tính toán chòm tạ (Hyđia) chứng minh tinh đoàn xa trái đất với vận tốc lớn khoảng 61000 km/giây Người ta tìm cách giải thích khác hiệu ứng Dôple, mà phương pháp khác Theo lý thuyết "mệt mỏi ánh sáng" ánh sáng xa, tần số dao động nhỏ (Đó dẫn dụ tuyệt vời giả thuyết ad hoc, tức giả thuyết liên quan với tượng thường xuyên đó, minh chứng khác có lợi cho nó) Có cách giải thích Thuyết tương đối cho người M Gardner khác cho ánh sáng qua lớp bụi vũ trụ dẫn đến xuất di chuyển Trong mô hình de Xitơ di chuyển thấy rõ từ tỉ suất cong thời gian Nhưng giải thích đơn giản phù hợp tốt với thực tế biết khác chỗ, di chuyển màu đỏ thực tế minh chứng chuyển động có thực thiên hà Xuất phát từ tiền đề mà chẳng phát triển seri mô hình "vũ trụ mở rộng" Để đề phòng hút vũ trụ từ lực có trước diệt vong nó, Anhxtanh buộc phải giả thiết cho mô hình lực (ông đưa vào mô hình tên gọi lực thường xuyên vũ trụ) mà vai trò đẩy giữ khoảng cách định với Song mở rộng nghĩa thiên hà tự mở rộng (dãn nở) (như người ta cho vậy) khoảng cách thiên hà tính toán tăng lên Như người biết, mở rộng kéo theo tăng lên khoảng cách tính toán Các bạn hình dung đống bột lớn bao gồm hàng trăm hạt Izumin Mỗi hạt Izumin tinh đoàn Nếu đống bột đưa vào lò, dãn nở theo hướng, kích cỡ Izumin cũ Khoảng cách Izumin tăng lên Không Izumin gọi trung tâm dãn nở Từ quan điểm hạt Izumin riêng lẻ hạt Izumin lớn vận tốc biểu kiến tách xa lớn Mô hình vũ trụ Anhxtanh tĩnh Điều giải thích ông phát triển mô hình trước nhà thiên văn học phát dãn nở (mở rộng) vũ trụ Để đề phòng hút vũ trụ từ lực từ trước diệt vong nó, Anhxtanh buộc phải giả thiết cho mô hình lực (ông đưa vào mô hình với tên gọi lực thường xuyên vũ trụ) mà vai trò đẩy giữ khoảng cách định với Những tính toán sau thực mô hình Anhxtanh không ổn định tựa đồng tiền đứng nghiêng Một tác động nhỏ làm đổ bên phải bên trái, mà đổ bên phải ứng với vũ trụ giãn nở, mà đổ bên trái ứng với vũ trụ co rút Sự phát di động màu đỏ vũ trụ trường hợp không bị co rút, nhà vũ trụ học thiên mô hình vũ trụ dãn nở Người ta xây dựng mô hình toàn vũ trụ dãn nở Như nhà bác học Liên xô (cũ) Alecxăngđrơ Phơnitman giáo sĩ người Bỉ tên Gioocgiơ Lemét xây dựng nên hai mô hình tiếng Có mô hình không gian xem co rút (tỉ suất cong dương), mô hình khác lại xem không co rút (tỉ suất cong âm), mô hình thứ ba vấn đề co rút không gian lại để ngỏ Một mô hình Edington đề nghị mô tả sách hấp dẫn có tên "Vũ trụ giãn nở" Mô hình ông thực hành giống với mô hình Anhxtanh, bị co rút, giống cầu bốn chiều lớn dãn nở theo ba số đo không gian Song, M Gardner Thuyết tương đối cho người nhà thiên văn không tin không gian bị co rút Như người biết mật độ vật chất không gian không đủ để tỉ suất cong dương Các nhà thiên văn ưa quan niệm vũ trụ không bị co rút vũ trụ vô với tỉ suất cong tổng quát số âm giống bề mặt yên ngựa Bạn đọc không nên nghĩ bề mặt hình cầu có tỉ suất cong dương, bên bề mặt có tỉ suất cong âm Tỉ suất cong mặt hình cầu dương không phụ thuộc vào điều nhìn từ phía nào, từ vào hay từ - tỉ suất cong âm bề mặt yên ngựa điểm bề mặt có tỉ suất cong khác Nó lõm bạn kẻ tay từ phần sau sang phần trước, lồi bạn kẻ tay từ mép sang mép khác Tỉ suất cong biểu thị số dương, tỉ suất cong khác laị biểu thị số âm Để có tỉ suất cong mặt điểm biết hai số cần nhân lên Nếu điểm số âm, cần phải có bề mặt điểm bị cong theo kiểu khác người ta nói bề mặt có tỉ suất cong âm Bề mặt khoanh tròn (hình trống) thí dụ tiếng khác bề mặt có tỉ suất cong âm Tất nhiên bề mặt tương tự mô hình thô sơ không gian ba chiều có tỉ suất cong âm Có thể với xuất kính thiên văn công suất lớn người ta phải giải vấn đề xem tỉ suất cong vũ trụ dương, âm không Kính viễn vọng cho phép nhìn thấy thiên hà dựng khối mặt cầu định Nếu thiên hà phân bố cách ngẫu nhiên không gian Ơcơlit (tỉ suất cong không) số thiên hà bên mặt cầu tương tự phải luôn tỉ lệ với lập phương bán kính mặt cầu Nói cách khác, xây dựng kính thiên văn nhìn xa gấp đôi so với kính thiên văn trước số thiên hà nhìn thấy phải tăng lên từ năm đến Nếu bước nhảy nhỏ điều có nghĩa tỉ suất cong vũ trụ số dương, lớn số âm Có thể nghĩ cần phải ngược lại, xem xét trường hợp mặt hai số đo với tỉ suất cong dương âm Giả sử từ cao su phẳng ta cất vòng tròn Trên dán Izumin cách nửa cm Để cho cao su có hình dạng mặt cầu, cần ép lại 1/umin xích lại gần Nói khác đi, bề mặt hình cầu Izumin cách nửa cm cần số Izumin Còn trải cao su lên mặt yên ngựa Izumin dãn khoảng cách lớn, tức muốn bề mặt yên ngựa giữ khoảng cách Izumin nửa cm phải có nhiều Izumin Hơi có vấn đề đạo đức chỗ nói vui bạn muốn mua chai bia, bắt buộc bạn phải nói với người bán hàng bạn muốn mua chai bia có không gian cong âm, dương! M Gardner Thuyết tương đối cho người Dịch Giả: Đàm Xuân Tảo Phần kết Vụ nổ hay trạng thái ổn định Theo Gamop, có thời kỳ toàn vật chất vũ trụ tập trung cầu đơn đậm đặc khối vật chất gọi Item (tên gọi cổ Hy lạp khối vật chất nguyên thủy) Vậy từ đâu mà ra? Gamop cho tạo thành kết cấu dồn nén từ trước vũ trụ Với xuất mô hình vấn đề phản đề Olbe ánh sáng bầu trời đêm làm sáng tỏ Mô hình tĩnh Anhxtanh hỗ trợ mặt Thực vậy, chứa đựng số hữu hạn số lượng mặt trời, độ dẹt không gian mô hình ánh sáng mặt trời buộc phải lan tỏa mãi toàn vũ trụ cách uốn cong đường phù hợp với tỉ suất cong cục không gian thời gian Kết bầu trời đêm tỏa sáng giống trường hợp có vô số mặt trời không giả thiết vũ trụ trẻ, nhiều ánh sáng thực số hữu hạn vòng xoáy Khái niệm vũ trụ dãn nở gạt bỏ đơn giản vấn đề Nếu thiên hà xa xôi rời xa trái đất với vận tốc tỉ lệ với khoảng cách đến chúng số lượng đầy đủ ánh sáng đến trái đất phải giảm thiểu Nếu thiên hà đủ xa vận tốc vượt vận tốc ánh sáng ánh sáng cách nói chung không đạt tới chỗ Ngày nhiều nhà thiên văn cho vũ trụ dãn nở, hẳn khác biệt thực ngày đêm Hiện tượng vận tốc thiên hà xa xôi trái đất vượt vận tốc ánh sáng dường phá vỡ nguyên lý: không vật thể vật chất chuyển động nhanh vận tốc ánh sáng Nhưng thấy chương nguyên lý có hiệu lực điều kiện phù hợp với yêu cầu thuyết tương đối hẹp Trong thuyết tương đối tổng quát cần diễn đạt lại sau: không tín hiệu truyền nhanh ánh sáng Song có vấn đề quan trọng tranh cãi sau: thực tế có thiên hà xa xôi khắc phục rào cản ánh sáng sau trở thành không nhìn thấy được, luôn biến tường ngăn người, chí người có bố trí kính viễn vọng cực mạnh mà ta hình dung Một số chuyên gia cho vận tốc ánh sáng thực tế giới hạn thân thiên hà xa xôi dễ bị xỉu mà không hoàn toàn nhìn thấy (tất nhiên điều kiện người phải bố trí máy móc đủ nhậy cảm để quan sát chúng) Những thiên hà già nua, có lần nhận xét, không bị chết Đơn giản chúng biến Song dễ hiểu không thiên hà biến với ý nghĩa vật chất vũ trụ bị biến Đơn giản đạt vận tốc phát kính viễn vọng trái đất Thiên hà biến tiếp tục nhìn thấy từ thiên hà khác gần với Đối với thiên hà tồn "đường chân trời quang học" kiểu ranh giới hình cầu mà kính viễn vọng xuyên thủng Các đường chân trời hình cầu hai thiên hà không trùng Các nhà thiên văn tính điểm mà sau thiên hà bắt đầu biến từ trường ngắm nằm khoảng xa gấp đôi so với miền đạt kính viễn vọng quang học đại Nếu giả thiết nhìn thấy phần tám tất thiên hà mà thời điểm quan sát Nếu vũ trụ dãn nở (không quan trọng không gian phải phẳng không dẹt dẹt) xuất vấn đề hóc búa Vậy vũ trụ trước giống gì? Có hai cách thức khác trả lời câu hỏi này, hai mô hình vũ trụ đại Cả hai mô hình đề cập chương sau Vụ nổ trạng thái ổn định? Bạn thử hình dung tranh vũ trụ từ từ dãn nở, sau làm ngược lại xảy ảnh Rõ ràng "quá khứ phủ đầy bóng tối không thời gian" có lần Sexpia nói, có lúc số lượng vật chất tập trung vào khối vật nhỏ Có thể toàn trình dãn nở bắt đầu nhiều tỉ năm trước với vụ nổ lớn Đó quan điểm vụ nổ lớn Lemet đề xuất ngày có người bảo vệ nhiệt thành mà đại biểu Gamop Gamop sách "sự tạo thành vũ trụ" bảo vệ thuyết phục học thuyết Lemet cho vụ nổ xảy chừng năm tỉ năm trước đây, say mê đánh giá độ tuổi vũ trụ thiên phía tăng dần lên Hiện người ta cho độ tuổi từ 20 đến 25 tỉ năm gần Như vậy, theo Gamop có thời kỳ toàn vật chất vũ trụ tập trung cầu đơn đậm đặc khối vật chất gọi Item (là tên gọi cổ Hy lạp khối vật chất nguyên thủy) Vậy từ đâu mà ra? Gamop cho tạo thành kết cấu dồn nén từ trước vũ trụ Về giai đoạn dồn nén này, đương nhiên nhận biết điều Giống mô hình Lemet, mô hình Gamop vụ nổ gọi "thời điểm tạo thành", với ý nghĩa tạo mà với ý nghĩa tạo dạng từ hình dạng trước Ngay trước vụ nổ nhiệt độ áp suất Item cao Sau xảy vụ nổ kì lạ tưởng tượng Trong sách mình, Gamop phân tích chi tiết xảy sau Cuối từ bụi khí dãn nở mà tạo thành Sự dãn nở tương đối ngày tiếp tục vận động tổng hợp vật chất vụ nổ ban đầu Gamop cho vận động không ngừng .Vũ trụ đơn (theo nghĩa khái quát từ đó) không gian vô tận thời gian vô tận Sự dãn nở hậu vụ nổ Đó lực đẩy mà chất tranh luận sôi Lực giống số vũ trụ lại Anhxtanh Thuyết tương đối cho người M Gardner Hiện nay, cạnh tranh với lý thuyết vụ nổ Gamop chủ yếu lí thuyết vũ trụ ổn định đề xuất vào năm 1948 ba nhà bác học trường Đại học Cambrit Hecman Bunđi, Tomat Hon Fut Hoy Bảo vệ thuyết phục lý thuyết sách phổ biến Hoy "Bản chất vũ trụ" Giống lý thuyết Gamop, lý thuyết trạng thái ổn định, người ta chấp nhận dãn nở vũ trụ không gian xem mở vô cùng, đóng kín mô hình Edington Khác với lý thuyết Gamop, lý thuyết không vụ nổ, đó, nói chúng điểm khởi đầu Không phải ngẫu nhiên mà đầu đề sách Hoy khác với đầu đề sách Gamop thay đổi từ Vũ trụ Hoy thời điểm tạo thành để thấy nhanh chóng có vô số kiến tạo nhỏ Hoy xây dựng công thức sau "Mỗi đám mây thiên hà, sao, nguyên tử có bắt đầu, vũ trụ nói chung Vũ trụ lớn phận nó, kết luận tỏ bất ngờ" Vũ trụ ổn định luôn trạng thái chuyển động từ tốn Nếu kể lại hàng trăm nghìn tỉ năm trước đây, hẳn thấy kiểu dáng thiên hà phát triển phận vũ trụ, chứa đựng kiểu dáng già đi, mà số có kiểu dáng hành tinh quay xung quanh Và số hành tinh ấy, tồn dạng tương tự sống Có thể tồn vô số hành tinh vào thời khắc (độc lập với điều có ý nghĩa gì) thực thể có trí tuệ phóng nhà du hành vũ trụ vào vũ trụ Vũ trụ đơn (theo nghĩa khái quát từ đó) không gian vô tận thời gian vô tận Sự dãn nở hậu vụ nổ Đó lực đẩy mà chất tranh luận sôi Lực giống số vũ trụ lại Anhxtanh Nó đẩy thiên hà chúng chưa biến khỏi "trường ngắm" vượt qua rào cản ánh sáng Hiển nhiên, biến xảy từ điểm ngắm người quan sát thiên hà Khi người quan sát từ trái đất nhìn thấy thiên hà X láng giềng rời xa nhau, người quan sát từ thiên hà X nhìn thấy từ thiên hà Một vấn đề quan trọng đặt Nếu tương đối luôn dãn nở tiếp tục dãn nở, lại đậm đặc hơn? Rõ ràng cách khác giải thích trạng thái ổn định, cách giả thiết vật chất tạo thành liên tục, dạng hydro - nguyên tố đơn giản nguyên tố Theo Hoy, thùng không gian (hầu viết quan điểm Hoy mà không tán đồng sử dụng cách hình dung đó) nguyên tử hyđro tạo khoảng 10 triệu năm, trì vũ trụ trạng thái ổn định Đương nhiên, vận tốc mà với vận tốc vật chất tạo thành cần phải vừa vặn cho cân trình giảm thiểu mật độ Vậy nguyên tử hyđro lấy từ đâu ra? Không dám trả lời vấn đề Đó Thuyết tương đối cho người M Gardner điểm khởi đầu lý thuyết Hoy Nếu kiên trì lòng tin vào việc thành tạo từ gì, điểm mà lý thuyết trạng thái ổn định xảy ra, đáng tin sáng tạo diễn tiến không ngừng Cả hai lý thuyết tranh chấp - lý thuyết vụ nổ lý thuyết trạng thái ổn định - phù hợp với tất kiện biết vũ trụ (chính xác với điều mà thời điểm người ta xem biết), với tất nguyên lí thuyết tương đối Hiện hai lý thuyết chấp nhận Hằng năm quan sát khẳng định lý thuyết vụ nổ tạo nghi ngờ lý thuyết trạng thái ổn định, song chúng cân kết quan trắc mới, khẳng định lý thuyết trạng thái ổn định tạo nghi ngờ lý thuyết vụ nổ lớn Nếu bạn đọc sách báo người bảo vệ lý thuyết bạn thấy tác giả viết cho số liệu thiên bên bên Bạn cảnh giác Khi chuyên gia bất đồng ý kiến bạn tỉnh táo để khỏi thiên ý kiến bạn chưa thực cảm nhận tính thuyết phục Gamôp công khai viết cảm tình lý thuyết vụ nổ Cũng vậy, Hoy công khai ủng hộ lý thuyết trạng thái ổn định (tôi biết nhà tâm lý học chưa giải thích hai tượng sở tâm thần người bảo vệ chúng, song tin cuối dẫn tới điều đó) Nếu thiện cảm mặt lý trí phải chờ đợi nhà thiên văn học đưa liệu đầy đủ để đạp ngã theo lý thuyết Còn có nhiều mô hình vũ trụ khác Một số đề xuất cách nghiêm túc, số khác thể trò đùa Có mô hình không gian xoắn lại giống hình phễu Nếu bạn vòng quanh vũ trụ lượt, bạn lại chỗ bắt đầu hành trình, có điều tất đạo ngược gương Đương nhiên bạn vòng quanh lần trở chỗ cũ Có mô hình vũ trụ hình trụ vụ nổ luân phiên thời kỳ dãn nở thời kỳ dồn nén Chu kì lặp lại không chết kiểu phục sinh vĩnh nhà triết học tôn giáo phương đông (cũng xin nói Etga Po tác phẩm vũ trụ khác lạ tiêu đề "Ơrêka" (tìm rồi!), mà ông đánh giá cao, bảo vệ mô hình vũ trụ hình trụ dạng giai đoạn dồn nén) Cực đoan số mô hình, biết, mô hình "tương đối động học" đề xuất nhà thiên văn học thuộc trường đại học Oxphit Eđua Min Trong chấp nhận hai dạng thời gian khác Ở thuật ngữ (khái niệm) thời gian tuổi kích thước vũ trụ vô tận hoàn toàn không dãn nỡ Ở thuật ngữ thời gian khác lại có kích thước hữu hạn dãn nở ngày từ lúc thành tạo Dạng thời gian chọn làm chủ yếu vấn đề thuận tiện mà Nhà toán học người Anh Etmun Uytcơ có lần đề nghị (dưới hình thức tếu) lý thuyết vũ trụ co thắt, vũ trụ hữu hạn không bị co lại, mà vật chất không ngừng nơi mà từ Thuyết tương đối cho người M Gardner đến theo lý thuyết Hoy Thế giới cuối hoàn toàn biết mất, không kèm theo vụ nổ, mà tiếng thở hắt cuối "Lý thuyết có ưu điểm - Uytcơ viết - cho tranh đơn giản chấm hết vũ trụ" Tất nhiên lý thuyết cần giải thích quan sát thấy xê dịch màu tím, mà màu đỏ quang phổ thiên hà, làm điều dễ dàng Muốn cần phải vay mượn de Xitơ phương pháp giả thiết thời gian tăng tốc đường (một nhà vật lý nhận xét vui điều giải thích trở nên già đi, dường năm trôi nhanh tháng - Trên thực tế trôi nhanh tháng) ánh sáng đến với trái đất từ thiên hà xa xăm lúc ánh sáng thiên hà hàng tỉ năm trước đó, dao động điện từ xảy chậm dần Điều dẫn đến di động màu đỏ đủ lớn để vượt qua xê dịch Dôpl sang miền quang phổ Đương nhiên, thiên hà xa, già đỏ Thực tế xây dựng công thức mô hình vũ trụ co thắt phương trình thuyết tương đối mềm dẻo biết nhường Chúng phù hợp với nhiều mô hình vũ trụ khác nhau, mô hình giải thích điều quan sát Thật thú vị nhận thấy nhà triết học người Anh Frenxit Bacơn vào năm 1620 tác phẩm "Novum Organum" (Tổ chức mới) viết : "Về bầu trời kiến tạo nhiều giả thuyết khác nhau, song giả thuyết phải phù hợp với tượng" Vũ trụ học đại không thay đổi mặt này, cho dù số lượng tượng quan sát lớn; vậy, có sở để giả thuyết mô hình đại tiến dẫn tới chân lý mô hình cũ Tất nhiên, mô hình vũ trụ phải trải qua hành trăm năm dựa sở số liệu thiên văn chưa tới hoàn toàn không thích hợp với mô hình mà nghiên cứu nghiêm túc Có câu chuyện vui nho nhỏ nhà văn Ieclan lãnh chúa Danxen (trong sách ông nhan đề "Con người ăn thịt phượng hoàng" Atlas, kể lại cho Đanxen chuyện xảy vào ngày nhờ có khoa học người chết tin vào mô hình vũ trụ cổ Hylạp, Atlas nói nhiệm vụ chàng đần độn phiền toái Chàng bị lạnh, phải đeo cổ cực nam trái đất, hai tay chàng luôn bị ướt hai đại dương Nhưng chàng tiếp tục thực nhiệm vụ loài người tin vào chàng Sau đó, Atlas buồn bã nói giới bắt đầu trở nên "quá thông thái" Atlas định không cần thiết nữa, chàng để lại giới "Nhưng, Atlas nói, đầy vẻ suy nghĩ, trăn trở Song ngạc nhiên sâu sắc; ngạc nhiên điều xảy làm điều "Vậy điều xảy ra?" "Tuởng Đơn giản cả" Trong sách có ý định kể câu chuyện điều xảy kết kiện gần với thượng đế Niutơn chuyển động tuyệt đối, sau Anhxtanh để lại trái đất Thuyết tương đối cho người M Gardner cho Với trái đất đặc biệt xảy cả, chí Nó tiếp tục quay xung quanh trục nó, căng ta theo xích đạo quay xung quanh mặt trời Nhưng vật lý học dù có xảy Khả lý giải vật lý học, khả dự đoán khả thay đổi mặt trái đất phía tốt xấu lớn nhiều so với thời gian trước Hết Lời cuối: Cám ơn bạn theo dõi hết truyện Nguồn: http://vnthuquan.net Phát hành: Nguyễn Kim Vỹ Nguồn: VnExpress Được bạn: Thành Viên VNthuquan đưa lên vào ngày: 27 tháng 12 năm 2003