DSpace at VNU: Albert Einstein: thiên tài đứng trên vai người khổng lồ

MICHEL JANSSEN VÀ JÜRGEN RENN KỂ CÂU CHUYỆN VỀ NHỮNG NHÀ KHOA HỌC TRẺ VÀ ÍT TÊN TUỔI HƠN ĐỨNG ĐẰNG SAU THUYẾT TƯƠNG ĐỐI TỔNG QUÁT CỦA EINSTEIN MICHEL JANSSEN - JÜRGEN RENN 50 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN Albert Einstein: Thiên tài đứng vai người khổng lồ Số 301 - 2016 51 Năm coi năm hoàng kim Einstein, ngồi việc cơng bố cơng trình quan trọng, ơng hồn thành luận án tiến sĩ vật lý Đại học Zurich Năm 1907, làm việc văn phòng cấp sáng chế, Einstein bắt đầu suy nghĩ việc mở rộng nguyên tắc thuyết tương đối từ chuyển động sang chuyển động tùy ý thông qua lý thuyết hấp dẫn Tiên đoán kết quả, Einstein viết cho Conrad Habicht - người bạn ông quen biết từ nhóm đọc Olympia Academy Berne - để nói ơng hi vọng lý thuyết giải thích sai số khoảng 43” (phút góc) kỷ dự đoán theo thuyết Newton quan sát chuyển động điểm cận nhật Thủy (điểm quỹ đạo gần với Mặt trời) M ột kỉ trước, vào tháng 11/1915, Albert Einstein công bố thuyết tương đối tổng quát bốn báo ngắn nằm biên họp lưu lại Viện Hàn lâm Khoa học Phổ Berlin Lý thuyết mang tính cột mốc thường coi sản phẩm thiên tài đơn độc Nhưng thực tế, Einstein nhận nhiều giúp đỡ từ bạn bè đồng nghiệp, hầu hết số họ không trở nên tiếng bị quên lãng Câu chuyện hiểu biết người dệt nên phiên cuối thuyết tương đối tổng quát Hai người bạn Einstein từ thời sinh viên - Marcel Grossmann Michele Besso - có vai trò đặc biệt quan trọng Grossmann nhà tốn học đầy khiếu sinh viên có tính tổ chức cao, người giúp Einstein có tầm nhìn mơ mộng thời điểm then chốt Besso kỹ sư với tính cách sáng tạo 52 52 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội có phần thiếu tổ chức, người bạn tận tụy suốt đời với Einstein Và nhiều người khác góp phần Einstein gặp Grossmann Besso Trường Bách khoa Liên bang Thụy Sĩ, Zurich - sau đổi tên thành Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ - nơi từ năm 1896 đến 1900 ông học để trở thành giáo viên vật lý toán học Einstein gặp vợ tương lai mình, bạn lớp Mileva Mari, trường Có lời đồn thổi Einstein thường trốn học phải dựa vào ghi chép Grossmann để vượt qua kì thi Cha Grossmann giúp Einstein có vị trí văn phòng đăng ký sáng chế Berne vào năm 1902, nơi hai năm sau Besso làm việc Những thảo luận Besso Einstein thời gian có ý nghĩa Besso người Einstein đề lời cảm ơn báo giới thiệu thuyết tương đối đặc biệt, cơng trình tiếng Einstein năm 1905 Einstein bắt tay vào nghiên cứu nghiêm túc lý thuyết sau ơng rời văn phòng cấp sáng chế vào năm 1909 để bắt đầu công việc giảng dạy, Đại học Zurich hai năm sau Đại học Charles Prague Ông nhận hấp dẫn phải đưa vào cấu trúc khôngthời gian, hạt không chịu tác động lực khác theo quỹ đạo gần không-thời gian cong Năm 1912, Einstein trở Zurich gặp lại Grossmann Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Hai người cộng tác đời lý thuyết hồn thiện Phần tốn học liên quan cơng trình thuyết bề mặt cong Gauss mà có lẽ Einstein học từ ghi chép Grossman Ta biết từ mẩu đối thoại hồi tưởng Einstein nói với Grossman: “Cậu phải giúp tơi, khơng tơi phát điên lên mất.” Sự hợp tác họ ghi lại “Cuốn sổ Zurich” Einstein cho kết báo đồng tác giả cơng bố vào tháng 6/1913 KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN (Entwurf paper - Phác thảo) Tiến lý thuyết Entwurf năm 1913 với thuyết tương đối tổng quát công bố tháng 11/1915 phương trình trường, phương trình xác định vật chất làm cong khơng-thời gian Những phương trình cuối “hiệp biến tổng quát”: điều có nghĩa phương trình khơng thay đổi ta sử dụng hệ quy chiếu để mô tả chúng Ngược lại, phương trình trường Phác thảo có tính hiệp biến bị hạn chế HAI LÝ THUYẾT Vào tháng 5/1913, Grossmann thực chỉnh sửa cuối cho báo cáo Phác thảo, Einstein mời giảng buổi họp thường niên Hội nhà Khoa học Tự nhiên Vật lý Đức vào tháng chín Vienna Lời mời phản ánh nể trọng mà nhà khoa học 34 tuổi nhận từ đồng nghiệp Vào tháng 7/1913, Max Planck Walther Nernst, hai nhà vật lý hàng đầu từ Berlin, đến Zurich để mời Einstein đảm nhiệm vị trí trả lương cao giảng dạy Viện Hàn lâm Khoa học Phổ Berlin; Einstein nhanh chóng nhận lời bắt đầu vị trí vào tháng 3/1914 Đối với Planck Nernst, hấp dẫn vấn đề thúc mà họ chủ yếu quan tâm đến Einstein làm cho lĩnh vực vật lý lượng tử Một số lý thuyết đặt ra, hấp dẫn, giống điện từ, trình bày trường khơng-thời gian phẳng thuyết tương đối hẹp Trong đó, lý thuyết nhà vật lý trẻ người Phần Lan Gunnar Nordström đặc biệt hứa hẹn Trong giảng Vienna, Einstein so sánh lý thuyết phác thảo với lý thuyết Nordstrưm Ơng nghiên cứu hai lý thuyết từ tháng đến cuối tháng 8/1913, lúc ơng nộp văn giảng để công bố biên họp năm 1913 Vienna Mùa hè năm 1913, Nordström đến thăm Einstein Zurich Einstein thuyết phục Nordström nguồn trường hấp dẫn hai lý thuyết họ cần xây dựng từ ‘tenxơ năng-xung lượng, lý thuyết có trước thuyết tương đối, mật độ dòng chảy lượng động lực thể đại lượng riêng biệt; thuyết tương đối, chúng kết hợp vào thành đại lượng với 10 yếu tố khác Khái niệm ‘tenxơ năng-xung lượng’ xuất lần vào năm 19071908 tái lập theo thuyết tương đối hẹp thuyết điện động lực học James Clerk Maxwell Hendrik Antoon Lorentz Hermann Minkowski Việc tenxơ năng- xung lượng xác định cho hệ thống vật lý khác ngồi trường điện từ nhanh chóng trở nên rõ ràng Tenxơ đóng vai trò trung tâm lĩnh vực học tương đối trình bày sách giáo khoa thuyết tương đối hẹp - Das Relativitätsprinzip - viết Max Laue năm 1911 Năm 1912, nhà vật lý trẻ người Vienna, Friedrich Kottler, khái quát diễn giải Laue từ mặt phẳng sang không-thời gian Einstein Grossman dựa vào khái quát Số 301 - 2016 Số 301 - 2016 53 53 đưa công thức cho lý thuyết Phác thảo Trong giảng Vienna mình, Einstein mời Kottler đứng lên để công nhận công trình nhà khoa học Mùa hè năm đó, Einstein làm việc với Besso để tìm hiểu xem liệu lý thuyết Phác thảo giải thích cho sai lệch 43” kỷ điểm cận nhật Thủy Tuy vậy, họ thấy giải thích 18” sai lệch Sau đó, Besso kiểm tra thấy lý thuyết Nordstrưm giải thích 7” sai lệch lại theo hướng sai Những tính tốn lưu lại “Bản thảo Einstein- Besso” năm 1913 Besso có đóng góp quan trọng tính tốn đặt nhiều câu hỏi thú vị Ví dụ, ơng đặt câu hỏi liệu phương trình trường Phác thảo có hay khơng nghiệm rõ ràng xác định trường hấp dẫn Mặt trời Những phân tích lịch 54 54 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội sử thảo tồn cho thấy câu hỏi cho Einstein ý tưởng lập luận giúp ơng hòa giải với vấn đề hiệp biến hạn chế (restricted covariance) phương trình Phác thảo ‘Lập luận khiếm khuyết’ dường phương trình trường hiệp biến rộng (generally covariant field equations) xác định trường trọng lực thừa nhận Einstein Besso kiểm tra xem phương trình Phác thảo có hệ tọa độ quay hay khơng Trong trường hợp đó, lực quán tính quay, chẳng hạn lực ly tâm mà ta cảm nhận ngồi vòng quay ngựa gỗ, giải thích lực hấp dẫn Vào tháng 8/1913, Besso cảnh báo phương trình Phác thảo không hệ tọa độ quay, Einstein không nghe phải trả giá sau Trong giảng Vienna vào tháng 9/1913, Einstein kết luận so sánh hai lý thuyết kêu gọi thí nghiệm để định Lý thuyết Phác thảo tiên đoán hấp dẫn bẻ cong ánh sáng, thuyết Nordstrưm khơng Erwin Finlay Freundlich, nhà thiên văn học trẻ Berlin, liên lạc với Einstein từ thời Prague, đến Crimea để quan sát nhật thực vào tháng 8/1914 nhằm xác định liệu hấp dẫn có bẻ cong ánh sáng khơng, ơng bị Nga bắt giữ Chiến tranh Thế giới thứ nổ Vậy phải năm năm sau, nhà thiên văn học người Anh Arthur Eddington xác minh dự đoán Einstein quan sát chệch hướng ngơi gần rìa Mặt trời lần nhật thực khác, người ta có câu trả lời Tên tuổi Einstein trở nên tiếng khắp nơi Quay trở lại Zurich từ Vienna, Einstein lại với nhà vật lý trẻ Adriaan Fokker, học trò Lorentz, tái lập lý thuyết Nordström dựa vào loại thuật KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN đồng nghiệp có tiếng nơi khác Lorentz Paul Ehrenfest Hà Lan quan tâm Bất chấp khủng khoảng này, Einstein tiếp tục nghiên cứu Đến cuối năm 1914, Einstein đủ tự tin để viết trình bày dài lý thuyết Nhưng vào mùa hè năm 1915, sau loạt giảng ơng Gưttingen khơi gợi quan tâm nhà toán học vĩ đại David Hilbert, Einstein bắt đầu có nghi ngờ thực Ông phát thuyết Phác thảo khơng làm cho chuyển động quay mang tính tương đối Như Besso Einstein sau phải tìm giúp đỡ từ Freundlich nhà thiên văn học trẻ khơng thể giúp ơng tốn giống ông Grossmann sử dụng để lập công thức cho lý thuyết Phác thảo Einstein Fokker hai thuyết, trường hấp dẫn trọng lực đưa vào cấu trúc khơng-thời gian cong Cơng trình cho Einstein tranh rõ ràng lý thuyết Phác thảo, giúp ông Grossmann báo viết chung thứ hai lý thuyết Khi báo công bố vào tháng 5/1914, Einstein rời Zurich để đến Berlin BƯỚC ĐỘT PHÁ Sau Einstein chuyển đến Berlin, khủng hoảng bắt đầu xảy đến Cuộc hôn nhân Einstein đổ vỡ Mileva trở lại Zurich hai trai nhỏ Einstein quay lại tình mà ông bắt đầu kết thúc hai năm trước với người em họ Elsa Lưwenthal Chiến tranh Thế giới thứ nổ Giới tinh hoa khoa học Berlin khơng tỏ mặn mà với thuyết Phác thảo nữa, Ít lâu sau, Einstein nhận vấn đề nằm phương trình trường Phác thảo Lo ngại Hilbert trước bước, Einstein vội vã đưa phương trình in vào đầu tháng 11/1915, sửa đổi chúng vào tuần lần vào hai tuần sau báo nộp cho Viện Hàn lâm Phổ Các phương trình trường cuối hiệp biến rộng Trong báo công bố tháng 11, Einstein viết lý thuyết “thắng lợi thực sự” hai nhà toán học Carl Friedrich Gauss Bernhard Riemann Trong bài, ông nhớ lại ông Grossmann xem xét phương trình trước đó, họ toán học túy dẫn dắt thay vật lý họ khơng chấp nhận phương trình hiệp biến giới hạn (equations of limited covariance) từ đầu Những đoạn khác báo số khác thư từ Einstein khoảng năm 1913-1915 lại nói theo ý khác Trong Einstein cảm ơn giúp đỡ Grossmann, Besso, Nordström Fokker việc xây dựng lý thuyết Phác thảo Nhờ vào cách giải thích vật lý phương trình trước đánh bại mà ơng nhìn cách giải vấn đề Khi trình bày phương trình trường hiệp biến rộng báo thứ hai thứ tư, Einstein khơng đả động đến ‘lập luận khiếm khuyết’ Chỉ Besso Ehrenfest ép ông vài tuần sau công bố báo cuối (vào ngày 25/11), Einstein tìm lối nhận kiện trùng hợp khơng phải tọa độ có ý nghĩa vật lý Besso gợi ý tương tự từ hai năm trước bị Einstein bác bỏ thẳng thừng Trong báo thứ ba công bố tháng 11, Einstein trở lại với chuyển động cận nhật Thủy Khi đưa liệu thiên văn Freundlich cung cấp vào công thức ông xây dựng từ lý thuyết mình, Einstein thu kết 43” kỷ, từ giải thích đầy đủ sai lệch lý thuyết Newton quan sát thực tế Vào ngày 19/11, Hilbert viết thư chúc mừng Einstein thực tính tốn q nhanh Einstein giữ im lặng việc ơng giải tính tốn nhanh đến vậy: tính tốn thay đổi nhỏ từ ơng làm với Besso từ năm 1913 Einstein nhấn mạnh thuyết tương đối tổng quát ông xây dựng dựa vào công trình Gauss Riemann, người khổng lồ giới tốn học Nhưng dựa vào kết tượng đài ngành vật lý Maxwell Lorentz, dựa vào công sức nhà nghiên cứu có tầm vóc thấp Grossman, Besso, Freundlich, Kottler, Nordström Fokker Như với nhiều đột phá lớn lịch sử khoa học khác, Einstein đứng vai nhiều người khổng lồ KHÁNH MINH (dịch) CAO CHI (hiệu đính) Số 301 - 2016 Số 301 - 2016 55 55 ...KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN Albert Einstein: Thiên tài đứng vai người khổng lồ Số 301 - 2016 51 Năm coi năm hoàng kim Einstein, ngồi việc cơng bố cơng... Kottler, Nordström Fokker Như với nhiều đột phá lớn lịch sử khoa học khác, Einstein đứng vai nhiều người khổng lồ KHÁNH MINH (dịch) CAO CHI (hiệu đính) Số 301 - 2016 Số 301 - 2016 55 55 ... quên lãng Câu chuyện hiểu biết người dệt nên phiên cuối thuyết tương đối tổng quát Hai người bạn Einstein từ thời sinh viên - Marcel Grossmann Michele Besso - có vai trò đặc biệt quan trọng Grossmann