LỊCH SỬ VẬT LÍ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI  Học phần: LỊCH SỬ VẬT LÝ Chủ đề: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI GVHD: NGUYỄN THỊ HẢI YẾN SVTH: Nhóm - Đại học sư phạm Vật lý – k4 Nguyễn Thị Thêu Lại Thị Ngọc Yến Phạm Thị Hải Linh Vương Mai Uyên Nguyễn Hoàng Anh Chu Vũ Nhật Nguyễn Ngọc Linh Chi Tống Thiện Thanh Thương MỤC LỤC I PHẦN NỘI DUNG Những quan niệm ête trước thuyết tương đối đời Vào cuối kỉ XIX, thuyết sóng ánh sáng cơng nhận sóng điện từ khảo sát thực nghiệm, nhà vật lí cho sóng lan truyền mơi trường đặc biệt gọi ête, có mặt khắp nơi vũ trụ bên vật đứng yên không gian tuyệt đối Cho tới đó, chưa có thí nghiệm vật lí cho phép phát tồn ête tính chất Tuy nhiên, dựa vào tượng biết, nhà vật lí nêu giả thuyết tính chất ête Từ đầu kỉ XVIII, nhà thiên văn biết đến tượng tinh sai Khi quan sát bất động, người ta khơng hướng trục kính thiên văn vào ngơi mà phải hướng lệch góc nhỏ alpha theo hướng chuyển động Trái Đất vũ trụ Để giải thích tượng người ta nói ống kính thiên văn với Trái Đất chuyển động vũ trụ ête thấm khí Trái Đất với tồn thể ête vũ trụ đứng yên không gian tuyệt đối, không bị Trái Đất kéo theo Hiện tượng tinh sai phát sinh chuyển động tương đối Trái Đất ête Góc alpha tính với giả thuyết phù hợp với góc alpha đo thực nghiệm Và loạt thí nghiệm nhà bác học đời để chứng minh điều Thí nghiệm Phidơ Phidơ (1819-1896) nhà vật lý người Pháp Vào năm 1849, Phidô trở thành người xác định thực nghiệm giá trị xác cho vận tốc ánh sáng Thí nghiệm ơng sử dụng bánh xe quay gương cố định đặt cách vài dặm để xem ánh sáng truyền từ nguồn sáng đến gương phản hồi trở lại Đến năm 1859, Phidô lại xác định tốc độ ánh sáng dòng nước chảy Ơng với Léon Foucault phát triển nguyên lý đo trên, cụ thể sử dụng phản xạ ánh sáng để đo vận tốc, Hình 1: Phidơ (1819-1896) với thiết bị có tên dụng cụ Fizeau–Foucault Kết thí nghiệm cho thấy vận tốc ánh sáng chất lỏng đứng yên u vận tốc ánh sáng truyền xuôi chiều ngược chiều chất lỏng chuyển động là:   u' = u ± v  - ÷ n   Ở n chiết suất chất lỏng v vận tốc Cơng thức trái với cơng thức cộng vận tốc cổ điển u' = u ± v Để giải thích kết thí nghiệm Phidơ, người ta nói chất lỏng chuyển động với vận tốc v so với ête vũ trụ đứng yên ête thấm chất lỏng bị kéo theo phần, nghĩa kéo theo với vận tốc:   v' = v  - ÷ < v n   Cũng vào thời gian đó, Mắcxoen quan tâm đến vấn đề xác định chuyển động Trái Đất ête Sau lập lại để kiểm tra thí nghiệm mà nhà vật lí khác làm, ơng dựng thí nghiệm cho phép đo trực tiếp vận tốc Trái Đất ête Thí nghiệm Mắcxoen Mắcxoen tên thật James Clerk Maxwell (13 tháng năm – tháng 11 năm 1879) nhà toán học, nhà vật lý học người Scotland Ông đưa hệ phương trình miêu tả định luật điện trường từ trường biết đến với tên gọi phương trình Mắcxoen Đây hệ phương trình chứng minh điện trường từ trường thành phần trường thống nhất, điện từ trường Ông chứng minh trường điện từ truyền khơng gian dạng sóng với tốc độ khơng đổi 300 000 Hình 2: Mắcxoen (13/6/1831-5/11/1879) km/s, đưa giả thuyết ánh sáng sóng điện từ Ngay từ 15 tuổi, cậu tự nghĩ phương pháp vẽ hình elip chuẩn mà vào thời điểm nhà khoa học Hội hồng gia Anh mải tìm cách vẽ Năm 18 tuổi, Mắcxoen công bố tác phẩm nghiên cứu lý thuyết cân vật đàn hồi, chứng minh định luật quan trọng lý thuyết đàn hồi học xây dựng Cơng trình Mắcxoen thuộc lĩnh vực nhiệt, thiên văn, vật lý thống kê Chỉ nhiêu cơng trình đủ làm cho tên tuổi Mắcxoen người kính nể Nhờ vào đóng góp Thomas Young (1804) Augustin – Jean Fesnel (1816) mà người ta cho ánh sáng sóng ngang lan truyền môi trường đàn hồi ête Tuy nhiên, có khác tượng quang học điện động lực học nên cần có mơ hình ête chung cho tất tượng Mọi cố gắng nhà vật lí để thống mơ hình ête thất bại Năm 1865, Mắcxoen cơng bố hệ phương trình mô tả điện trường từ trường môi trường vật chất Hệ phương trình gọi hệ phương trình Mắcxoen (dạng Mắcxoen đưa năm 1865 khác với dạng hệ phương trình vectơ bây giờ) Qua hệ phương trình trên, Mắcxoen giả thiết sóng điện từ truyền môi trường gọi ête tương tự sóng dây, sóng mặt nước Cũng qua đó, Mắcxoen chứng tỏ ánh sáng dạng sóng điện từ Cũng qua hệ phương trình Mắcxoen, Mắcxoen chứng tỏ ánh sáng truyền chân không với vận tốc không phụ thuộc vào hệ quy chiếu xét Trước qua đời không bao lâu, ơng trình bày ý kiến thư gửi nhà thiên văn quen biết Bức thư cơng bố vào năm 1880, sau Mắcxoen năm 1879 Mắcxoen nhận xét ta xác định trực tiếp khoảng thời gian cần thiết để ánh sáng truyền từ điểm A đến điểm B mặt đất Khi đo vận tốc ánh sáng ta phải ta phải xác định khoảng thời gian để ánh sáng truyền từ A đến B lại truyền ngược lại từ B đến A mà biết thời gian hai lần truyền có khơng Do để xác định ảnh hưởng chuyển động Trái Đất lên vận tốc ánh sáng, phải so sánh thời gian t1 để ánh sáng truyền xuôi ngược quãng đường L theo phương chuyển động Trái Đất, với thời gian t để ánh sáng truyền xuôi ngược quãng đường L theo phương khác, thí dụ theo phương vng góc với chuyển động Trái Đất Về ngun tắc, dựng thí nghiệm vậy, độ xác dụng cụ phải cao, vào cỡ , Mắcxoen cho có khả để chế tạo dụng cụ đạt độ xác Vậy mà năm sau, Maikensơn thực thí nghiệm tiếng dựa theo nguyên tắc mà Mắcxoen vạch Tuy nhiên lí thuyết Mắcxoen lại khơng nguồn sáng di chuyển cho dù mơ hình tốn học hồn thiện, ơng khơng đưa cách mô tả học cho ête, không chứng minh tồn ête Thí nghiệm Maikenxơn Maikenxơn ( 1852-1931) người Mỹ gốc Ba Lan Khi học học viện Hải quân Mĩ, ông sinh viên giỏi vật lý đặc biệt quang học âm nhạc Năm 1879 ơng thực cơng trình khoa học cách đo vận tốc ánh sáng theo phương pháp gương quay Phucô Do cải tiến dụng cụ thí nghiệm, ơng đạt kết có độ xác cao đánh giá nhà khoa học trẻ đầy triển vọng Nhưng ông cảm thấy cần nâng cao trình độ khoa học năm 1881 – 1882, ông tới Beclin Pari, thực tập trường đại học, phòng thí nghiệm tiếng Năm 1881, Beclin, ông thiết kế giao thoa kế mình, dựa theo nguyên tắc Măcxoen, sau gọi giao thoa kế Maikenxơn Khi tiến hành thí Hình 3: Maikenxơn ( 1852-1931) nghiệm phòng thí nghiệm Hemhơnxơ, ơng thấy chấn động phương tiện giao thông thành phố lớn gây cản trở hoạt động bình thường cùa giao thoa kế nhạy Ông định tháo dỡ máy đưa đến Pơxđam, đặt bệ kính thiên văn Trong năm đó, ông công bố kết quả: không phát chuyển động tương đối trái đất ête Hình 4: Giao thoa kế Maikenxơn mẫu Trong lần thí nghiệm Maikenxơn tính ête đứng yên vũ trụ vận tốc tương đối Trái đất so với ête ( tức vận tốc gió ête) v =30 km/s độ dịch chuyển vân giao thoa sau quay giao thoa kế góc 90 0,04 khoảng vân giao thoa Độ dịch chuyển đo 0,015 khoảng vân (do sai số phép đo) Maikenxơn kết luận gió ête Năm 1886, Lorenxơ bác bỏ kết luận chứng minh Maikenxơn tính tốn không đúng: độ dịch chuyển vân giao thoa phải 0,02 khoảng vân tức phạm vi sai số phép đo Giao thoa kế khơng đủ xác để phá gió ête Sau trở Mỹ, Maikenxơn hợp tác với Moocli tiến hành nhiều thí nghiệm phép đo vận tốc ánh sáng Hai ông cải tiến giao thoa kế Maikenxơn ban đầu, làm cho xác tiếp tục tiến hành thí nghiệm Năm 1887 hai ơng cơng bố kết quả: khơng phát “ gió ête” Maikenxơn tiếp tục hợp tác lâu dài với Moocli dành đời vào đo vận tốc ánh sáng Ông người Mỹ nhận giải Noben năm 1907 Hình 5: Giao thoa kế Maikenxơn - Moocli Trong giao thoa kế Maikenxơn - Moocli, ánh sáng từ nguồn sáng tách thành hai chùm gương bán mạ Hai chùm sáng theo hai hướng vng góc với sau lại kết hợp thành chùm sáng sau đập vào gương bán mạ lần Sự sai khác tốc độ ánh sáng hai chùm sáng theo hai hướng làm cho đỉnh sóng chùm sáng trùng với đáy sóng chùm sáng chúng triệt tiêu Lorenxơ Lorenxơ sinh Arnhem, Hà Lan, vào ngày 18 tháng năm 1853 Vào năm 1866, trường trung học (H.B.S.) Arnhem mở cửa, Hendrik Lorentz, học sinh khiếu, sẵn sàng nhận vào học lớp ba Sau học lớp năm nghiên cứu kinh điển, ông vào trường đại học Leyden vào năm 1870, lấy cử nhân khoa học toán vật lí vào năm 1871 quay trở lại trường Arnhem vào năm 1872 trở thành thầy giáo dạy lớp buổi tối, đồng Hình 6: Lorenxơ (1853) thời chuẩn bị cho luận án tiến sĩ ông phản xạ khúc xạ ánh sáng Năm 1875, vào tuổi 22, ơng lấy tiến sĩ ba năm sau ơng bổ nhiệm trưởng khoa Vật lí Lý thuyết Leyden, khoa thành lập dành cho ông Năm 1892, Lorenxơ đề xuất cách giải thích kết phủ định thí nghiệm Maikenxơ Ơng cho Trái Đất chuyển động với vận tốc v = 30km/s so với ête đứng yên Khi nhánh giao thoa kế đặt theo phương vng góc với , chiều dài l0 Khi quay nhánh theo phương song song với , lực tương tác hạt mang điện tích nhánh hạt ête làm cho bị co lại, chiều dài trở thành l = l0 Sự co vừa đủ để bù trừ chênh lệch quang trình tia sáng, khiến cho hình ảnh giao thoa khơng thay đổi ta khơng phát gió ête thực tồn Những thí nghiệm cho phép phát chuyển động vật ête dẫn đến kết mâu thuẫn với Ête cần thiết để mô tả giải thích tượng quang học điện tử, lại khơng có cách phát triển thực nghiệm Điều làm cho nhà khoa học phải bối rối Giả thuyết tồn phân tử, nguyên tử, điện tích nguyên tố (mà Xtônây đề nghị gọi electron) giúp giải thích tượng nhiệt, xây dựng thuyết electron, đầu kỉ XX chưa quan sát phân tử, nguyên tử, electron thực nghiệm Việc khảo sát phóng xạ khơng cho biết nguồn gốc lượng tia β, định luật bảo toàn lượng bị vi phạm Sự phát tượng tỉ số hạt tích điện giảm (tức khối lượng chúng tăng) chúng chuyển động với vận tốc lớn làm lung lay khái niệm khối lượng, từ lâu coi đặc trưng quan trọng bất biến vật chất Lí thuyết đáng tin cậy nhiệt động lực học mâu thuẫn nghiêm trọng với kết thực nghiệm khảo sát xạ vật đen tuyệt đối… Huân tước Kevin lạc quan coi thí nghiệm Maikenxơn xạ vật đen tuyệt đối hai đám mây đen bầu trời xanh vật lí học Rồi mây tan bầu trời lại xanh cũ Trái lại, Poanhcarê gọi tình trạng “sự khủng hoảng vật lí học” Nhiều nhà vật lí hoài nghi giả thuyết ête khả giả thuyết giải vấn đề vật lí học Người ta bắt đầu nghi ngờ tồn ête phân tử, nguyên tử, electron, tức tượng không quan sát trực tiếp Poanhcarê nêu lên có “những dấu hiệu khủng hoảng nghiêm trọng… Trước mắt đống hoang tàn nguyên lí cũ, tan rã toàn diện nguyên lí đó” Ơng nêu lên câu hỏi: “Khoa học có vạch cho chất chân thật vật khơng?” ơng trả lời: “Chắc chẳng có ngần ngại mà không trả lời cách phủ định Tơi nghĩ xa nữa: khoa học vạch cho chất vật, mà khơng có vạch chất đó” Những người chịu ảnh hưởng thực chứng luận chủ nghĩa phê phán kinh nghiệm cho khơng có thực khách quan tồn độc lập với ý thức 10 V Quá trình khẳng định thuyết tương đối Nhà vật lý học thiên tài trình bàу cơng trình Thuyết tương đối rộng ngàу 25/11/1915 trước Viện hàn lâm khoa học Phổ Berlin Đến tháng 3/1916, nghiên cứu đăng tạρ chí khoa học Annalen Der Physik Đâу coi kiện mang tính bước ngoặt nhân loại tạo bước nhảу vọt so với Định luật vạn vật hấp dẫn Newton phát vào năm 1687 Trước vào năm 1905, Anhxtanh đưa thuyết tương đối hẹρ Theo đó, ơng mơ tả biến dạng thời gian không gian vật thể chuуển động gần với tốc độ ánh sáng Kết hợρ với định luật khác vật lý, Anhxtanh lập lên phương trình với cơng thức tiếng E=mc2, tính chuуển đổi tương đương khối lượng lượng Công thức thay đổi định đề trước cho lượng khối lượng khơng liên quan với Sau thuyết tương đối đời, tranh luận xung quanh vấn đề thừa nhận lí giải nội dung thuyết diễn sôi Rất nhiều người tham gia tranh luận, nhà khoa học, mà nhà triết học, nhà văn, nhà báo, nhà tu hành, bà nội trợ, nhà hoạt động xã hội…Chỉ từ năm 1905 đến 1924, người ta thống kê khoảng 4000 báo tập sách bàn thuyết tương đối Anhxtanh tham gia hội thảo khoa học, mà trao đổi ý kiến với người am hiểu khoa học Một nhà báo hỏi: “Xin ơng tóm tắt thuyết tương đối câu”, Anhxtanh trả lời: “Trước người ta cho vật chất biến khơng gian thời gian lại, thuyết tương đối khẳng định vật chất biến khơng gian thời gian biến ln” Một bà nội trợ hỏi: “Sao ông tài giỏi thế, ông làm mà phát minh thuyết tương đối?” Anhxtanh trả lời: “Một kiến bò miệng chảo, nghĩ bò theo đường thẳng Tơi biết chắn bò theo đường cong” Theo giai thoại, Anhxtanh giải thích thuyết tương đối cho người bình thường: "Khi người đàn ông ngồi bên cô gái đẹp giờ, thời gian dường phút Nhưng đặt lên bếp lò nóng phút, thời gian tưởng hàng Đó tính tương đối" Cuộc tranh luận lúc ban đầu chủ yếu mang tính chất triết học Sở dĩ mặt thuyết tương đối động chạm đến đề giới quan như: chất không gian thời gian, tính tương đối tuyệt đối nhận thức, Mặt khác điều kiện phát triển khoa học kĩ thuật lúc đó, chưa có thí nghiệm định 39 cho phép khẳng định bác bỏ thuyết tương đối cách dứt khoát Ảnh hưởng thuyết tương đối việc nghiên cứu thiên nhiên hạn chế, ý nghĩa mặt giới quan lại lớn Nhiều nhà bác học khác, trước hết Plăng thấy tính chất vật biện chứng thuyết tương đối Ngay từ đầu Plăng hoan nghênh đời thuyết tương đối, coi phát minh vĩ đại Ơng viết: “ Nếu lí thuyết Anhxtanh chứng minh - điều tơi khơng nghi ngờ - ơng coi Copecnic kỉ XX”, Plăng nhìn thấy thuyết tương đối phản ánh quy luật thiên nhiên hình thức khách quan trước Trong thuyết tương đối, định luật vật lí mang dạng bất biến, khơng phụ thuộc việc chọn hệ quy chiếu, dù hệ đứng yên, hay chuyển động thẳng với vận tốc nhỏ lớn, hay chuyển động thẳng có gia tốc, hay chuyển động Nói cách khác, định luật vật lí diễn hệ quy chiếu hình dung được, chúng khách quan hồn tồn khơng phụ thuộc người quan sát Giá trị to lớn thuyết tương đối chỗ Thuyết tương đối rộng giải thích lực hấp dẫn độ cong hình học khơng thời gian xác định bởi: + Vật chất lượng làm cong không-thời gian xung quanh chúng + Một vật rơi tự tác dụng trường lực hấp dẫn chuyển động đường trắc địa hai điểm không thời gian Không-thời gian bốn chiều Theo cách hiểu đơn giản, giảm số chiều không-thời gian xuống mơ tả cách tương tự hình ảnh trường hợρ mặt cong chiều Ví dụ, giả sử có hai xe bắt đầu đường xích đạo di chuуển phía Bắc Lúc đầu hướng hai xe song song với nhau, không bị tác động lực khác, cuối hai xe gặp điểm cực Bắc Một quan sát viên quan sát trình di chuуển hai xe, người khơng biết bề mặt Trái Đất bị cong cho có lực hút hai xe ρhía lại gần Đây ví dụ điển hình cho tượng túу hình học, lực hấp dẫn thuуết tương đối rộng gọi giả lực Vì đường trắc địa nối hai điểm không thời gian không ρhụ thuộc vào đặc tính vật rơi tự trường hấρ dẫn Trong học Newton, điều có nghĩa khối lượng quán tính khối lượng hấρ dẫn vật phải tương đương Phát biểu sở cho thuуết tương đối rộng 40 1908 ông viết báo gia tốc thuyết tương đối đặc biệt, ông nhận xét rơi tự thực chuуển động quán tính, người quan sát rơi tự nguyên lý thuуết tương đối đặc biệt phải áp dụng Khẳng định nàу gọi Nguyên lý tương đương Ƭrong khn khổ báo đó, Anhxtanh tiên đoán hiệu ứng giãn thời gian hấp dẫn • Những cơng trình thực nghiệm khẳng định đắn thuyết tương đối rộng 1) Dự đoán quỹ đạo số hành tinh, tìm kiếm số hành tinh bên dải Ngân Hà Năm 1911, Anhxtanh đăng báo khác mở rộng báo năm 1907, thêm vào hiệu ứng lệch ánh sáng vật thể có khối lượng lớn gâу ánh sáng gần vào Thuyết tương đối tổng quát lý thuуết hấp dẫn phát triển Anhxtanh từ 1907 1915 với giúρ đỡ Mát-xeo Grót-man Theo lý thuуết này, có hút vật thể uốn cong không thời gian vật thể gây Hình 29: Quỹ đạo hành tinh Hiện tượng quan sát thấy vũ trụ, nhà thiên văn học dựa tượng để tìm kiếm hành tinh bên ngồi dải Ngân hà, dựa độ lệch ánh sáng từ hành tinh Độ lệch ánh sáng có hành tinh với khối lượng lớn gây ra, bẻ cong ánh sáng phát từ hành tinh xung quanh, gây hiệu ứng gọi thấu kính hấp dẫn 2) Giải thích tính chất hố đen vũ trụ Sự hình thành lỗ đen: Theo lý thuyết, lỗ đen khối lượng hình thành từ suy sụp hấp dẫn có khối lượng lớn giai đoạn cuối q trình tiến hóa Sau hình thành, chúng tiếp tục thu hút vật chất từ môi trường xung quanh, khối lượng tăng dần lên theo thời gian Cùng với q trình hòa trộn sáp nhập hai hay nhiều lỗ đen mà tồn lỗ đen khổng lồ với khối lượng từ vài triệu hàng chục tỷ lần khối lượng Mặt Trời Các dự án khảo sát cho thấy đa phần trung tâm thiên 41 hà lớn tồn lỗ đen khổng lồ Lý thuyết Anhxtanh giải thích tính chất hố đen vũ trụ, nơi mà có lực hấp dẫn lớn đến mức ánh sáng khơng thể khỏi Cũng theo thuyết tương đối lực hấp dẫn làm biến dạng thời gian, nơi có lực hấp dẫn lớn thời gian trơi qua chậm 3) Hiện tượng nhật thực năm 1919 Đầu tiên giới khoa học nghi ngờ tính đắn thuyết tương đối rộng Nhưng lần xảy tượng nhật thực năm 1919, nhà khoa học đo ánh sáng phát từ ngang qua gần mặt trời bị trọng lực mặt trời uốn cong Đến lúc thuyết Anhxtanh cơng nhận Bạn tưởng tượng đơn giản Trái đất quay quanh Mặt Trời, thực chất lực hấp dẫn Mặt Trời khiến Trái đất quay quanh Mà lực hấp dẫn Mặt Trời lớn khiến cho khơng gian xung quanh bị bẻ cong, Trái đất quay quanh Mặt Trời thực chất thẳng khơng gian bị uốn cong Hình 30: Mơ hình vũ trụ Niutơn Anhxtanh Cách miêu tả không gian vũ trụ Newton Anhxtanh hoàn toàn khác 4) Hiệu ứng trắc địa hiệu ứng hấp dẫn từ học Vào năm 2004, NASA cho phóng vệ tinh mang tên Gravity Probe B lên quỹ đạo GP-B sử dụng quay hồi chuyển siêu nhạy để tính toán tác động giả thuyết thuộc trắc địa học, làm lệch không gian thời gian xung quanh vật có lực hút, kéo giãn cấu trúc – tác động vật tròn xoay kéo đẩy không gian thời 42 gian xoay Kết nghiên cứu từ tàu khẳng định hai tiên đốn Anhxtanh hồn tồn xác Trong năm 2007, nhà bác học Mỹ thức cơng bố kết phân tích từ liệu Gravity Probe B thu thập Ở độ cao 642 km (tính từ Trái đất), độ dài chu vi quỹ đạo vệ tinh 40 ngàn km Đường bay vệ tinh Gravity Probe B cho thấy: giá trị xác độ dài quỹ đạo ngắn khoảng cm - so với thơng số tính theo quỹ đạo hình học Euclide Độ “lệch” chuẩn thật thú vị, cho thấy độ lõm biến dạng thực tế (do bị “uốn cong” Vấn đề “lệch” chuẩn xảy thực tế khối lượng Trái đất giống không gian uốn cong, tạo “hốc” vi phạm tới nguyên lý hình học phẳng không gian “Khối lượng Trái đất kéo hút Khơng-Thời gian, nói cách ‘tương đối’, vào hình cong nơng nón, - giáo sư Everitt giải thích Biến dạng biểu diễn cắt miếng hình nêm nhỏ bánh Kết là, bề mặt vòng tròn “uốn cong” đến 2,8 cm Trong trường hợp vệ tinh, quay hồi chuyển quay quanh trục nó vào quỹ đạo, tất thời gian bị từ chối góc ‘lệch’ nhỏ Có điều, sau năm, lỗi liên tục tích lũy thêm tới mức thiết bị ‘chộp bắt’ tận tay Hiệu ứng thứ hai - “sức hút khung”, tượng phối hợp quán tính hệ thống tọa độ kéo cho Trái Đất quay Hiệu ứng dẫn đến độ “lệch” chậm chạp trục quay mặt phẳng xích đạo Bằng trang bị tối tân nhất, Gravity Probe B tìm thấy độ “lệch” hiệu ứng Độ xác số đo hai hiệu ứng “lệch” mô tả 0,25% 19% Hầu nỗ lực nhà khoa học gần đạt mục tiêu, giá trị thu độ “lệch” trục quay hồi chuyển khớp với tiên lượng thiên tài Anhxtanh Ngày 4/5/2011, GP-B xác định hai tác động với xác chưa có cách vào nhất, IM Pegasi, quỹ đạo ngược quay quanh trái đất Nếu trọng lực không tác động lên thời gian không gian, quay hồi chuyển GP-B hướng quỹ đạo Nhưng, Anhxtanh tiên đốn, quay hồi chuyển trải qua thay đổi nhỏ, đo lường phương hướng vòng xoay chúng, trọng lực trái đất tác động lực kéo lên quay 43 Francis Everitt, nhà điều tra Đai học Stanford cho biết “GP-B khẳng định hai số tiên đoán uyên thâm Anhxtanh vũ trụ, có ảnh hưởng sâu sắc tới nghiên cứu vật lý thiên văn Cũng vậy, nhiều kỷ cách tân công nghệ đằng sau nhiệm vụ để lại di sản trường tồn cho trái đất không gian.” 5) Các nhà khoa học Mỹ chứng minh thuyết tương đối nhà bác học Anhxtanh Nghiên cứu cơng bố tạp chí khoa học Nature ngày 11/3/2010 khẳng định thuyết khoa học tuyệt đối vũ trụ Reinabelle Reyes, nhà khoa học thuộc Đại học Princeton (Mỹ), trưởng nhóm nghiên cứu, nhấn mạnh lần thử nghiệm với tiêu chuẩn khắt khe thuyết tương đối bên Hệ Mặt Trời với khoảng cách 3,5 tỷ năm ánh sáng từ Trái Đất Họ phân tích liệu thu từ 70.000 thiên hà với cách đo khác nhau: đo độ cong ánh sáng thiên hà bị khối lượng vật chất thiên hà khác bẻ cong, đo tốc độ thiên hà để biết cách thức chúng chuyển động lại gần rời xa nhau, đo mật độ thiên hà theo khoảng cách khác Tất số đo nói lập thành hệ thống thử nghiệm thuyết tương đối vũ trụ hoàn toàn độc lập với số liệu tính tốn theo thuyết tương đối Kết cho thấy thuyết tương đối hoàn toàn quán với liệu quan sát vũ trụ Điều khẳng định cho dù không gian cực lớn vũ trụ, phương trình thuyết tương đối hồn tồn tính tốn để dự báo xác cách thức vật thể vô lớn thiên hà tác động lẫn vũ trụ 6) Phát sóng hấp dẫn, xác nhận tiên đốn Anhxtanh Các nhà khoa học tìm đến tượng có tiềm để tiến hành thử nghiệm, dạng sóng khơng-thời gian gọi sóng hấp dẫn Sóng hấp dẫn sản sinh từ kiện lớn vũ trụ, vụ va chạm hai đối tượng có khối lượng vô lớn, hai lỗ đen hai ngơi neutron (những ngơi có kích thước không lớn dày đặc vật chất bên khiến cho khối lượng chúng lớn) Sóng hấp dẫn làm biến dạng khơng thời gian điểm mà qua 44 Hình 31: Sóng hấp dẫn Các nhà khoa học phải chế tạo máy dò laser để phát sóng hấp dẫn truyền đến Trái đất Chiếc máy có tên LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) bắt đầu hoạt động từ năm 2002 Chiếc máy sử dụng tia laser để phát biến dạng không gian dù nhỏ, sóng hấp dẫn qua Trái đất Vào khoảng tháng 9/2015, nhà khoa học bang Washington Louisiana Mỹ ghi nhận sóng qua ăng-ten, khẳng định đoán cách gần 100 năm Anhxtanh thuyết tương đối Thành viên nhóm LIGO với nhà nghiên cứu châu Âu (nhóm Virgo) thức cơng bố báo cáo tờ Physical Review Letters (11/2) Bản nghiên cứu có tham gia khoảng 1.000 nhà khoa học Szabolcs Marka, giáo sư Đại học Columbia (Mỹ) thành viên LIGO, nói: “Tôi nghĩ đột phá quan trọng vật lý thời gian dài, thứ vũ trụ trước giống “đơi mắt” (chỉ nhìn, chụp kính viễn vọng) Cuối thiên văn học có thêm đôi tai Từ trước đến giờ, chưa có tai cả.” Phát thành công lớn cho ba nhà vật lý Kip Thorne Viện công nghệ California (CalTech, Mỹ), Rainer Weiss MIT Ronald Drever giáo sư Caltech nghỉ hưu Scotland Đây kết xứng đáng cho quỹ National Science Foundation Mỹ, quan chi 1,1 tỷ USD suốt 40 năm qua để xây hệ thống ăng-ten nghe sóng 11/02/2016 45 Theo New York Times, nhà vật lý nghe ghi âm hai lỗ đen va chạm với cách khoảng tỷ năm ánh sáng Công bố tiếp nối công bố trước họ, bốn tháng trước, tức lần phát sóng hấp dẫn, từ đôi lỗ đen hợp Âm chứng trực tiếp sóng trọng lực vốn miêu tả gợn sóng nhỏ cấu khơng gian, thời gian Nhiều chuyên gia gọi âm vũ trụ Phát tái khẳng định đặc tính lỗ đen: Hố trọng lực khơng đáy mà chí ánh sáng khơng Hình 32: Hai lỗ đen Hai lỗ đen xoay quanh khoảng cách khoảng 100 km Một lỗ đen với kích cỡ gấp khoảng 36 lần mặt trời, lỗ đen lại khoảng 29 lần.Sau xoay quanh tiến lại gần nhau, sau rung lắc mạnh tích tắc nhanh, hàng tỷ tỷ vật chất phân phối lại Trong chưa đầy giây, lỗ đen sản sinh Lỗ đen khơng hồn tồn tổng hai lỗ đen cũ Khối vật thể có kích cỡ khoảng lần mặt trời chuyển biến thành lượng, dạng sóng trọng lực di chuyển khơng gian vũ trụ 46 Theo tính tốn nhà khoa học, 1/5 giây cuối cú “đụng độ”, lỗ đen sản sinh khối lượng lượng gấp 50 lần tổng lượng toàn phần lại vũ trụ (dưới dạng ánh sáng, sóng từ trường, X-ray, ) Ba nhà vật lý dẫn đầu việc dò thấy sóng hấp dẫn lần chiến thắng giải Nobel vật lý năm 2017 Rainer Weiss Viện công nghệ Massachusetts (MIT) Cambridge, Barry Barish Kip Thorne Viện công nghệ California (Caltech) Pasadena chia giải thưởng trị giá triệu krona Thụy Điển (1,1 triệu đô la Mỹ) cho đóng góp họ Đài quan sát sóng hấp dẫn sử dụng giao thoa lade (LIGOLaser Interferometer Gravitational Waves Observatory) Việc chứng minh Thuyết tương đối có ý nghĩa lớn ngành vật lý thiên văn vật lý nói chung, móng vững cho vật lý lượng tử sau Bên cạnh đó, với thử nghiệm thực tế, nhà khoa học sửa đổi bổ sung thiếu sót lý thuyết Anhxtanh VI Tranh cãi xung quanh thuyết tương đối Lý Anhxtanh trao giải Nobel “những khám phá ông hiệu ứng quang điện” thay thuyết tương đối phản ứng Bergson Ngày mùng tháng năm 1922, Anhxtanh gặp người mà ơng khơng qn Đó triết gia tiếng bậc kỷ, biết đến rộng rãi ủng hộ lý thuyết thời gian giải thích chuyện mà đồng hồ khơng thể: ký ức, linh cảm, kỳ vọng dự đoán Cuộc gặp gỡ xếp hình thức kiện học thuật thân mật Nhưng chuyện không diễn mong đợi Nhà vật lý triết gia xung đột, người bảo vệ ý kiến trái chiều, chí xung khắc nhau, cách nhận thức thời gian Tại Hội triết học Pháp – tổ chức đáng kính Pháp – họ đối đầu với trước chứng kiến nhóm trí thức chọn lọc “Cuộc đối thoại triết gia vĩ đại nhà vật lý lỗi lạc kỷ 20” chép lại cách đầy đủ Nó hồn tồn thích hợp cho kịch kịch Cuộc gặp gỡ câu từ mà họ phát biểu nhắc đến suốt phần lại kỷ Triết gia tên Henri Bergson Chủ tịch Hội đồng xét giải Nobel giải thích “hầu hết thảo luận tập trung vào lý thuyết tương đối ơng ấy,” khơng xứng đáng với giải thưởng Tại khơng? Có nhiều lý 47 phức tạp khác nhau, nguyên nhân đưa buổi tối hơm rõ ràng: “Khơng có bí mật nhà triết học Bergson thách thức lý thuyết Paris.” Bergson lý thuyết tương đối “đi đôi với tri thức luận” với vật lý – “vốn dĩ chủ đề tranh luận diễn nhóm triết học.” Việc nhắc đến tên tuổi Bergson người trao giải thưởng Nobel chiến thắng ngoạn mục cho triết gia, người dành trọn đời có nghiệp huy hồng nhờ khơng nên hiểu thời gian qua lăng kính khoa học Ông nhấn mạnh cách bền bỉ kiên định phải hiểu thời gian theo kiểu triết học Nhưng xác ý ơng ta gì? Hóa ra, triết học Bergson gây tranh cãi vật lý Anhxtanh Bergson, ngược lại, lại khẳng định Thời gian có nhiều ý nghĩa mà nhà khoa học đánh cược – ý ông tất nhà khoa học, từ nhà tiến hóa kiểu Darwin tới nhà thiên văn hay vật lý Để giải thích khía cạnh quan trọng Thời gian mà nhà khoa học thường không đếm xỉa tới, Bergson thường viết hoa thuật ngữ thời gian Ông gắn với élan vital, khái niệm dịch rộng rãi thành “vital impulse” (đà sống) Đà sống này, ông lập luận, xen lẫn xuyên suốt vũ trụ mang tới cho sống lực đẩy không ngừng dâng lên, nảy sinh sáng tạo hồn tồn bất ngờ, khoa học khơng thể hiểu thấu hết Mặc dù khoa học hồn tồn giải nó xương sống cơng trình nghệ thuật sáng tạo Ảnh hưởng Bergson lên văn chương thấy Gertrude Stein, T S Elliot, Virginia Woolf, William Faulkner, nhiều nhà văn khác, người đưa vào đứt gẫy, xoắn vặn, xoay vòng giọng trần thuật nơi tương lai xuất trước khứ khứ xuất trước tương lai Bergson thấy định nghĩa thời gian Anhxtanh qua đồng hồ hoàn tồn sai lạc Nhà triết học khơng thể hiểu lại chọn để mơ tả thời gian kiện đáng ý, thời điểm đoàn tàu đến, theo kiểu kiện trùng khớp với đồng hồ Ông không hiểu Anhxtanh lại cố gắng thiết lập cách thức cụ thể cách thức đặc quyền để xác định tính đồng thời Bergson tìm kiếm định nghĩa 48 cho tính đồng thời, định nghĩa khơng kết thúc đồng hồ mà lý giải đồng hồ người ta dùng đến từ đầu Nếu khái niệm nhiều tính đồng thời khơng tồn “đồng hồ chẳng phục vụ cho mục đích cả.” ông lập luận Phải, người ta mua đồng hồ “để biết giờ,” Bergson thừa nhận Bergson lập luận rằng, tồn ảnh hưởng cơng trình Anhxtanh có nhờ vào việc vận hành “dấu hiệu” đưa hình dung tự nhiên trực quan tính đồng thời “Chẳng qua vì” khái niệm Anhxtanh “giúp nhận biết tính đồng thời có tự nhiên này, dấu hiệu nó, biến đổi thành tính đồng thời mang tính trực quan chúng ta” ơng giải thích Cơng trình Anhxtanh khiến ta cảm thấy đầy tính cách mạng bất ngờ, niềm tin tnh đồng thời mang tính trực quan mạnh mẽ Nếu khơng niềm tin trực quan này, cơng trình Anhxtanh đơn thứ dấu hiệu đại diện cho đối tượng Bergson chiêm nghiệm đồng hồ nhiều năm Ông đồng ý đồng hồ giúp lưu ý tính đồng khơng nghĩ hiểu biết thời gian lại dựa Quay lại năm 1889, ơng nghĩ giả thiết nhanh chóng coi nhẹ nó: “Khi mắt dõi theo bề mặt đồng hồ, chuyển động kim tương ứng với dao động lắc, tơi khơng đo khoảng thời gian, người nghĩ; đơn giản đếm điểm đồng nhất, điều khác.” Có khác biệt, có kì lạ, có quan trọng điều vượt ngồi thân đồng hồ cần phải thêm vào hiểu biết thời gian Chỉ có điều giải thích lại gắn cho đồng hồ sức mạnh vậy: mua nó, sử dụng nó, ban đầu, lại sáng chế Nhà triết học mơ tả thay đổi diễn quanh chúng ta, – thật nghịch lý – hầu hết nhà khoa học hạ thấp vai trò khía cạnh giới Ngay thuyết tiến hóa giả định sản sinh dạng tiến hóa qua tái tổng hợp vật liệu cũ Làm vậy, lờ hình thành đột biến sống Bằng việc tập trung nhìn vào giới thực thứ cố định vĩnh viễn, người ta có 49 thể khơng nhận khả mới: “Ta nói thời gian trực cảm, coi tiến trình tạo hóa, có hình thành khơng ngừng khả khơng hình thành thực tại.” Điều xảy nhà tư tưởng khắp giới tán đồng với thay đổi cấp tiến mà Bergson mô tả? Bergson nhận thức rõ hệ Một ví dụ học giả phải giảm bớt nỗ lực họ việc hiểu giới qua cấu tạo nên Chủ nghĩa vật, cách nhìn triết học gắn kết chặt chẽ với triết lý René Descartes, gặp phải nguy hiểm Anhxtanh, nhà triết học lập luận, tiếp bước Descartes cách mù quáng Bergson kết thúc sách gây tranh cãi với câu nói quyết: “Anhxtanh người tiếp nối Descartes.” Bergson nghĩ Anhxtanh chưa hiểu ông Một lần ông giãi bày với người bạn Anhxtanh hiểu ông “cậu ta khơng quen với triết học đặc biệt triết học tiếng Pháp nữa.” Thậm chí có lẽ Anhxtanh chưa “đọc sách tơi”, dựa vào nguồn khác “nhà vật lý Pháp hay kia, người không hiểu tôi, khơng có đủ tảng triết học để hiểu tơi, chẳng thể tiếp thu lời giải thích tôi.” Trong suốt tranh luận, Anhxtanh khẳng định rõ ràng quan điểm mục đích triết học triết học lại không đóng vai trò việc lý giải thời gian Đối mặt với người phản đối mình, ơng đặt cho triết học vai trò hạn chế Ơng tiếp tục tự giải thích, đưa hai lối suy nghĩ thường thấy thời gian, thời gian tâm lý thời gian vật lý Thời gian tâm lý thời gian mà người nhận thức, thời gian vật lý thời gian mà dụng cụ khoa học đo được, đồng hồ chẳng hạn Thời gian đo dụng cụ thường khác biệt với thời gian mà người nhận thức Các nhân tố tẻ nhạt, thiếu kiên nhẫn, hay thay đổi nho nhỏ mặt sinh lý học ảnh hưởng tới việc nhận thức thời gian tâm lý Với phổ biến công cụ đo thời gian, khác biệt thời gian theo cảm nhận thời gian theo đo đạc ngày ý Theo Anhxtanh, triết học sử dụng để giải thích mối liên quan tâm lý vật lý “Tôi tin rằng, thời gian nhà triết học, lúc vừa thời gian tâm lý vừa thời gian vật lý,” ông giải thích Paris Nhưng qua việc tập trung vào 50 tượng tốc độ vô lớn, lý thuyết tương đối nhận thức thời gian theo tâm lý thực khơng xác Anhxtanh nhấn mạnh, nhận thức thời gian theo tâm lý, không đơn giản sai lầm mà khơng liên hệ với điều cụ thể “Chúng chẳng qua cấu trúc tinh thần đối tượng tư logic mà thơi” Vì tốc độ khổng lồ ánh sáng, nhân loại tổng quát hóa nhận thức họ tính đồng thời “một cách năng” sai lầm áp dụng chúng lên tồn phần lại vũ trụ Lý thuyết Anhxtanh sửa chữa tổng qt hóa sai lầm Thay tin vào phần chồng lấn nhận thức thời gian theo tâm lý vật lý ông lập luận chúng hai khái niệm riêng biệt: ước lượng mặt tinh thần (nhận thức theo tâm lý), hoàn toàn bất bình đẳng so sánh với khái niệm “khách quan”: thời gian vật lý Bergson Anhxtanh đồng thuận tồn khác biệt mặt chất nhận thức thời gian theo kiểu tâm lý theo kiểu vật lý, từ họ đưa suy luận khác Với Anhxtanh, đưa ơng đến kết luận rằng, “thời gian nhà triết học khơng tồn tại, có thời gian theo kiểu tâm lý khác biệt với thời gian nhà vật lý.” Trái lại, với Bergson, học – ước định mặt tâm lý vật lý thời gian hình thành khác – khiến nhiệm vụ nhà triết học trở nên thú vị hơn, đặc biệt khơng có ai, kể nhà vật lý lờ việc liên kết thời gian với vấn đề loài người 51 PHẦN KẾT LUẬN Đầu kỉ 19 hình thành lĩnh vực vật lý học gọi vật lí học đại, khái niệm, lí thuyết cổ điển khơng mơ tả giải thích tượng giới vi mô Cuộc cách mạng lần thứ hai vật lí học thay chúng khái niệm, lí thuyết hồn tồn Vật lí học đại hình thành xây dựng sở thuyết tương đối thuyết lượng tử Nó mở rộng khơng xóa bỏ vật lí học cổ điển Thuyết tương đối loại bỏ không gian tuyệt đối, thời gian tuyệt đối môi trường ete khỏi vật lí học Nó khẳng định hệ vật chất chuyển động với vận tốc v so với hệ khác có khơng gian riêng thời gian riêng nó.Khơng gian thời gian nói chung cong Khi v