Tài liệu Chương 2. THUYẾT TƯƠNG ĐỐI EINSTEIN doc

Chương 2. THUYẾT TƯƠNG ĐỐI EINSTEIN Khi nghiên cứu những vật thể chuyển động với vận tốc rất lớn gần bằng với vận tốc ánh sáng, người ta thấy rằng cơ học cổ điển của Newton không còn thích hợp nữa. Do đó cần thiết phải xem lại các khái niệm về không gian và thời gian. Việc xem xét này thực hiện trong thuyết tương đối. 2.1. PHÉP BIẾN ĐỔI GALILEO VÀ QUI TẮC TỔNG HỢP VẬN TỐC NEWTON 2.1.1. Nguyên lý tương đối Galileo - phép biến đổi Galileo. Mọi chuyển động cơ học đều là tương đối. Muốn mô tả chuyển động cơ học của một vật ta phải so sánh vị trí vật đó tại mọi thời điểm với vật khác hoặc hệ khác được coi là đứng yên và gọi là hệ quy chiếu. Cách chọn hệ quy chiếu là hoàn toàn tùy tiện và chỉ phụ thuộc vào sự thuận tiện của việc khảo sát chuyển động. Trong các hệ quy chiếu mà ta chọn, hệ cho phép ta mô tả chuyển động đơn giản nhất trong đại đa số các trường hợp đó là hệ quy chiếu quán tính - một hệ ở rất xa các vật khác và không chịu tác dụng của ngoại lực lên nó - trong các hệ quy chiếu thì định luật của Newton được nghiệm đúng. Các hệ quy chiếu quán tính hoặc đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều với nhau . Một nguyên lý quan trọng trong cơ học Newton là nguyên lý Galileo (Galileo Galilei 1564 – 1642) cũng còn gọi là nguyên lý cổ điển: ”Mọi hiện tượng cơ học diễn ra như nhau trong mọi hệ quán tính”. Như vậy để mô tả các hiện tượng cơ học mọi hệ quán tính đều có giá trị như nhau. Mọi hệ quán tính đều là bình đẳng không hệ nào ưu tiên hơn . Nguyên lý tương đối Galileo cũng còn phát biểu một cách khác: “Không thể bằng một thí nghiệm cơ học nào có thể xác định được hệ đang chuyển động quán tính hay đứng yên”. Nếu ta dùng hệ quy chiếu khác nhau để xét chuyển động của một chất điểm thì tọa độ của chất điểm ở các hệ đó sẽ có giá trị khác nhau. Quy tắc cho phép ta suy ra tọa độ ở hệ này khi biết tọa độ ở hệ khác gọi là phép biến đổi tọa độ. Phép biến đổi tọa độ phù hợp với nguyên lý tương đối Galileo gọi là phép biến đổi Galileo. z z’ V        = = = += ' ' ' ' tt zz yy vtxx        = = = −= tt zz yy vtxx '[...]... trên con đường đi đến nhận thức tự nhiên ngày một đầy đủ hơn 2.7 SƠ LƯỢT VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI RỘNG Lý thuyết tương đối rộng, còn được gọi là lý thuyết tương đối tổng quát, là một lý thuyết vật lý cơ bản về hấp dẫn Nó có thể coi là phần bổ sung và mở rộng của lý thuyết hấp dẫn Newton ở tầm vĩ mô và với vận tốc lớn Thuyết tương đối rộng được Einstein công bố vào năm 1916 (trước đó đã nằm trong loạt bài... ∆m = ∆W / c2 30 Khi khối lượng vật biến thiên ∆m thì năng lượng toàn phần của vật biến đổi: ∆W = ∆mc2 2.6 .3 Ứng dụng Ưu điểm của thuyết tương đối của Einstein - Thuyết tương đối hẹp phản ánh được quy luật của thế giới tự nhiên dưới một hình thức khách quan hơn trước đây - Trong thuyết tương đối của Einstein, các định luật vật lý được mang một bất biến, không phụ thuộc vào việc chọn hệ quy chiếu, dù... hưởng sâu sắc của thuyết tương đối lên các lĩnh vực nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm vật lý trong mấy năm qua Minkopxki giải động lực học của thuyết tương đối hẹp theo quan điểm hình học mới, tìm thấy sự thống nhất của không gian 4 chiều Luis de Broglie phát hiện sóng vật chất, Dirac tiên đoán sự tồn tại của các phản hạt, sự xuất hiện của cơ học lượng tử tương đối tính, vũ trụ học tương đối tính… tất... việc quan sát - Thuyết tương đối của Einstein đã giải quyết được những vấn đề mà cơ học cổ điển của Newton không thể làm được bởi khi vận tốc chuyển động của vật chất xấp xỉ vận tốc ánh sáng thì các định luật cơ học Newton không còn đúng nữa - Thuyết tương đối ra đời đã mở ra những điều kiện thuận lợi cho rất nhiều ngành khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ Ứng dụng của Thuyết tương đối - Với những... người quan sát, dương nếu ngược lại) Hình 2.6 Tần số tăng lên khi nguồn tiến về phía người quan sát, và giảm Tương tự, khi nguồn đứng yên còn đi khi nguồn đi ra xa người quan sát người quan sát chuyển động: (2.1 2) Đối với sóng điện từ (ví dụ ánh sáng), lan truyền mà không cần môi trường, hiệu ứng Doppler được tính toán dựa vào thuyết tương đối Ứng Dụng Hình 2.7 Một microphone cố Một tiếng còi trên xe... bị bẻ cong khi đi gần Mặt Trời, hoặc tiên đoán được sự tồn tại của sóng hấp dẫn, hố đen và sự giãn nở của vũ trụ Khác nhau cơ bản giữa cơ học cổ điển Newton và cơ học tương đối của Einstein Hình 2.9 Trong lý thuyết tương đối rộng Hình 2.8 .Trong cơ học Newton không gian không có lực hấp dẫn mà chỉ có việc các là phẳng và hai vật thể hút nhau nhờ vào vật thể làm cong không gian xung quanh nó Hệ quả của... trình cổ điển Như vậy cơ học cổ điển đã nằm trong cơ học tương đối tính như một trường hợp riêng của nó Và như vậy, sự phát triển của khoa học đã không xoá bỏ sự phát triển của khoa học cổ điển mà chỉ sự ứng dụng hạn chế của nó Với ý nghĩa đó, Phốc viện sĩ Viện Hàm Lâm khoa học Liên Xô, nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng gọi thuyết tương đối hẹp là lý thuyết vật lý hiện đại của không gian và thời gian Và... thực (do không bị ánh sáng mặt trời lấn át) - Thuyết tương đối làm thay đổi quan niệm về vũ trụ dù c (vận tốc ánh sáng) dẫn tới những điều kì lạ Chẳng hạn khối lượng của mặt trời làm biến dạng không gian xuyên qua cả quĩ đạo sao Thủy khi nó đi qua do đó làm thay đổi đường đi của sao này Điều này khẳng định tính đúng đắn trong thuyết tương đối rộng của Einstein cho rằng không gian và thời gian tạo nên... người Đức David Hilbert đã viết và công bố các phương trình hiệp biến trước Einstein Có nhiều lý do cả Einstein và Hilbert được xem như đồng phát minh ra thuyết 32 tương đối rộng Lý thuyết này giới thiệu các phương trình thay cho định luật vạn vật hấp dẫn của Newton Nó sử dụng hình học vi phân và tensor để mô tả trọng trường Lý thuyết này cũng dựa trên một tiên đề duy nhất: "mọi định luật vật lý là giống... điều đó là những bằng chứng cụ thể về ảnh hưởng của thuyết tương đối lên sự phát triển của vật lý học Nhưng điều quan trọng hơn cả có lẽ là ảnh hưởng đối với tư duy của các nhà vật lý đương thời, cho họ thấy những hạn chế của vật lý cổ điển, nhưng vẫn không vứt bỏ những thành tựu của cơ học cổ điển Các phương trình của cơ học tương đối tính tới giới hạn (đối với các v . xét này thực hiện trong thuyết tương đối. 2. 1. PHÉP BIẾN ĐỔI GALILEO VÀ QUI TẮC TỔNG HỢP VẬN TỐC NEWTON 2. 1.1. Nguyên lý tương đối Galileo - phép biến. Chương 2. THUYẾT TƯƠNG ĐỐI EINSTEIN Khi nghiên cứu những vật thể chuyển động với vận tốc