3 Thực nghiệm kiểm chứng thuyết tương đối hẹp
3.6Kết quả thí nghiệm của Hafele-Keating (1972)
Trong bảng, dấu trừ trong các kết quả của chuyến bay về phía đông biểu thị sự trễ của đồng hồ trên máy bay so với đồng hồ đứng yên. Các kết quả của chuyến bay về phía tây mang dấu cộng biểu thị các đồng hồ trên máy bay chạy nhanh hơn đồng hồ đứng yên.
3.4 Kiểm chứng các hiệu ứng động lực học
Thuyết tương đối ngày nay đã trở thành trụ cột của vật lý hiện đại và được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, đạt được nhiều thành tựu lớn, đặc biệt là vật lý năng lượng cao. Những hiệu ứng động học, động lực học tương đối được áp dụng một cách hiển nhiên trong các lĩnh vực hạt cơ bản, vật lý lượng tử, thiên văn và vũ trụ học. Có thể nói rằng những thành tựu của các lĩnh vực này, chính là những bằng chứng vững chắc cho lý thuyết tương đối. Bên cạnh đó, cũng có những thực nghiệm cơ bản, trực tiếp để kiểm chứng các hiệu ứng này, chẳng hạn như các thí nghiệm đo khối lượng tương đối tính của electron, các thí nghiệm đo khối lượng photon, các thí nghiệm đo giới hạn vận tốc của các hạt,... mà tiêu biểu là các thí nghiệm sau đây.
Thí nghiệm Kaufmann (1901-1905)
Loạt thí nghiệm của Kaufmann diễn ra trước thời điểm thuyết tương đối ra đời, khi mà các hiện tượng điện từ vẫn được cho là không tuân theo nguyên lý tương đối. Mục tiêu ban đầu của thí nghiệm này nhằm xác định “khối lượng điện từ” của electron chuyển động nhanh trong điện từ trường [6].
Nội dung thí nghiệm: Liên tục từ năm 1901 đến 1905, Kaufmann đã thực hiện một loạt công bố về thí nghiệm đo tỉ số e/m của electron khi cho chùm tia âm cực đi qua điện từ trường. Bằng việc đo điện từ trường, và độ lệch chùm tia, cùng với đo hiệu ứng tĩnh điện
trên các điện nghiệm, tụ điện và hiệu ứng từ của chùm hạt này, Kaufmann cũng đo được điện tích của chùm tia. Từ đó, ông đã suy ra sự phụ thuộc của khối lượng chùm hạt vào vận tốc hạt.
Kết quả thí nghiệm: Những kết quả thí nghiệm của ông cho thấy chùm electron dường như có khi tăng năng lượng lên càng cao, vận tốc của chùm hạt lại càng khó tăng thêm, nói cách khác khối lượng hạt tăng theo năng lượng. Dựa trên những kết quả từ các công bố của Kaufmann, Planck đã tính lại và cho thấy kết quả này hoàn toàn phù hợp với tiên đoán của Lorentz về sự tăng khối lượng theo hệ số γ. Các thí nghiệm của Kaufmann cũng được Bucherer (1909) và Neumann (1914) thực hiện lại với độ chính xác cao hơn, và tất cả đều phù hợp với lý thuyết tương đối.
Thí nghiệm Carezani-Walz-Noyes (1984)
Thí nghiệm được thực hiện tại SLAC - máy gia tốc thẳng Stanford, nhằm kiểm chứng trực tiếp hệ thức nổi tiếng E = mc2 [18]. Hệ thức này đã được ứng dụng rất nhiều trong vật lý hiện đại, mà thành công của công nghệ điện hạt nhân, công nghệ vũ khí hạt nhân, cùng sự phát triển vượt bậc của vật lý hạt cơ bản là những minh chứng rõ ràng cho tính hợp lý của công thức, tuy nhiên đến tận năm 1984 vẫn chưa có thí nghiệm nào trực tiếp kiểm chứng công thức này.
Nội dung thí nghiệm: Một chùm hạt electron được tạo ra từ máy phát tĩnh điện được gia tốc trong máy gia tốc SLAC. Chùm tia sau đó được bắn vào biaBe và làm nóng bia. Điện tích của chùm tia được đo bằng một máy đếm hạt, động năng của chùm tia được đo từ điện thế trong máy gia tốc, vận tốc của chùm hạt được đo từ thời gian chuyển động qua chiều dài thí nghiệm, phần năng lượng được truyền cho bia dưới dạng động năng được đo bằng cách đo nhiệt độ trước và sau của bồn nước làm lạnh cho bia.
Kết quả thí nghiệm: Tỉ lệ giữa độ tăng nhiệt độ nước trước và sau thí nghiệm với độ tăng nhiệt độ theo lý thuyết là 96%. Đây là một kết quả được đánh giá là thành công, phù hợp với những tiên đoán lý thuyết.
Thí nghiệm Bertozzi (1964)
Thí nghiệm của Bertozzi được thực hiện nhằm kiểm chứng hiệu ứng suy ra từ công thức cộng vận tốc: clà vận tốc chuyển động giới hạn của các vật [3].
Nội dung thí nghiệm: Bertozzi sử dụng một máy van de Graff để tạo electron. Các electron được bắn ra thành từng chùm theo chu kì 120 chùm mỗi giây, sau đó được gia tốc trong một máy gia tốc thẳng và chuyển động qua một quãng đường 8.4 m. Bằng cách đo
điện thế dùng gia tốc electron và đo thời gian electron chuyển động qua đoạn đường 8.4 m, Bertozzi có thể tính được sự phụ thuộc vận tốc của electron vào năng lượng chùm hạt.
Kết quả thí nghiệm: Đường cong thực nghiệm cho thấy tồn tại giới hạn của vận tốc electron, theo đó, ngay cả khi động năng của electron lớn gấp 30 lần năng lượng nghỉ, vận tốc electron cũng không thể vượt qua được giá trịclà vận tốc ánh sáng trong chân không. Đường cong thực nghiệm này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết tương đối.