Thuyết tương đối – Wikipedia tiếng Việt

Thuyết tương đối miêu tả cấu trúc của không gian và thời gian trong một thực thể thống nhất là không thời gian cũng như giải thích bản chất của lực hấp dẫn là do sự uốn cong của không thời gian bởi vật chất và năng lượng. Thuyết tương đối gồm hai lý thuyết vật lý do Albert Einstein phát triển, với thuyết tương đối đặc biệt công bố vào năm 1905 và thuyết tương đối tổng quát công bố vào cuối năm 1915 và đầu năm 1916.[1] Thuyết tương đối hẹp miêu tả hành xử của không gian và thời gian và những hiện tượng liên quan từ những quan sát viên chuyển động đều tương đối với nhau. Thuyết tương đối rộng tổng quát các hệ quy chiếu quán tính sang hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc và bao gồm lực hấp dẫn giữa các khối lượng với nhau.[2]

Thuyết tương đối thường phải được tính đến trong những quy trình có tốc độ là lớn đáng kể so với vận tốc ánh sáng ( thường là trên 10 % vận tốc ánh sáng ) hoặc có trường mê hoặc khá mạnh và không hề bỏ lỡ được. Ở tốc độ tương đối tính, những hiệu ứng của thuyết tương đối hẹp trở nên quan trọng và ảnh hưởng tác động tới tác dụng tiên đoán cũng như miêu tả hiện tượng kỳ lạ vật lý. [ 1 ]

Thuật ngữ “thuyết tương đối” (tiếng Đức: Relativtheorie) sử dụng lần đầu tiên vào năm 1906 bởi Max Planck khi ông nhấn mạnh trong lý thuyết này có một trong những nền tảng là dựa trên nguyên lý tương đối. Trong phần thảo luận của cùng một bài báo, Alfred Bucherer lần đầu tiên sử dụng cách viết Relativitätstheorie.[2][3]

Lịch sử tăng trưởng[sửa|sửa mã nguồn]

Thuyết tương đối hẹp[sửa|sửa mã nguồn]

Xuất phát từ những yếu tố của triết lý Ê te và phương trình Maxwell trong thế kỷ XIX, thuyết tương đối hẹp dần hình thành từ những dấu mốc chính sau : [ 4 ] Cuối cùng Albert Einstein ( 1905 ) đưa ra thuyết tương đối hẹp bằng diễn giải sáng sủa về hàng loạt triết lý dựa trên nguyên tắc tương đối và tiên đề vận tốc ánh sáng không đổi, ông vô hiệu khái niệm Ête khi xem xét lại thực chất của khoảng trống, thời hạn và liên hệ của chúng với hệ quy chiếu quán tính. Quan điểm động lực của Lorentz và Poincaré được thay thế sửa chữa bằng quan điểm động học của Einstein. Mô hình toán học của kim chỉ nan tương đối hẹp triển khai xong rất đầy đủ khi Hermann Minkowski ( 1907 ) thêm thời hạn vào thành tọa độ thứ tư trong cách màn biểu diễn khoảng trống Minkowski. [ 6 ]

Thuyết tương đối rộng[sửa|sửa mã nguồn]

Đã có một số ít những nhà khoa học góp phần vào sự tăng trưởng của thuyết tương đối hẹp và ở đầu cuối với những bài báo Einstein công bố vào năm 1905 đưa đến kim chỉ nan triển khai xong đồng thời ông cũng mở ra sự tăng trưởng mới thiết yếu của thuyết tương đối rộng. Thuyết tương đối rộng hầu hết do một mình Einstein tăng trưởng khi ông nghiên cứu và điều tra những ý nghĩa vật lý cơ bản và mối liên hệ giữa hình học và vật lý. [ 7 ]Sự tăng trưởng này khởi đầu từ năm 1907, với ” sáng tạo độc đáo niềm hạnh phúc nhất trong đời ” của Einstein, đó là nguyên tắc tương tự về sự tương tự giữa khối lượng mê hoặc và khối lượng quán tính. Từ nguyên tắc này hoàn toàn có thể suy ra được hiệu ứng di dời đỏ do mê hoặc và đường đi của ánh sáng bị lệch trong trường mê hoặc cũng như độ trễ thời hạn của tia sáng, hay độ trễ Shapiro. Năm 1911, ông đã hoàn toàn có thể tính được sơ bộ độ lệch tia sáng là bao nhiêu. Trong thời hạn này ông cũng yêu cầu rằng hoàn toàn có thể đo được độ lệch rất nhỏ này từ những ngôi sao 5 cánh ở xa khi ánh sáng đi gần Mặt Trời. Tuy vậy, giá trị đo lường và thống kê lúc đầu của ông chỉ bằng 50% giá trị đúng của độ lệch. [ 8 ]Trong quy trình nghiên cứu và điều tra, Einstein nhận ra cách màn biểu diễn không thời hạn bằng khoảng trống Minkowski có vai trò rất quan trọng so với triết lý mới. Lúc này ông cũng nhận thức rõ ràng rằng hình học Euclid không còn tương thích khi tính tới ảnh hưởng tác động của lực mê hoặc. Năm 1913, ông mở màn sử dụng hình học phi Euclid được tăng trưởng trong thế kỷ XIX cho kim chỉ nan của mình với sự trợ giúp từ người bạn và là nhà toán học Marcel Grossmann, nhưng vẫn chưa đạt được hiệu quả mong ước, tức là miêu tả được mọi định luật của tự nhiên trong mọi hệ quy chiếu. Ông sau cuối vượt qua được yếu tố này vào tháng 11 năm 1915 sau nhiều lần thất bại, và Einstein đi đến được dạng đúng của phương trình trường mê hoặc. Hầu như đồng thời với ông, nhà toán học David Hilbert cũng tìm ra được phương trình trường nhờ chiêu thức biến phân. Dựa vào hiệu quả này, Einstein đã tính đúng sự di dời của điểm cận nhật của Sao Thủy, và giá trị độ lệch của tia sáng bằng 2 lần giá trị ông tìm ra vào năm 1911. Năm 1919, giá trị này đã được xác nhận trong lần nhật thực toàn phần và đưa đến sự thành công xuất sắc của kim chỉ nan tương đối tổng quát cũng như gây sự quan tâm so với quốc tế. [ 9 ]Sau đó, nhiều nhà vật lý đã tìm ra những nghiệm đúng mực của phương trình trường cũng như trình làng những kỹ thuật điều tra và nghiên cứu mới, đưa đến nhiều quy mô ngoài hành tinh học và tác dụng kì quặc như sự sống sót của lỗ đen .

Các triết lý lan rộng ra[sửa|sửa mã nguồn]

Với triết lý mới coi thực chất của lực mê hoặc như một hiệu ứng hình học, những nhà vật lý đặt câu hỏi liệu những lực cơ bản khác, như lực điện từ có là do hiệu ứng hình học. Theodor Kaluza ( 1921 ) và Oskar Klein ( 1926 ) đã lan rộng ra thuyết tương đối rộng để điều tra và nghiên cứu thêm lực điện từ bằng cách thêm một chiều nữa vào không thời hạn bốn chiều để có khoảng trống năm chiều, mà một chiều có kích cỡ vi mô ẩn giấu dưới cảm nhận thường thì. Tuy nhiên, kim chỉ nan của họ đã không thành công xuất sắc. Thậm chí Einstein đã dành phần đông thời hạn nghiên cứu và điều tra khoa học của nửa cuộc sống còn lại để điều tra và nghiên cứu kim chỉ nan trường thống nhất nhưng ông cũng đã không thành công xuất sắc. [ 10 ]Một trong những nguyên do thất bại của Einstein đó là, ở thời gian của ông, hội đồng những nhà vật lý chưa hiểu rõ hết thực chất của hai lực cơ bản còn lại : tương tác mạnh và tương tác yếu. Cùng với sự tăng trưởng của kim chỉ nan trường lượng tử, triết lý Kaluza-Klein đã được Phục hồi lại khi những nhà vật lý dựa trên sáng tạo độc đáo không thời hạn có nhiều hơn bốn chiều như vẫn thường thấy. Ngày nay, hầu hết những triết lý nhằm mục đích thống nhất thuyết tương đối với cơ học lượng tử gồm có kim chỉ nan dây có cơ sở dựa trên không thời hạn nhiều chiều, với sáu hoặc bảy chiều ẩn giấu ở khoanh vùng phạm vi độ dài Planck. [ 11 ]

Tầm quan trọng[sửa|sửa mã nguồn]

Thuyết tương đối làm ra cuộc cách mạng về sự hiểu biết khoảng trống và thời hạn cũng như những hiện tượng kỳ lạ tương quan mà vượt xa khỏi những ý tưởng sáng tạo và quan sát trực giác. Những hiện tượng kỳ lạ này đã được miêu tả bằng những phương trình toán học đúng chuẩn và xác nhận đúng đắn bằng thực nghiệm. Khi được ý tưởng, thuyết tương đối tiềm ẩn triết lý cơ học cổ xưa của Isaac Newton có từ hơn 200 năm trước như thể một trường hợp số lượng giới hạn của nó. Và do đó, thuyết tương đối cũng thỏa mãn nhu cầu nguyên tắc tương ứng. [ 12 ]Mô hình chuẩn của vật lý hạt diễn đạt bằng triết lý trường lượng tử, triết lý thống nhất giữa thuyết tương đối hẹp và cơ học lượng tử. Với thuyết tương đối, ngành ngoài hành tinh học và vật lý thiên văn đã tiên đoán và quan sát thấy những hiện tượng kỳ lạ thiên văn học kỳ lạ gồm có sao neutron, lỗ đen, sóng mê hoặc, thấu kính mê hoặc … [ 13 ]Thuyết tương đối tổng quát cùng với vật lý lượng tử là hai trụ cột chính yếu của vật lý tân tiến. Hiện nay, những nhà vật lý đang nỗ lực thống nhất hai triết lý này trong một thuyết gọi là Lý thuyết vạn vật ( Theory of Everything ). Mặc dù có nhiều bước tiến với những quy mô khác nhau, tuy nhiên nỗ lực thống nhất hai triết lý vẫn là một trong những thử thách lớn nhất của ngành điều tra và nghiên cứu vật lý cơ bản. [ 14 ]

Thuyết tương đối hẹp[sửa|sửa mã nguồn]

Nguyên lý tương đối[sửa|sửa mã nguồn]

Thuyết tương đối hẹp dựa trên hai tiên đề : [ 15 ]

• Tốc độ ánh sáng trong chân không có độ lớn bằng c (=299.792.458 m/s) trong mọi hệ quy chiếu quán tính, không phụ thuộc vào phương truyền và tốc độ của nguồn sáng hay máy thu
• Các định luật vật lý có cùng một dạng như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính (nguyên lý tương đối). Những hệ quy chiếu chuyển động đều gọi là hệ quy chiếu quán tính.

Môi trường ê te : những nhà vật lý từng giả thiết rằng Trái Đất hoạt động trong ” thiên nhiên và môi trường ” chứa ê te giúp ánh sáng Viral .Galileo Galilei đã miêu tả một dạng của nguyên tắc tương đối trong cuốn ” Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo ” vào năm 1632 bằng minh họa về một người ngồi trên con thuyền và nguyên tắc này cũng được Newton vận dụng cho cơ học của ông. Một hệ quả trực tiếp của nguyên tắc này là không có cách nào để đo tốc độ tuyệt đối của quan sát viên hoạt động đều trong khoảng trống và không hề định nghĩa một hệ quy chiếu đứng yên tuyệt đối. Hệ này phải chứa một thứ gì đó đứng im so với mọi thứ khác và nó xích míc với nguyên tắc tương đối, theo đó những định luật vật lý trong mọi hệ quy chiếu phải là như nhau. Trước khi có sự sinh ra của thuyết tương đối, kim chỉ nan điện từ cổ xưa yêu cầu sóng điện từ Viral trong thiên nhiên và môi trường gọi là ê te, một môi trường tự nhiên đứng im bất động. Môi trường này lấp đầy khoảng trống với cấu trúc rắn chắc và do đó những nhà vật lý dùng nó để định nghĩa một hệ quy chiếu tuyệt đối. Trong hệ này những định luật vật lý sẽ có dạng đơn thuần và vận tốc ánh sáng sẽ không phải là hằng số do vậy trái ngược với nguyên tắc tương đối. Tuy nhiên mọi thí nghiệm nhằm mục đích chứng tỏ sự sống sót của ê te, như thí nghiệm Michelson – Morley nổi tiếng vào năm 1887 đều thất bại khi không phát hiện ra sự sai khác về vận tốc khi ánh sáng Viral theo những hướng khác nhau trong thiên nhiên và môi trường ê te giả định. [ 5 ]Einstein đã từ bỏ khái niệm thường thì về khoảng trống và thời hạn cũng như giả thuyết ê tê để lý giải được vẻ xích míc hình thức bề ngoài giữa nguyên tắc tương đối và vận tốc ánh sáng không đổi trong kim chỉ nan điện từ. Không phải ngẫu nhiên mà có những thí nghiệm và Tóm lại trong thuyết điện từ dẫn tới sự tò mò ra thuyết tương đối, như thí nghiệm vận động và di chuyển cuộn dây và nam châm hút. Einstein đã đặt tên cho bài báo công bố năm 1905, khai sinh ra thuyết tương đối hẹp, ” Về điện động lực học của những vật thể hoạt động ” để bộc lộ sự trân trọng so với triết lý điện từ Maxwell và tác động ảnh hưởng của nó tới tò mò của ông. [ 15 ]

Tính tương đối của khoảng trống và thời hạn[sửa|sửa mã nguồn]

Các sự kiện A, B, và C xảy ra theo thứ tự khác nhau nhờ vào vào trạng thái hoạt động của quan sát viên. Đường màu trắng biểu lộ mặt phẳng những sự kiện xảy ra đồng thời vận động và di chuyển từ quá khứ sang tương lai .Không gian và thời hạn không còn là cấu trúc không bao giờ thay đổi phổ quát trong thuyết tương đối nữa. Cụ thể, những quan sát viên sẽ nhận xét hai sự kiện xảy ra trong khoảng trống và thời hạn là đồng thời hay sớm hoặc trễ tùy thuộc vào trạng thái hoạt động của họ. Vật thể hoạt động có kích cỡ bị ngắn lại theo hướng hoạt động so với khi nó đứng yên và đồng hồ đeo tay hoạt động chạy chậm hơn so với đồng hồ đeo tay đặt yên một chỗ. Tuy nhiên, mỗi quan sát viên hoạt động với tốc độ đều đưa ra Tóm lại chỉ đúng trong hệ quy chiếu của riêng họ, do vậy những Kết luận từ hai quan sát viên có tính tương hỗ lẫn nhau, ví dụ như mỗi người sẽ thấy đồng hồ đeo tay của người kia chạy chậm lại. Thêm nữa, nếu hai người hoạt động dọc theo hướng nhìn của nhau, mỗi người sẽ thấy thước đo của người kia ngắn đi. Nguyên lý tương đối không hề vấn đáp cho câu hỏi về người nào miêu tả là đúng mà nó chỉ cho biết hiệu quả của từng người thu được. [ 16 ]Sự co ngắn chiều dài và sự dãn thời hạn hoàn toàn có thể thuận tiện hiểu được từ biểu đồ Minkowski và nghịch lý bạn bè sinh đôi. Trong dạng thức toán học, chúng là hiệu quả của phép biến hóa Lorentz miêu tả mối liên hệ giữa tọa độ khoảng trống và thời hạn của những quan sát viên khác nhau. Phép biến hóa tuyến tính này được rút ra trực tiếp từ hai tiên đề trên. [ 16 ]Hầu hết những hiệu ứng tương đối tính đều trở nên đáng kể khi tốc độ là tương đối lớn so với vận tốc ánh sáng, do vậy hầu hết những hiện tượng kỳ lạ hàng ngày hoàn toàn có thể lý giải dựa trên cơ học Newton và những hiệu ứng tương đối tính có vẻ như như trái ngược với trực giác. [ 16 ]

Tốc độ ánh sáng là một số lượng giới hạn[sửa|sửa mã nguồn]

Không một vật nào và không một thông tin nào hoàn toàn có thể đi nhanh hơn ánh sáng trong chân không. Càng gần tiếp cận với vận tốc ánh sáng, thì nguồn năng lượng vật đó càng lớn, do tại động năng của vật luôn luôn tăng rất nhanh khi tốc độ của nó tăng. Để vật đạt tới vận tốc ánh sáng thì cần phải cung ứng cho vật nguồn năng lượng lớn vô hạn. [ 17 ]Kết luận trên là hệ quả của cấu trúc không thời hạn không phải là thuộc tính của vật, ví dụ điển hình do hạn chế về công nghệ tiên tiến sản xuất tàu ngoài hành tinh. Nếu một vật hoạt động nhanh hơn ánh sáng từ A tới B, và một quan sát viên hoạt động từ B tới A thì lúc này câu hỏi ai miêu tả trường hợp đúng đắn lại có ý nghĩa. Khi đó quan sát viên sẽ nhìn thấy tác dụng trước khi nhìn thấy nguyên do ( anh ta nhìn thấy vật Open ở B trước khi thấy nó đi ra từ A ). Như vậy, nguyên tắc nhân quả bị vi phạm chính do trình tự nguyên do hiệu quả không được xác lập. [ 18 ] Những vật hoạt động nhanh hơn ánh sáng sẽ đi ra khỏi tầm quan sát của người hoặc thiết bị theo dõi .

Không thời hạn[sửa|sửa mã nguồn]

Biểu đồ Minkowski với hệ quy chiếu ( x, t ) đứng yên, hệ quy chiếu ( x ′, t ′ ) hoạt động, nón ánh sáng và hyperbol ghi lại những khoảng chừng không thời hạn hằng số so với gốc tọa độ .Không gian và thời hạn Open trong những phương trình cơ bản của thuyết tương đối có vai trò như nhau và hoàn toàn có thể kết hợp thành không thời hạn bốn chiều. Sự cảm nhận về khoảng trống và thời hạn theo cách khác nhau chỉ là do cảm nhận của con người. Về mặt toán học, khoảng chừng không thời hạn giữa hai sự kiện được định nghĩa bằng hiệu tọa độ không thời hạn bốn chiều của hai sự kiện trong một hệ quy chiếu giống như định nghĩa về khoảng cách giữa hai điểm trong khoảng trống Euclide, chỉ có một điểm khác là tọa độ thời hạn ngược dấu với tọa độ khoảng trống. Trong không thời hạn cũng định nghĩa vectơ bốn như vectơ thường thì trong khoảng trống ba chiều. [ 18 ] [ 19 ]Trong không thời hạn Minkowski, số lượng giới hạn vận tốc ánh sáng và tính tương đối của độ dài và khoảng chừng thời hạn phân ra những vùng riêng không liên quan gì đến nhau so với mỗi quan sát viên :

• Miền các điểm nằm trong nón ánh sáng tương lai là các điểm mà quan sát viên có thể tới được với vận tốc ánh sáng hoặc gửi đi tín hiệu với tốc độ ánh sáng.[20]
• Miền các điểm nằm trong nón ánh sáng quá khứ là các điểm gửi đi với tín hiệu có tốc độ bằng tốc độ ánh sáng tới được quan sát viên.[20]
• Những điểm còn lại nằm trong miền “kiểu-không gian” tách biệt khỏi quan sát viên. Trong miền này, không thể định nghĩa được quá khứ và tương lai.[21]

Các vectơ-bốn không thời hạn có nhiều ứng dụng thực tiễn và triết lý, ví dụ như trong đo lường và thống kê động năng của những hạt hoạt động trong máy gia tốc. [ 21 ]

Sự tương tự giữa khối lượng và nguồn năng lượng[sửa|sửa mã nguồn]

Một hệ có khối lượng m chứa trong nó một nguồn năng lượng nghỉ E liên hệ bởi công thức [ 22 ]

E
=
m

c

2

{\displaystyle E=mc^{2}}

với c là tốc độ ánh sáng. Công thức này là một trong những công thức nổi tiếng nhất của vật lý học nói riêng và khoa học nói chung. Cũng vì công thức này mà Einstein hay bị hiểu nhầm rằng ông có liên quan tới sự phát triển của bom nguyên tử mặc dù chỉ có lá thư của ông gửi tới tổng thống Franklin D. Roosevelt là đề cập tới việc Hoa Kỳ cần phải cảnh giác với chương trình nghiên cứu vũ khí của Đức Quốc xã.[23] Lượng năng lượng khổng lồ giải phóng ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân phần lớn là do giải phóng năng lượng liên kết của các hạt nhân trước khi phản ứng trong khi năng lượng bởi sự chênh lệch khối lượng trước và sau phản ứng nhân với hệ số c² chỉ đóng góp phần nhỏ. Phản ứng phân hạch được Otto Hahn, Otto Frisch và Lise Meitner phát hiện vào năm 1938.[24][25]

Phương trình E = mc² góp phần vai trò tương hỗ trong điều tra và nghiên cứu phân hạch hạt nhân. Không phải vì chính sách đằng sau nguồn năng lượng hạt nhân, nhưng mà là một công cụ : Bởi vì nguồn năng lượng và khối lượng tương tự với nhau, những phép đo độ nhạy cao về khối lượng của những hạt nhân nguyên tử khác nhau cho những nhà nghiên cứu chứng cứ quan trọng về độ lớn của nguồn năng lượng link hạt nhân. Công thức của Einstein không nói cho tất cả chúng ta tại sao nguồn năng lượng link hạt nhân lại lớn đến cỡ đó mà nó mở ra một năng lực ( cùng với những chiêu thức khác ) để đo những nguồn năng lượng link này. [ 23 ]

Từ trường trong thuyết tương đối[sửa|sửa mã nguồn]

Sự sống sót của lực từ có mối liên hệ mật thiết với thuyết tương đối hẹp. [ 26 ] Định luật Coulomb về lực điện khi đứng riêng rẽ sẽ không hề thích hợp với cấu trúc của không thời hạn. Thật vậy, khi những điện tích đứng yên sẽ không có từ trường Open, trừ khi có một quan sát viên đang chuyển dời so với những điện tích. Có thể lý giải tác dụng quan sát này dựa trên phép biến hóa Lorentz giữa mối liên hệ của vectơ từ trường và vectơ điện trường, cho thấy mối liên hệ khăng khít giữa từ trường, điện trường và hệ quy chiếu được lựa chọn. Sự Open của từ trường khi đưa nam châm từ chuyển dời đến gần vòng dây dẫn ( và ngược lại ), hay tổng quát hơn khi có từ trường biến hóa thì Open điện trường ( và ngược lại ) còn tương quan đến thuộc tính của khoảng trống và thời hạn. [ 27 ] Từ phương diện này, tuy hai định luật Coulomb và định luật Biot-Savart có vẻ như khác nhau nhưng khi xét trong từng hệ quy chiếu của quan sát viên đứng yên hay hoạt động sẽ cho những tác dụng như nhau. Trong miêu tả toán học của thuyết tương đối, từ trường và điện trường được miêu tả chung bằng một đại lượng, tenxơ trường điện từ hạng bốn, tựa như như sự thống nhất giữa khoảng trống và thời hạn trong không thời hạn bốn chiều. [ 28 ]

Thuyết tương đối rộng[sửa|sửa mã nguồn]

Lực mê hoặc và độ cong của không thời hạn[sửa|sửa mã nguồn]

Hiệu ứng thấu kính mê hoặc làm méo hình ảnh những thiên hà ở xa khi ánh sáng của chúng đi qua đám thiên hà Abell 383 .Thuyết tương đối rộng lý giải lực mê hoặc bằng độ cong hình học của không thời hạn [ 29 ] xác lập bởi :

• Vật chất và năng lượng làm cong không thời gian xung quanh chúng[11]
• Một vật rơi tự do dưới tác dụng của trường lực hấp dẫn chuyển động trên đường trắc địa giữa hai điểm của không thời gian.[30]

Không thời hạn bốn chiều trong thuyết tương đối hẹp đã thật khó tưởng tượng, thế cho nên không thời hạn cong thậm chí còn còn khó hơn nữa. Để minh họa nó, hoàn toàn có thể giảm số chiều của không thời hạn xưống và lấy hình ảnh tựa như trong trường hợp mặt cong 2 chiều. Giả sử có hai chiếc xe chạy trên mặt cầu, chúng mở màn tại đường xích đạo và lái hướng về phía bắc theo đường tròn lớn. Lúc đầu hướng của hai xe này song song với nhau, mặc dầu không bị ảnh hưởng tác động bởi lực nào khác, sau cuối hai xe sẽ gặp nhau tại cực bắc. [ 29 ] Một quan sát viên đứng trên mặt cầu, anh ta sẽ không biết mặt phẳng bị cong và cho rằng đã có một lực hút hai xe về phía lại gần nhau. Đây là một hiện tượng kỳ lạ thuần túy hình học. Do đó lực mê hoặc đôi lúc trong thuyết tương đối rộng được gọi là giả lực. [ 29 ]Vì đường trắc địa nối hai điểm trong không thời hạn không nhờ vào vào đặc tính của vật rơi tự do trong trường mê hoặc, hiện tượng kỳ lạ đã được Galileo Galilei phát hiện ra tiên phong, nên hai vật ở cùng cao độ sẽ rơi tự do với vận tốc như nhau. Trong cơ học Newton, điều này có nghĩa là khối lượng quán tính và khối lượng mê hoặc của một vật phải tương tự nhau. Phát biểu này cũng là cơ sở cho thuyết tương đối rộng. [ 31 ] [ 32 ]

Cấu trúc toán học của thuyết tương đối rộng[sửa|sửa mã nguồn]

Trong khi nhiều tiên đoán của thuyết tương đối hẹp được miêu tả dựa trên cấu trúc toán học gọn nhẹ và đơn thuần, thì cấu trúc toán học của thuyết tương đối rộng lại phức tạp hơn. Lý thuyết cần những giải pháp của hình học vi phân để miêu tả không thời hạn cong, thay thế sửa chữa cho hình học Euclid của khoảng trống phẳng quen thuộc so với tất cả chúng ta. [ 33 ]Để miêu tả sự cong, một vật thể cong hoặc khoảng trống cong thường được nhúng vào khoảng trống có số chiều cao hơn. Ví dụ, mặt cầu hai chiều thường được tưởng tượng ra khi nó đặt trong khoảng trống ba chiều. Tuy nhiên, những nhà toán học hoàn toàn có thể miêu tả được độ cong mà không cần vận dụng hình thức nhúng này, tức là nó không nhờ vào vào khoảng trống bên ngoài, một đặc thù quan trọng thiết yếu của thuyết tương đối tổng quát. Ví dụ như việc một người sống trên mặt cong đo tổng những góc trong của một tam giác trên mặt cong cho hiệu quả không bằng 180 ° thì người đó sẽ hiểu rằng anh ta đang sống trong một mặt cong mà không cần phải ” nhảy ” ra khỏi mặt phẳng này. [ 34 ]Mối liên hệ giữa độ cong và vật chất-năng lượng cũng như hoạt động của hạt trong trường mê hoặc được xác lập bằng phương trình trường Einstein. Nó là phương trình tenxơ đối xứng hạng hai, tương ứng với hệ 10 phương trình khi viết tường minh. Đối với những hiện tượng kỳ lạ vật lý mê hoặc, những nhà vật lý thường đưa phương trình về những dạng giao động ít phức tạp hơn để hoàn toàn có thể thu được những đặc thù hữu dụng. Phương trình trường Einstein như sau : [ 33 ]

R μ ν − 1 2 g μ ν R + g μ ν Λ = 8 π G c 4 T μ ν {\displaystyle R_{\mu \nu }-{1 \over 2}g_{\mu \nu }\,R+g_{\mu \nu }\Lambda ={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}

Đồng hồ trong trường mê hoặc[sửa|sửa mã nguồn]

Trong thuyết tương đối rộng, vận tốc hoạt động giải trí của đồng hồ đeo tay không riêng gì phụ thuộc vào vào tốc độ tương đối của chúng, mà còn phụ thuộc vào vào vị trí của nó trong trường mê hoặc cũng như độ mạnh yếu của trường. Một đồng hồ đeo tay đặt trên đỉnh núi sẽ chạy nhanh hơn cái y hệt đặt dưới thung lũng. Tuy hiệu ứng này là rất nhỏ trong trường mê hoặc của Trái Đất, nhưng để máy thu GPS tránh được những sai số trong tọa độ vị trí khi nó thu được từ tần số vệ tinh thì cần phải hiệu chỉnh thời hạn giữa máy thu và thời hạn trên vệ tinh để cho chúng đồng điệu. [ 35 ] [ 36 ]

Vũ trụ học[sửa|sửa mã nguồn]

Trong khi thuyết tương đối hẹp vận dụng cho trường hợp hệ quy chiếu đang xét nằm trong vùng không thời hạn có độ cong nhỏ hoàn toàn có thể bỏ lỡ được, thì thuyết tương đối tổng quát không yên cầu số lượng giới hạn này. Do đó nó hoàn toàn có thể vận dụng cho toàn thể thiên hà và kim chỉ nan đóng vai trò quan trọng của ngành thiên hà học. Vì thế, sự co và giãn của thiên hà, như được tiên đoán bởi Alexander Friedmann và Georges Lemaître từ phương trình trường Einstein cũng như tích hợp với hằng số ngoài hành tinh học ( nguồn năng lượng tối ) và một số ít yếu tố khác như vật chất tối đã trở thành quy mô chuẩn của ngoài hành tinh học. Sự co và giãn này khởi đầu từ Vụ Nổ Lớn xảy ra từ cách nay 13,8 tỷ năm trước. Nó cũng là sự mở màn của khoảng trống và thời hạn khi hàng loạt ngoài hành tinh tập trung chuyên sâu trong một vùng khoảng trống có đường kính kích cỡ chiều dài Planck. [ 37 ] Một tiên đoán khác của thuyết tương đối rộng đó là sự sống sót của lỗ đen. Những vật thể này tạo ra trường mê hoặc rất mạnh khiến cho ánh sáng cũng bị hút vào chân trời sự kiện, do đó nó không hề thoát ra khỏi lỗ đen. Einstein không thú vị với sáng tạo độc đáo về sự sống sót của vật thể này, và ông cho rằng phải có một chính sách vật lý nào đó ngăn cản sự hình thành lỗ đen. [ 38 ] [ 39 ] Nhiều tài liệu quan sát thiên văn vật lý ngày này cho thấy quả thực có những lỗ đen ẩn nấp trong ngoài hành tinh, và chúng hoàn toàn có thể là trạng thái tiến hóa ở đầu cuối của những ngôi sao 5 cánh lớn trong những thiên hà hoặc được hình thành từ sự suy sụp mê hoặc của những đám khí trong ngoài hành tinh sơ khai. [ 40 ]

Sóng mê hoặc[sửa|sửa mã nguồn]

Sóng mê hoặc phát ra từ hai sao neutron quay quanh nhau. Ở đây không thời hạn được miêu tả như một tấm màn hai chiều và hoạt động của hệ hai sao neutron gây ra những biến hóa trong độ cong không thời hạn ( những gợn sóng lăn tăn ) Viral xa dần ra bên ngoài với biên độ sóng giảm dần .Tương tự như sóng điện từ tiên đoán bởi kim chỉ nan điện từ của Maxwell, thuyết tương đối rộng được cho phép sự sống sót của sóng mê hoặc : sự tập trung chuyên sâu của khối lượng ( hay nguồn năng lượng ) làm cong không thời hạn, và sự đổi khác của hình dáng hoặc vị trí của vật thể gây ra sự biến hóa và Viral trong hàng loạt ngoài hành tinh với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng. [ 41 ] [ 42 ] Tuy nhiên, những biến hóa này rất nhỏ mà những nhà vật lý vẫn chưa phát hiện được sóng mê hoặc một cách trực tiếp. Một vụ nổ siêu tân tinh năm 1987 hoàn toàn có thể phát ra sóng mê hoặc và được những trạm quan sát thời nay ( 2011 ) phát hiện được. [ 43 ] Tuy vậy chỉ có hai trạm quan sát cho tới năm đó và độ nhạy của chúng không hề phát hiện ra được những gợn không thời hạn cực nhỏ này. Nhờ những quan sát quỹ đạo hệ pulsar đôi chứng tỏ một cách gián tiếp sự sống sót của sóng mê hoặc. Russell Hulse và Joseph Taylor đã nhận Giải Nobel Vật lý năm 1993 nhờ những quan sát này. [ 44 ]Ngày 17 tháng 3 năm năm trước, một đoàn thám hiểm Mỹ sau một điều tra và nghiên cứu 3 năm thông tin tại buổi họp báo ở Harvard, rằng họ đã quan sát được sóng mê hoặc ban sơ ( primordial gravitational waves ) của tích tắc ngay sau Big Bang. [ 45 ] Tuy nhiên sau đó nhóm BICEP 2 và Planck đã hợp tác cùng nghiên cứu và phân tích tài liệu với nhau và đi đến Kết luận là hình ảnh mà BICEP 2 nhận được hầu hết do tác động ảnh hưởng của bụi trong Ngân Hà chứ không phải từ sóng mê hoặc nguyên thủy. [ 46 ]Sau hơn 40 năm khởi xướng, kêu gọi vốn hỗ trợ vốn từ Quỹ Khoa học Quốc gia ( NSF ), kiến thiết xây dựng và tăng cấp, nhóm cộng tác khoa học Advanced LIGO thông tin ngày 11 tháng 2 năm năm nay rằng hai trạm thám trắc ở Livingstone, Lousiana và Hanford, Washington đã thu được trực tiếp tín hiệu sóng mê hoặc từ tác dụng sáp nhập của hai lỗ đen khối lượng sao nằm cách Trái Đất khoảng chừng 1,3 tỷ năm ánh sáng. Phát hiện này đã mở ra thời kỳ mới của thiên văn sóng mê hoặc. [ 47 ]

Xác nhận bằng thực nghiệm[sửa|sửa mã nguồn]

Sự thành công xuất sắc tiên phong của thuyết tương đối hẹp đó là nó lý giải được sự xích míc trong tác dụng thu được ở thí nghiệm Michelson-Morley và kim chỉ nan điện động lực học, trong khi đó triết lý điện động lực học còn được coi là cơ sở cho sự tăng trưởng của thuyết tương đối hẹp. Lý thuyết đã được chứng tỏ là đúng đắn qua rất nhiều thí nghiệm và thực nghiệm, [ 48 ] như thí nghiệm Ives – Stilwell. Một ví dụ nổi bật đó là việc phát hiện muon trong tia ngoài hành tinh, mà những hạt này không hề tới bề mặt Trái Đất được với thời hạn sống rất ngắn của chúng nếu không có hiệu ứng giãn thời hạn khi chúng hoạt động với vận tốc gần bằng với vận tốc ánh sáng, hoặc những hạt muon hoạt động với một quãng đường ngắn hơn do sự co độ dài. Chứng cứ cho điều này đến từ những cuộc bay bằng khinh khí cầu vào tầng bình lưu thực thi bởi nhà vật lý Thụy Sĩ Auguste Piccard trong những năm 1931 và 1932, mà quy trình chuẩn bị sẵn sàng có sự tham gia của Einstein. [ 49 ] [ 50 ]Còn so với kim chỉ nan tương đối rộng, ở thời gian công bố nó mới chỉ có một bằng chứng thực nghiệm hoàn toàn có thể để kiểm chứng, đó là sự di dời điểm cận nhật trong quỹ đạo của Sao Thủy. [ 51 ] Năm 1919, Arthur Eddington đứng vị trí số 1 tổ chức triển khai hai đoàn thám hiểm quan sát hiện tượng kỳ lạ nhật thực, họ đo được sự di dời của vị trí biểu kiến của những sao gần Mặt Trời và xác nhận trực tiếp về những tia sáng bị lệch khi đi qua trường mê hoặc. [ 52 ] Thí nghiệm Pound – Rebka kiểm tra di dời đỏ do mê hoặc triển khai năm 1959 là thí nghiệm đúng chuẩn cao tiên phong về thuyết tương đối tổng quát. [ 53 ]Các thí nghiệm và thực chứng khác gồm có : thấu kính mê hoặc, phát hiện trực tiếp sóng mê hoặc, [ 54 ] quan sát quỹ đạo của cặp sao xung, quy mô chuẩn ngoài hành tinh học, thí nghiệm Gravity Probe B …Ngoài thuyết tương đối rộng nêu bởi Einstein, cũng có những kim chỉ nan mê hoặc tương đối tính khác được yêu cầu dựa trên những cơ sở của thuyết tương đối rộng. Lý thuyết điển hình nổi bật nhất là kim chỉ nan Jordan – Brans-Dicke, mặc dầu hầu hết những triết lý này có cấu trúc phức tạp hơn. Sự đúng đắn của những triết lý này vẫn chưa trọn vẹn bị bác bỏ. Đã có nhiều thí nghiệm và thực nghiệm nhằm mục đích kiểm tra thuyết tương đối tổng quát lẫn những triết lý sửa chữa thay thế khác. [ 52 ]

Tiếp nhận và lý giải[sửa|sửa mã nguồn]

Nhận thức của công chúng[sửa|sửa mã nguồn]

Cách tiếp cận mới của thuyết tương đối về khoảng trống và thời hạn đã lôi cuốn sự chăm sóc của công chúng kể từ khi triết lý sinh ra. Einstein trở nên nổi tiếng và thuyết tương đối dần Open trên những phương tiện đi lại truyền thông online. Với cách nói đơn thuần mọi thứ đều tương đối, nhiều lúc kim chỉ nan trở thành một nghành xem xét của chủ nghĩa tương đối trong triết học .Trong bộ phim chiếu vào tháng 4 năm 1922 nhan đề ” Những điều cơ bản của thuyết tương đối Einstein “, [ 55 ] với nhiều khung hình minh họa lý giải thuyết tương đối hẹp của Einstein trước người theo dõi .Những lời chỉ trích phê bình về thuyết tương đối bắt nguồn từ nhiều cách khác nhau, như hiểu sai triết lý, chống đối những văn minh của toán học và vật lý hay tương quan đến nguồn gốc Do Thái của Einstein. Từ thập kỷ 1920 một vài nhà vật lý ở Đức đã công khai minh bạch chống người Do Thái, gồm có hai người đoạt giải Nobel là Philipp Lenard và Johannes Stark, với trào lưu Deutsche Physik chống lại thuyết tương đối. Vài năm sau khi Chủ nghĩa Quốc xã nắm quyền, Stark đăng một bài viết trên tờ Das Schwarze Korps của SS số ngày 15 tháng 7 năm 1937 chống lại những người trong nước còn theo ủng hộ thuyết tương đối và thuyết lượng tử. Trong số họ, Stark tố cáo Werner Heisenberg và Max Planck là những người Do Thái trắng. Heisenberg đã đến gặp trực tiếp Himmler và đạt được Phục hồi danh dự của mình .

Khoa học công nhận[sửa|sửa mã nguồn]

Thời gian đầu thuyết tương đối mới sinh ra chưa được cộng đồng khoa học công nhận, với Albert Einstein nhận giải Nobel Vật lý năm 1921 với nguyên do có góp sức cho nền vật lý kim chỉ nan và đặc biệt quan trọng cho hiệu ứng quang điện. [ 7 ] Ngày nay, cả thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng đã được thừa nhận thoáng đãng và chúng là những trụ cột cho ngành vật lý cũng như nền tảng trong sự tăng trưởng của những công nghệ tiên tiến văn minh. [ 56 ]

Sách tìm hiểu thêm[sửa|sửa mã nguồn]

Sách chuyên khảo vật lý[sửa|sửa mã nguồn]

Sách đại chúng[sửa|sửa mã nguồn]

• Julian Schwinger: Einsteins Erbe. Die Einheit von Raum und Zeit. Spektrum, Heidelberg 2000. ISBN 3-8274-1045-2.
• David Bodanis: Bis Einstein kam. Die abenteuerliche Suche nach dem Geheimnis der Welt. Fischer, Frankfurt am Main 2003. ISBN 3-596-15399-9.
• Gerald Kahan: Einsteins Relativitätstheorie – zum leichten Verständnis für jedermann. Dumont, Köln 1987, 2005. ISBN 3-7701-1852-9.
• Einstein, Albert (2005). Relativity: The Special and General Theory. Translated by Robert W. Lawson. New York: Pi Press. ISBN 0131862618.

  Xem thêm: Tải Game & Ứng Dụng MOD APK Phổ Biến 2021 – ModRadar

Thảo luận về triết học[sửa|sửa mã nguồn]

• Einsteins große Idee, Frankreich, Großbritannien 2005, ARTE F, Regie: Gary Johnstone. Das Drehbuch basiert auf dem Bestseller Bis Einstein kam von David Bodanis.

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay