Bạn đang xem bài viết Thuyết Tương Đối Rộng: Sự Hấp Dẫn Trước Einstein được cập nhật mới nhất trên website 2atlantic.edu.vn. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ là hữu ích với bạn. Nếu nội dung hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất.
Thuyết tương đối rộng: Sự hấp dẫn trước Einstein
Pedro Ferreira
Năm 1686, Isaac Newton đề xuất một lí thuyết có sức mạnh vô song của sự chuyển động. Tại tâm điểm của nó là định luật vạn vật hấp dẫn, phát biểu rằng lực hấp dẫn giữa hai vật thể tỉ lệ với khối lượng của mỗi vật và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Định luật Newton là phổ quát vì nó có thể áp dụng cho bất kì tình huống nào trong đó lực hấp dẫn là quan trọng: các quả táo từ trên cây rơi xuống, các hành tinh quay xung quanh mặt trời, và nhiều, nhiều trường hợp khác nữa.
Trong hơn 200 năm, lí thuyết hấp dẫn của Newton đã được sử dụng thành công để dự đoán chuyển động của các thiên thể và mô tả chính xác quỹ đạo của các hành tinh trong hệ mặt trời. Một minh chứng cho sức mạnh đó của nó là vào năm 1846, nhà thiên văn học người Pháp Urbain Le Verrier đã có thể dùng nó để tiên đoán sự tồn tại cua Hải vương tinh.
Tuy nhiên, có một trường hợp trong đó lí thuyết của Newton dường như không cho câu trả lời chính xác. Le Verrier đã đo quỹ đạo của Thủy tinh với độ chính xác ngoại hạng và nhận thấy nó bị dịch đi một lượng hết sức nhỏ – chưa tới một phần trăm của một độ trong một thế kỉ – so với cái trông đợi thu về từ lí thuyết Newton. Sự không nhất quán giữa lí thuyết của Newton và quỹ đạo của Thủy tinh vẫn không được phân giải vào đầu thế kỉ thứ 20.
Lí thuyết tương đối rộng của Einstein đã làm sáng tỏ rằng vũ trụ là nơi cực độ. Ngày nay, chúng ta biết nó nóng và đặc và đã giãn nở trong 13,7 tỉ năm qua. Nó còn chứa nhung nhúc những vùng không-thời gian cuộn hết sức chặt gọi là các lỗ đen bắt giữ mọi thứ rơi vào trong tầm mút của nó.
Còn tiếp…
Xuân Nguyễn dịch (Theo New Scientist)
Vui lòng ghi rõ “Nguồn chúng tôi khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.
Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Lược Sử Về Thuyết Tương Đối Của Einstein
Stephen Hawking: “Vũ trụ trong một vỏ hạt”
Einstein thiết lập hai lý thuyết căn bản của thế kỷ hai mươi:
Lý thuyết tương đối rộng và lý thuyết lượng tử như thế nào?
Albert Einstein năm 1920
Albert Einstein, cha đẻ của thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng sinh ra ở Ulm, Đức vào năm 1879. Một năm sau đó gia đình ông chuyển đến Munich, tại đó cha ông – Herman và cậu ông – Jacob khởi sự kinh doanh về đồ điện nhưng không mấy thành công. Einstein không phải là thần đồng nhưng có người cho rằng ông là một học sinh cá biệt ở phổ thông thì lại là một sự cường điệu. Năm 1894 công việc làm ăn của cha ông bị đổ bể nên gia đình chuyển đến Milan. Gia đình quyết định ông nên ở lại để hoàn thành bậc học phổ thông, nhưng ông không thích chủ nghĩa độc đoán của trường học nên chỉ sau đó mấy tháng ông đoàn tụ với gia đình ở Ý. Sau đó ông tốt nghiệp phổ thông ở Zurich và tốt nghiệp đại học trường Bách khoa liên bang vào năm 1900. Bản tính hay tranh luận và và ác cảm với quyền lực đã không mang cho ông một chân giáo sư ở trường Bách khoa liên bang và không một giáo sư nào của trường mời ông làm trợ giảng, mà thời bấy giờ đó là con đường bình thường để theo đuổi sự nghiệp khoa học. Cuối cùng thì hai năm sau ông cũng xoay sở được một việc ở Văn phòng sáng chế ở Bern. Ông làm việc tại đó trong thời gian ông viết ba bài báo, trong đó hai bài đã đưa ông trở thành nhà khoa học hàng đầu thế giới và bắt đầu hai cuộc cách mạng về tư tưởng làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về không gian, thời gian và bản thân thực tại vào năm 1905.
Gần cuối thế kỷ thứ 19, các nhà khoa học tin rằng họ gần như đã mô tả vũ trụ một cách toàn vẹn. Họ cho rằng không gian được lấp đầy bởi một loại vật chất liên tục gọi là Ê-te (ether). Ánh sáng và các tín hiệu vô tuyến là các sóng lan truyền trong ê-te giống như sóng âm lan truyền trong không khí. Và tất cả các điều cần làm cho một lý thuyết hoàn thiện là phép đo chính xác để xác định tính đàn hồi của ê-te. Thực ra các phép đo như thế đã được xây dựng hoàn chỉnh tại phòng thí nghiệm Jefferson ở trường đại học Harvard mà không dùng đến một cái đinh sắt nào để tránh làm nhiễu các phép đo từ trường yếu. Tuy vậy những người xây dựng hệ đo đã quên rằng các viên gạch nâu đỏ xây nên phòng thí nghiệm và phần lớn các tòa nhà ở Harvard đều chứa một lượng lớn sắt. Ngày nay các tòa nhà đó vẫn được sử dụng, nhưng họ vẫn không chắc là nếu không có các đinh sắt thì sàn thư viện của trường có thể nâng đỡ được sức nặng là bao nhiêu.
Nếu ánh sáng là sóng trong một loại vật chất đàn hồi được gọi là ê-te thì vận tốc của ánh sáng đối với người ở trên tàu vũ trụ chuyển động ngược hướng ánh sáng (a) sẽ nhanh hơn vận tốc của ánh sáng đối với người trong con tàu chuyển động cùng hướng với ánh sáng (b).
Người ta không thấy sự khác biệt về vận tốc ánh sáng theo các hướng trong mặt phẳng quỹ đạo của trái đất và hướng vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo đó.
Và một loạt các thí nghiệm để chứng minh điều đó đã thất bại. Albert Michelson và Edward Morley của trường khoa học ứng dụng ở Cleveland, bang Ohio đã thực hiện các thí nghiệm cẩn thận và chính xác nhất vào năm 1887. Họ so sánh tốc độ ánh sáng của hai chùm sáng vuông góc với nhau. Vì trái đất tự quay quanh mình và quay quanh mặt trời nên dụng cụ thí nghiệm sẽ di chuyển trong ê-te với tốc độ và hướng thay đổi. Nhưng Michelson và Morley cho thấy rằng không có sự khác biệt giữa hai chùm sáng đó. Hình như là ánh sáng truyền với tốc độ như nhau đối với người quan sát, không phụ thuộc vào tốc độ và hướng của người chuyển động.
Dựa trên thí nghiệm Michelson-Morley, một nhà vật lý người Ai-len tên là George Fitzgerald và nhà vật lý người Hà Lan tên là Hendrik Lorentz giả thiết rằng các vật thể chuyển động trong ê-te sẽ co lại và thời gian sẽ bị chậm đi. Sự co và sự chậm lại của đồng hồ làm cho tất cả mọi người sẽ đo được một tốc độ ánh sáng như nhau không phụ thuộc vào việc họ chuyển động như thế nào đối với ê-te (George Fitzgerald và Hendrik Lorentz vẫn coi ê-te là một loại vật chất có thực). Tuy vậy, năm 1905, Einstein đã viết một bài báo chỉ ra rằng nếu người ta không thể biết được người ta chuyển động
Trong giao thoa kế Michenson-Morley, ánh sáng từ nguồn sáng được tách thành hai chùm bằng một gương bán mạ. Hai chùm sáng đi theo hai hướng vuông góc với nhau sau đó lại kết hợp thành một chùm sáng sau khi đập vào gương bán mạ một lần nữa. Sự sai khác về tốc độ ánh sáng của hai chùm sáng đi theo hai hướng có thể làm cho các đỉnh sóng của chùm sáng này trùng với đáy sóng của chùm sáng kia và chúng triệt tiêu nhau.
Bay từ tây sang đông của những hành khách trên phi cơ bay về hướng tây trong không gian hay không thì khái niệm ê-te không còn cần thiết nữa. Thay vào đó, ông bắt đầu bằng một giả thuyết rằng các định luật khoa học xuất hiện như nhau đối với tất cả những người quan sát chuyển động tự do. Đặc biệt là họ sẽ đo được tốc độ ánh sánh như nhau không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của họ. Tốc độ của ánh sáng độc lập với chuyển động của người quan sát và như nhau theo tất cả các hướng.
Ý tưởng này đòi hỏi phải từ bỏ ý nghĩ cho rằng tồn tại một đại lượng phổ quát được gọi là thời gian có thể đo được bằng tất cả các đồng hồ. Thay vào đó, mỗi người có một thời gian riêng của họ. Thời gian của hai người sẽ giống nhau nếu hai người đó đứng yên tương đối với nhau, nhưng thời gian sẽ khác nhau nếu hai người đó chuyển động tương đối với nhau.
Giả thuyết này được khẳng định bằng rất nhiều thí nghiệm, trong đó có một thí nghiệm gồm hai đồng hồ chính xác bay theo hướng ngược nhau vòng quanh trái đất và quay lại cho thấy thời gian có sai lệch chút ít. Giả thuyết gợi ý rằng nếu ai đó muốn sống lâu hơn thì người đó nên bay về hướng đông vì như thế thì tốc độ của trái đất sẽ bổ sung vào tốc độ của máy bay. Tuy vậy, các bữa ăn trên máy bay sẽ rút ngắn cuộc sống của bạn gấp nhiều lần một phần nhỏ của giây mà bạn có được.
Trong thuyết tương đối, mỗi người quan sát sẽ đo thời gian khác nhau. Điều này có thể dẫn đến nghịch lý anh em sinh đôi (twin paradox).
Một người trong cặp anh em sinh đôi (a) trong một phi thuyền thám hiểm không gian chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng (c) trong khi người anh em của anh ta (b) vẫn trên mặt đất.
Vì thời gian của (a) trong phi thuyền chậm hơn thời gian của (b) trên trái đất. Nên khi người (a) trở về (a2) anh ta sẽ thấy người anh em của anh ta trên trái đất (b2) già hơn anh ta.
Giả thuyết của Einstein cho rằng các định luật khoa học xuất hiện như nhau đối với tất cả các người quan sát chuyển động tự do là cơ sở của thuyết tương đối. Gọi như vậy vì nó ngụ ý rằng chỉ có chuyển động tương đối là quan trọng. Vẻ đẹp và sự đơn giản của giả thuyết này đã thuyết phục rất nhiều các nhà tư tưởng, tuy nhiên, vẫn có rất nhiều các ý kiến trái ngược. Einstein đã vứt bỏ hai khái niệm tuyệt đối của khoa học thế kỷ 19: đứng yên tuyệt đối – đại diện là ê-te và thời gian tuyệt đối và phổ quát mà tất cả các đồng hồ đo được. Rất nhiều người thấy rằng đây là một khái niệm không bình thường. Họ hỏi, giả thuyết ngụ ý rằng tất cả mọi thứ đều tương đối, rằng không có một tiêu chuẩn đạo đức tuyệt đối? Sự bứt rứt này tiếp diễn trong suốt những năm 20 và 30 của thế kỷ 20. Khi Einstein được trao giải Nobel vào năm 1921 về một công trình kém quan trọng hơn cũng được ông cho ra đời vào năm 1905. Lúc đó, thuyết tương đối không được nhắc đến vì nó vẫn còn gây nhiều tranh cãi (đến bây giờ tôi vẫn nhận được vài ba bức thư hàng tuần nói rằng Einstein đã sai). Tuy vậy, hiện nay, các nhà vật lý hoàn toàn chấp nhận thuyết tương đối, và các tiên đoán của nó đã được kiểm chứng trong vô vàn ứng dụng.
Mặc dù nó có vẻ chống lại cảm nhận chung của chúng ta, rất nhiều thí nghiệm chứng minh rằng trong kịch bản này, người du hành vũ trụ sẽ trẻ hơn người còn lại.
Một phi thuyền đi ngang qua trái đất từ trái sang phải với vận tốc bằng bốn phần năm vận tốc ánh sáng. Một xung ánh sáng phát ra từ cabin và phản xạ lại ở đầu kia (a). Người trên trái đất nhìn ánh sáng trên phi thuyền. Vì phi thuyền chuyển động nên hai ngưới sẽ quan sát khoảng cách mà ánh sáng đã đi được khi phản xạ lại không bằng nhau (b). Và với họ thời gian mà ánh sáng dùng để truyền cũng không bằng nhau, vì theo giả thuyết của Ein-stein, tốc độ ánh sáng là như nhau đối với tất cả các người quan sát chuyển động tự do.
Một hệ quả quan trọng của thuyết tương đối là hệ thức giữa khối lượng và năng lượng. Giả thiết của Einstein về tốc độ của ánh sáng là như nhau đối với tất cả các người quan sát ngụ ý rằng không có gì có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Nếu ta dùng năng lượng để gia tốc một vật nào đó, dù là một hạt hay một tàu vũ trụ, thì khối lượng của vật đó sẽ gia tăng cùng với tốc độ và do đó sẽ khó có thể gia tốc thêm được nữa. Ta không thể gia tốc một hạt đến tốc độ ánh sáng vì ta cần một năng lượng lớn vô cùng để làm điều đó. Khối lượng và năng lượng là tương đương và điều đó được tổng kết trong một phương trình nổi tiếng E = mc 2. Có lẽ đây là phương trình vật lý duy nhất mà chúng ta có thể nhìn thấy nó được viết trên đường phố. Một trong số các hệ quả của phương trình trên là hạt nhân của nguyên tử Uranium phân rã thành 2 hạt nhân nhỏ hơn có tổng khối lượng nhỏ hơn khối lượng của hạt nhân ban đầu, việc này sẽ giải tỏa một năng lượng vô cùng lớn.
Vào năm 1939, khi mà khả năng một cuộc chiến tranh thế giới nữa đang lờ mờ xuất hiện, một nhóm các nhà khoa học đã nhận ra tầm quan trọng và đã thuyết phục Einstein vượt qua sự lưỡng lự của bản thân để điền tên của ông vào một bức thư gửi Tổng thống Roosevelt nhằm thúc giục Hoa Kỳ khởi động chương trình nghiên cứu hạt nhân Việc này dẫn đến dự án Manhattan và kết quả của nó là 2 quả bom nguyên tử được ném xuống Hiroshima và Nagasaki vào năm 1945. Một số người đã đổ tội cho Einstein về bom nguyên tử bởi vì ông đã khám phá ra mối liên hệ giữa khối lượng và năng lượng; nhưng điều này giống như là đổ tội cho Newton đã gây ra các vụ tai nạn máy bay vì đã phát hiện ra định luật hấp dẫn.
Sau các bài báo gây chấn động vào năm 1905, Einstein trở lên nổi tiếng trên thế giới. Nhưng đến tận năm 1909 ông mới được mời vào làm việc tại trường đại học Zurich và do đó, ông có thể từ bỏ công việc ở văn phòng sáng chế Thụy Sỹ. Hai năm sau, ông chuyển sang đại học Đức ở Prague, nhưng ông quay trở lại Zurich vào năm 1912, nhưng lần này ông về trường Bách khoa liên bang. Mặc dù chủ nghĩa bài Do thái (anti-semitism) đang phổ biến ở châu Âu, ngay cả ở trong các trường đại học, nhưng ông vẫn là một tài sản quý của trường đại học. Có nhiều đề nghị làm việc đến từ Vienna và Utrecht, nhưng ông đã chấp nhận một vị trí ở Viện hàn lâm khoa học Prussian ở Berlin vì ở đó ông không phải đảm nhiệm công việc giảng dạy. Ông chuyển đến Berlin vào tháng 4 năm 1914 và sau đó ít lâu vợ và hai con của ông cũng chuyển đến đó với ông. Cuộc hôn nhân của ông gặp nhiều sóng gió, do vậy, vợ và các con ông nhanh chóng trở lại Zurich. Mặc dầu thỉnh thoảng ông vẫn trở lại thăm họ nhưng cuối cùng cuộc hôn nhân của họ cũng tan vỡ. Sau đó Einstein lấy một người em họ tên là Elsa sống ở Berlin. Trong những năm chiến tranh ông đã sống độc thân và không có ràng buộc về gia đình, có lẽ chính vì thế đây là thời kỳ thăng hoa nhất của ông về mặt khoa học.
Mặc dầu thuyết tương đối rất phù hợp với các định luật điện và từ nhưng nó lại không tương hợp với định luật hấp dẫn của Newton. Định luật của Newton nói rằng nếu một lượng vật chất trong một vùng của không gian bị thay đổi thì trường hấp dẫn mà nó tạo ra trong toàn vũ trụ cũng thay đổi ngay lập tức. Điều này có nghĩa là người ta có thể gửi các tín hiệu nhanh hơn ánh sáng (mâu thuẫn với thuyết tương đối); để hiểu tức thời có nghĩa là gì, người ta lại cần đến khái niệm thời gian tuyệt đối và phổ quát, chính điều này lại loại bỏ thời gian cá nhân.
Bức thư tiên đoán của Einstein gửi tổng thống Roos-evelt năm 1939 “Trong thời gian bốn tháng qua, thông qua các công trình của Joliot ở Pháp cũng như Fermi và Szilard ở Hoa Kỳ, chúng ta có thể xây dựng một phản ứng hạt nhân với một khối lượng lớn Urani-um, nhờ đó mà sinh ra một nguồn năng lượng lớn. Bây giờ, chúng ta có thể làm điều này trong một tương lai gần. Mặc dù chưa chắc chắn, nhưng hiện tượng mới này có khả năng dẫn đến việc tạo ra các quả bom có sức công phá cực lớn.”
Nếu phản ứng này tự duy trì thì nó được gọi là “tới hạn” và khối lượng U-235 được gọi là khối lượng tới hạn.
Năm 1907, Einstein nhận ra khó khăn này khi ông còn làm việc ở văn phòng sáng chế ở Bern, nhưng phải đến khi ông ở Prague vào năm 1911 ông mới suy nghĩ về vấn đề này một cách nghiêm túc. Ông nhận ra rằng có một mối liên hệ mật thiết giữa gia tốc và trường hấp dẫn. Một người nào đó ở trong một cái hộp đóng kín như là trong một cái thang máy chẳng hạn không thể nhận biết được cái hộp đó đang đứng yên trong trường hấp dẫn của trái đất hay đang bị gia tốc bởi một tên lửa trong không gian (tất nhiên lúc này là trước kỷ nguyên của Star Trek, và Einstein nghĩ về những người đứng trong thang máy hơn là về những con tàu vũ trụ). Nhưng người ta không thể gia tốc hoặc rơi tự do lâu được trong cái thang máy trước khi tai nạn xảy ra!
Nhưng khi ông quay lại Zurich vào năm 1912, ông đã có một bước đột phá khi nhận ra rằng sự tương ứng đó là đúng nếu hình dáng của không thời gian bị bẻ cong chứ không thẳng như người ta vẫn nghĩ cho tới thời điểm đấy. Ý tưởng của ông là khối lượng và năng lượng.
Nếu trái đất phẳng thì người ta có thể giải thích bằng một trong hai cách tương đương sau: quả táo rơi xuống đầu Newton do lực hấp dẫn hoặc do Newton gia tốc lên phía trên. Sự tương đương này không còn đúng khi trái đất hình cầu vì những người ở mặt kia của trái đất sẽ rời xa nhau. Einstein đã giải quyết bài toán này bằng việc giả thiết không gian và thời gian bị cong đã làm cong không thời gian theo một cách có thể xác định được. Các vật thể như là quả táo hoặc là hành tinh sẽ cố gắng chuyển động thẳng trong không thời gian, nhưng quỹ đạo của chúng sẽ bị bẻ cong bởi một trường hấp dẫn do không thời gian bị cong.
Lý thuyết mới về sự cong của không thời gian được gọi là thuyết tương đối rộng để phân biệt với lý thuyết ban đầu không có lực hấp dẫn được mọi người biết đến với cái tên là thuyết tương đối hẹp. Lý thuyết này được khẳng định trong một thí nghiệm rất ấn tượng vào năm 1919, trong một cuộc thám hiểm của các nhà khoa học người Anh về phía Tây châu Phi đã quan sát được độ lệch rất nhỏ của ánh sáng đến từ một ngôi sao đi gần mặt trời trong quá trình nhật thực. Đây là một bằng chứng trực tiếp cho thấy rằng không thời gian bị bẻ cong, và nó đã khích lệ sự thay đổi lớn nhất của con người trong nhận thức của chúng ta về vũ trụ mà chúng ta đang sống từ khi Euclid viết cuốn sách Hình học cơ sở vào khoảng 300 năm trước Công nguyên.
Thuyết tương đối rộng của Einstein đã biến không thời gian từ vai trò là một khung nền thụ động trong đó các hiện tượng xảy ra trở thành một tác nhân chủ động trong chuyển động của vũ trụ. Điều đó dẫn tới một bài toán rất lớn và là mối quan tâm hàng đầu của vật lý ở thế kỷ 20. Vũ trụ tràn đầy vật chất và vật chất bẻ cong không thời gian theo một cách làm cho các vật thể rơi vào nhau. Einstein thấy rằng các phương trình của ông không có nghiệm mô tả một vũ trũ tĩnh tại và không thay đổi theo thời gian. Thay vì việc từ bỏ một vũ trụ vĩnh cửu mà ông và phần lớn những người khác tin, ông đã thêm vào một số hạng gọi là hằng số vũ trụ một cách khiên cưỡng. Hằng số này làm cong không thời gian theo hướng ngược lại, do đó, các vật thể sẽ chuyển động ra xa nhau. Hiệu ứng đẩy của hằng số vũ trụ có thể cân bằng với hiệu ứng hút của vật chất, cho phép ông thu được một vũ trụ tĩnh tại. Đây là một trong những cơ may bị mất đáng tiếc nhất trong vật lý lý thuyết. Nếu Einstein dừng lại ở các phương trình ban đầu của ông, ông có thể tiên đoán rằng vũ trụ sẽ giãn nở hoặc co lại. Khả năng vũ trụ thay đổi theo thời gian chỉ được xem xét một cách nghiêm túc cho đến khi có được những quan sát thu được từ kính thiên văn 2,5 m đặt trên đỉnh Wilson vào những năm 1920.
Những quan sát này cho thấy rằng các thiên hà ở càng xa nhau thì chuyển động ra xa nhau càng nhanh. Vũ trụ đang giãn nở với khoảng cách giữa 2 thiên hà tăng dần theo thời gian. Phát hiện này đã loại bỏ sự có mặt của hằng số vũ trụ để có được một vũ trụ tĩnh. Sau này Einstein nói rằng hằng số vũ trụ là sai lầm lớn nhất của đời ông. Tuy vậy, ngày nay, người ta thấy rằng hằng số vũ trụ hoàn toàn không phải là một sai lầm: những quan sát gần đây sẽ được mô tả trong chương 3 gợi ý rằng thực ra là có một hằng số vũ trụ có giá trị rất nhỏ.
Thuyết tương đối rộng đã làm thay đổi hoàn toàn việc bàn luận nguồn gốc và số phận của vũ trụ. Một vũ trụ tĩnh tại có thể tồn tại mãi mãi hoặc có thể được tạo ra với hình dạng hiện nay của nó tại một thời điểm trong quá khứ. Tuy vậy, nếu bây giờ các thiên hà đang rời xa nhau, điều đó có nghĩa là trong quá khứ chúng đã từng rất gần nhau. Khoảng 15 tỷ năm trước đây, chúng đã từng chập lại với nhau và mật độ rất lớn. Trạng thái này được một linh mục Công giáo tên là Georges Lemaitre, người đầu tiên nghiên cứu về nguồn gốc của vụ trụ gọi là “nguyên tử nguyên thủy” mà ngày nay chúng ta gọi là vụ nổ lớn.
Thậm chí Einstein còn miễn cưỡng hơn thừa nhận rằng thuyết tương đối rộng tiên đoán thời gian sẽ kết thúc đối với các ngôi sao nặng khi chúng ở giai đoạn cuối của cuộc đời và khi chúng không còn đủ nhiệt lượng để cân bằng với lực hấp dẫn của bản thân chúng. Lực hấp dẫn này đang cố làm chúng nhỏ đi. Einstein nghĩ rằng, các ngôi sao như vậy sẽ kết thúc cuộc đời ở một trạng thái cuối cùng, nhưng ngày nay chúng ta biết rằng sẽ không có trạng thái cuối cùng cho các ngôi sao có khối lượng lớn hơn hai lần khối lượng mặt trời. Các ngôi sao như vậy sẽ tiếp tục co lại cho đến khi chúng trở thành các hố đen, những vùng mà không thời gian bị bẻ cong đến nỗi ánh sáng không thể thoát ra khỏi đó được.
Penrose và tôi cho thấy rằng thuyết tương đối rộng tiên đoán thời gian sẽ kết thúc trong một hố đen, đối với bản thân ngôi sao và đối với một nhà du hành vũ trụ không may bị rơi vào nó. Nhưng cả điểm khởi đầu và kết thúc của thời gian là những nơi mà các phương trình của thuyết tương đối rộng không thể được xác định. Do đó, lý thuyết không tiên đoán được cái gì tham gia vụ nổ lớn. Một số người thấy rằng đây là biểu hiện cho tự do của Chúa sáng tạo thế giới theo bất kỳ cách nào mà ngài muốn, nhưng những người khác (trong đó có tôi) cảm thấy rằng sự khởi đầu của vũ trụ cũng được điều khiển bởi các định luật khoa học mà điều khiển vũ trụ tại các thời điểm sau khi vũ trụ hình thành. Chúng ta đã đạt được một số tiến bộ trong vấn đề này, như sẽ được mô tả trong chương 3, nhưng chúng ta vẫn chưa hiểu hoàn toàn nguồn gốc của vũ trụ.
Lý do mà thuyết tương đối không còn đúng tại thời điểm vụ nổ lớn là thuyết tương đối không tương hợp được với lý thuyết lượng tử, một cuộc cách mạng khác về tư tưởng vào thời điểm đầu thế kỷ 20. Bước đầu tiến tới thuyết lượng tử được thực hiện vào năm 1900, khi Max Plank ở Berlin khám phá ra rằng bức xạ phát ra từ các vật thể nóng đỏ có thể được giải thích nếu ánh sáng chỉ có thể được phát ra hoặc bị hấp thụ theo những lượng rời rạc được gọi là các lượng tử (quanta). Một trong số các bài báo cách mạng của ông được viết năm 1905, khi ông còn làm việc ở văn phòng sáng chế, Einstein đã chứng minh rằng giả thuyết lượng tử của Plank có thể giải thích một hiệu ứng gọi là hiệu ứng quang điện, trong hiệu ứng này, các kim loại sẽ phát ra các điện tử khi bị ánh sáng chiếu vào. Hiệu ứng là là cơ sở của các đầu thu ánh sáng và vô tuyến, và cũng nhờ công trình này Einstein được trao giải Nobel vật lý.
Einstein tiếp tục nghiên cứu lý thuyết lượng tử cho đến những năm 1920, nhưng ông rất băn khoăn về công trình của Heisenberg ở Copenhagen, Paul Dirac ở Cambridge và Erwin Schrodinger ở Zurich, đó là những người đã phát triển một bức tranh mới về thực tại được gọi là cơ học lượng tử. Những hạt tí hon không còn có vị trí và tốc độ chính xác nữa. Thay vào đó, nếu người ta xác định vị trí của hạt càng chính xác bao nhiêu thì người ta càng khó xác định vận tốc của nó bấy nhiêu và ngược lại. Einstein rất khó chịu về những yếu tố ngẫu nhiên, bất định trong các định luật cơ bản và ông chưa bao giờ chấp nhận hoàn toàn cơ học lượng tử. Suy nghĩ của ông được thể hiện trong câu châm ngôn “Chúa không chơi trò xúc sắc”. Tuy vậy, phần lớn các nhà khoa học chấp nhận tính đúng đắn của lý thuyết lượng tử mới này bởi vì chúng đã giải thích được một loạt các hiện tượng khó hiểu trước đó và rất phù hợp với các quan sát. Các quy luật lượng tử là cơ sở cho sự phát triển của hóa học, sinh học phân tử, và điện tử hiện đại và là cơ sở cho nền công nghệ đã thay đổi thế giới trong 50 năm qua.
Ngôi sao đang đốt cháy nhiên liệu hạt nhân làm cong không thời gian xung quanh nó.
Khi ngôi sao co lại thì độ cong tăng lên
Thời gian sẽ kết thúc trong một hố đen.
Tháng 12 năm 1932, nhận thấy Đức quốc xã và Hitler sắp lên nắm quyền, Einstein rời nước Đức và 4 tháng sau đó ông từ bỏ quyền công dân để giành trọn 20 năm cuộc đời còn lại của mình cho Viện nghiên cứu cấp cao ở Princeton, bang New Jersey.
Ở Đức, đảng Quốc xã đã tiến hành một chiến dịch chống lại “khoa học Do thái” và vì rất nhiều các nhà khoa học Đức là người Do thái, nên đây cũng là một nguyên nhân làm cho người Đức không chế tạo được bom nguyên tử. Einstein và thuyết tương đối của ông là đối tượng chính của chiến dịch này. Khi được hỏi về một cuốn sách được xuất bản với tiêu đề 100 tác giả chống lại Einstein thì ông trả lời: “Tại sao lại một trăm? Nếu tôi sai thì một cũng đủ”. Sau thế chiến hai, ông thúc giục các nước đồng minh thiết lập một tổ chức quốc tế kiểm soát bom nguyên tử. Năm 1948, ông được mời làm tổng thống của nhà nước Israel non trẻ nhưng ông đã từ chối. Một lần ông nói: “Chính trị là nhất thời, chỉ có các phương trình mới là vĩnh cửu”. Các phương trình thuyết tương đối của Einstein là tấm bia ghi nhận công lao của ông. Chúng sẽ tồn tại mãi mãi cùng vũ trụ.
Trong vài trăm năm qua, thế giới đã thay đổi nhiều hơn bất kỳ thế kỷ nào trước đó. Nguyên nhân không phải là các thành tựu về kinh tế hay chính trị mà là sự phát triển vượt bậc về công nghệ được xây dựng trên nền khoa học cơ bản. Vậy thì ai xứng đáng là biểu tượng cho sự tiến bộ đó hơn Einstein?
CHIA SẺ BÀI VIẾT
Lý Thuyết Mới Về Lực Hấp Dẫn
[Chanhkien.org] Nhiều người đã nghe chuyện kể rằng khi Newton đang ngồi dưới gốc cây táo để suy nghĩ, thì đột nhiên một quả táo rơi trúng đầu ông và ông phát hiện ra lý thuyết về lực hấp dẫn. Nhưng sau một thời gian dài, các nhà vật lý học biết rằng lực hấp dẫn là một định luật vật lý rất kỳ lạ. So với những lực tương tác cơ bản khác, lực hấp dẫn khó nghiên cứu hơn. Giờ đây lý do cho sự khác thường này đã có thể được giải đáp: lực hấp dẫn không phải là một lực tương tác cơ bản, thay vào đó có thể là nó được dẫn xuất từ một lực khác cơ bản hơn.
Giáo sư Eric Verlinde, 48 tuổi, một nhà lý thuyết dây đáng kính và là giáo sư vật lý học tại Viện Vật lý Lý thuyết thuộc trường Đại học Amsterdam đã đưa ra một thuyết mới về lực hấp dẫn được đăng tải trên Thời báo New York số ra ngày 12 tháng 7 năm 2010. Ông đã lập luận trong một bài báo gần đây, có nhan đề “Bàn về nguồn gốc của lực hấp dẫn và các định luật của Newton”, rằng lực hấp dẫn là một kết quả của các định luật động lực học. Làm đảo ngược lý luận trong 300 năm của nền khoa học, lời khẳng định của ông rằng lực hấp dẫn là một ảo giác đã làm dấy lên sự náo động không ngừng trong giới vật lý học, hay ít ra là đối với những ai tuyên bố là đã hiểu nó.
“Đối với tôi, lực hấp dẫn không hề tồn tại”, tiến sĩ Verlinde cho biết. Điều này không có nghĩa là ông sẽ không thất bại, nhưng tiến sĩ Verlinde, cùng với một số nhà vật lý học khác, nghĩ rằng khoa học đã và đang nhìn nhận lực hấp dẫn theo một cách sai lầm và rằng lực hấp dẫn đã “nảy sinh” từ một lực nào đó cơ bản hơn, cũng như cái cách mà thị trường chứng khoán nảy sinh từ việc tập hợp các nhà đầu tư riêng lẻ, hay tính đàn hồi được sinh ra từ các cơ chế của nguyên tử.
Lý thuyết của Tiến sĩ Verlinde cho rằng lực hấp dẫn thực chất là lực entrôpi. Một vật chuyển động xung quanh các vật thể nhỏ khác sẽ làm thay đổi sự xáo trộn xung quanh các vật thể đó và sẽ cảm thấy như có lực hấp dẫn. Dựa trên ý tưởng này trong lý thuyết toàn ảnh ( Holography), ông có thể suy ra định luật II Newton của cơ học. Ngoài ra, lý thuyết của ông về tính chất vật lý của khối lượng quán tính cũng là một khái niệm mới. Bài thuyết trình của ông: “Nguồn gốc của trọng lực và các định luật Newton” có thể được tìm thấy tại: http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1001/1001.0785v1.pdf
Nhiều nhà vật lý cho rằng lý thuyết của Tiến sĩ Verlinde thiếu thuyết phục. Như vậy, trọng lực là gì? Ông Lý Hồng Chí, người sáng lập Pháp Luân Công, đã nói trong “Giảng Pháp tại Pháp hội Canada 2001“:
“Vậy tại sao lại có hiện tượng mà người ta giảng là lực vạn vật hấp dẫn ấy? Bởi vì hết thảy các sinh mệnh và vật chất tại trái đất và trong Tam Giới, kế cả không khí, nước, bao gồm hết thảy những vật thể tồn tại trong tam giới đều do những lạp tử của các tầng trong Tam Giới cấu thành nên; có quan hệ liên đới giữa các loại lạp tử của các tầng. Loại liên đới này trong tam giới có thể khi chịu lực kéo liền duỗi ra hoặc di động; nói cách khác, [nếu] chư vị kéo nó, nó giống như cái dây chun, [nó] có thể duỗi ra; buông [tay] ra nó lại trở về như cũ. Nói cách khác, giữa những lạp tử với nhau có một phương thức để ổn định cơ bản; điều ấy tạo thành điều mà chư vị đưa một vật thể nào đi nữa trong môi trường của trái đất thì nó đều quay về mặt đất.”
Nghiên cứu vũ trụ trong khoa học hiện đại về cơ bản là dựa trên lý thuyết về trọng lực. Nếu trọng lực không tồn tại, nhận thức của chúng ta về thiên hà và các cấu trúc của vũ trụ có thể là sai. Đây có thể là lý do tại sao các nhà thiên văn học thường cảm thấy khó khăn để giải thích sự hoạt động của lực hút giữa các thiên thể xa xôi và phải đưa ra khái niệm “vật chất tối” để giúp cân bằng các phương trình. Một lý thuyết mới về trọng lực có thể làm sáng tỏ một số vấn đề vũ trụ gây nhiều tranh cãi giữa các nhà vật lý học, như năng lượng tối, một loại chống lại lực hấp dẫn mà dường như làm tăng nhanh tốc độ giãn nở của vũ trụ, hay các vật chất tối được cho cần thiết gắn kết các thiên hà với nhau. Điều đó có thể là động lực để các nhà khoa học tìm kiếm một sự hiểu biết mới về vũ trụ.
“Từ lâu chúng tôi đã được biết lực hấp dẫn không tồn tại,” Tiến sĩ Verlinde nói: “Đã đến lúc phải nói lên điều đó.”
http://www.nytimes.com/2010/07/13/science/13gravity.html http://www.thestar.com/news/world/article/837805-new-theory-of-gravity-challenges-our-understanding-of-the-universe
Dịch từ:
http://zhengjian.org/zj/articles/2010/8/1/67647.htmlhttp://pureinsight.org/node/6004
Lý Thuyết Vị Trí Tương Đối Của Hai Đường Tròn Toán 9
Khi đó $left( O right)$ và $left( {O’} right)$ có hai điểm chung và đường nối tâm là đường trung trực của đoạn $AB$.
Hệ thức liên hệ $R – r < OO’ < R + r$
Trường hợp 2: Hai đường tròn tiếp xúc
Khi đó $A$ nằm trên đường nối tâm và $OO’ = R – r$.
Khi đó $A$ nằm trên đường nối tâm và $OO’ = R + r$.
Trường hợp 3: Hai đường tròn không giao nhau
+) Hai đường tròn đựng nhau
Ta có $OO’ < R – r$
+) Hai đường tròn đồng tâm
Ta có $OO’ = 0$.
Ta có bảng sau
Sự liên hệ giữa vị trí của hai đường tròn với đoạn nối tâm $d$ và các bán kính $R$ và $r$
b. Tính chất đường nối tâm
Đường nối tâm là trục đối xứng của hình tạo bởi hai đường tròn. Từ đó suy ra :
– Nếu hai đường tròn tiếp xúc nhau thì tiếp điểm nằm trên đường nối tâm.
– Nếu hai đường tròn cắt nhau thì đường nối tâm là đường trung trực của dây chung.
c. Tiếp tuyến chung của hai đường tròn
Tiếp tuyến chung của hai đường tròn là đường thẳng tiếp xúc với cả hai đường tròn đó.
Ví dụ: Hai đường tròn (O) và (O’) cắt nhau thì có hai tiếp tuyến chung là hai đường thẳng $d_1$ và $d_2$ (hình vẽ)
2. Các dạng toán thường gặp
Dạng 1: Các bài toán có hai đường tròn tiếp xúc với nhau Phương pháp:
Sử dụng tính chất hai đường tròn tiếp xúc:
+ Tiếp điểm nằm trên đường nối tâm
+) Hệ thức (d = R + r)
Khi làm có thể vẽ tiếp tuyến chung của hai đường tròn (nếu cần)
Dạng 2: Các bài toán có hai đường tròn cắt nhau Phương pháp:
Nối dây chung của hai đường tròn rồi dùng tính chất đường nối tâm của hai đường tròn
Hệ thức liên hệ : $R-r < d < R + r$
Dạng 3: Các bài toán tính độ dài, diện tích Phương pháp:
Sử dụng tính chất đường nối tâm, tính chất tiếp tuyến.
Sử dụng định lý Pytago và hệ thức lượng trong tam giác vuông.
Cập nhật thông tin chi tiết về Thuyết Tương Đối Rộng: Sự Hấp Dẫn Trước Einstein trên website 2atlantic.edu.vn. Hy vọng nội dung bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu của bạn, chúng tôi sẽ thường xuyên cập nhật mới nội dung để bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!