Tài nguyên dạy học

Điều tra ý kiến

Bạn thấy trang này như thế nào?
Đẹp
Đơn điệu
Bình thường
Ý kiến khác

Thống kê

  • truy cập   (chi tiết)
    trong hôm nay
  • lượt xem
    trong hôm nay
  • thành viên
  • Ảnh ngẫu nhiên

    Bia_sach.jpg Bia_sach_PP_va_Phuong_phap_giai_toan_vat_ly.jpg Flash_thiep12.swf 0.Cfe_muoi!.swf Xuan_da_ve.swf Photo0169.jpg Photo01651.jpg Photo0165.jpg Photo0187.jpg Photo0230.jpg Photo0206.jpg Photo0208.jpg Marie-Curie-tn.jpg Newton.jpg New_Image.jpg Tinh_yeu_hay_quay_ve_Nhac_tre1.swf Thiep.swf Hai_mua_Noel.mp3 We_wish_you_a_merry_Christmas.mp3 0.bien_nghin_thu_o_lai.swf

    Sắp xếp dữ liệu

    Chào mừng quý vị đến với Website của Lê Thanh Sơn.

    Quý vị chưa đăng nhập hoặc chưa đăng ký làm thành viên, vì vậy chưa thể tải được các tư liệu của Thư viện về máy tính của mình.
    Nếu đã đăng ký rồi, quý vị có thể đăng nhập ở ngay ô bên phải.
    Gốc > Bài viết > Giới thiệu bản thân >

    Thuyết tương đối

    Trong 5 bài báo công bố năm 1905, hai bài cuối cùng được gộp chung trong một tên gọi – thuyết tương đối. Dù từ đó đến cuối đời, Anhxtanh còn đưa ra nhiều công trình nghiên cứu đồ sộ làm chấn động nền khoa học, song chỉ thuyết tương đối mới là tinh hoa nhất của sức sáng tạo, sản phẩm thăng hoa nhất của một trí tuệ siêu phàm. Khi nói đến Anhxtanh phải nói đến thuyết tương đối, và ngược lại, khi nói về thuyết tương đối không ai quên nhắc tên tuổi Anhxtanh.
    Thuyết tương đối có hai phần gần như riêng biệt. Phần thứ nhất (bài báo thứ 4) là nội dung chủ yếu, sẽ được trình bày trong phần này. Đó là quan niệm của Anhxtanh về không gian và thời gian và người ta còn nói đó là Vũ trụ Anhxtanh.
    Học thuyết tương đối ra đời vào thời kỳ khủng hoảng trong lịch sử vật lý, khi Vũ trụ Niutơn với quan niệm không gian tuyệt đối, thời gian tuyệt đối và các nguyên lý cơ học cổ điển khác của Niutơn và thậm chí cả những nguyên lý của nhiệt và điện động lực cổ điển nữa cũng không còn khả năng giải thích các hiện tượng thiên nhiên quan sát được bởi những thiết bị chính xác và hiện đại. Rồi giả thiết về sự tồn tại “chất ête” choán đầy vũ trụ và luôn đứng yên tuyết đối không còn cần thiết nữa trong vai trò là môi trường truyền sóng điện từ, sóng ánh sáng, và thực tế cũng chưa ai tìm thấy dấu vết của cái chất ête này ở nơi nào. Tình hình đến mức nhà vật lý nổi tiếng Poanhcarê phải thốt lên: đã có “những dấu hiệu của một cuộc khủng hoảng nghiêm trọng”, hoặc rằng “trước mắt chúng ta là đống đổ nát của những nguyên lý cũ kỷ, là sự tan rã hoàn toàn của các nguyên lý đó”.
    Điều kiện để Anhxtanh đưa ra thuyết tương đối của mình đã chín muồi. Thực ra, trước đó, Poanhcarê và Lorenxơ đ có những bước đi dọn đường, nhưng đáng tiếc họ không đi đến tận cùng, họ xem những đề xuất của mình liên quan thuyết tương đối chỉ là phương tiện tính toán, là thuần tuý toán học, mặt khác vẫn thừa nhận các quy luật của vật lý cổ điển, vẫn xem ête có vai trò không thể thiếu v.v…Chỉ Anhxtanh, bằng trí tưởng tượng siêu việt, trực giác và sự mạnh mẽ có tính đột phá thiên bẩm, mới dựng lên một thuyết tương đối hoàn chỉnh. Mở đầu công trình thuyết tương đối, ông lập luận rằng không những trong cơ học mà cả trong điện động lực nữa không có có chỗ cho quan niệm đứng yên tuyệt đối và chuyển động tuyệt đối. Và như vậy sự tồn tại một chất ête đứng yên tuyệt đối là sai trái. Tiếp theo, Anhxtanh đưa ra hai nguyên lý cơ bản. Một là, mọi định luật vật lý như nhau trong mọi hệ quán tính (những hệ toạ độ chuyển động thẳng đều). Hai là, vận tốc ánh sáng trong chân không là như nhau không phụ thuộc nguồn sáng chuyển động như thế nào.
    Từ đó, với các công cụ toán học hiện đại, Anhxtanh đã dẫn đến những hệ quả hết sức quan trọng làm đảo lộn những quan niệm ngự trị bao đời nay. Một là, không gian là tương đối, tức nếu quan sát từ một vị trí đứng yên, thì một vật chuyển động (chẳng hạn một cái thước đặt trên con tàu vũ trụ) bị co ngắn lại so với lúc nó đứng yên. Dĩ nhiên, sự co giãn đó vô cùng bé, chỉ có thể phát hiện trong chuyển động với vận tốc rất lớn gần với vận tốc ánh sáng. Hai là, thời gian cũng có tính tương đối, tức trên một vật chuyển động thì thời gian trôi nhanh hơn khi vật đứng yên. Có thể lấy hoạt động của một máy ghi âm để minh hoạ. Giả dụ có một cuộn băng có độ dài phát tiếng là một giờ. Theo thuyết tương đối, khi mở máy trên một con tàu vũ trụ để nghe hết cuộn băng, đồng hồ đặt trên con tàu sẽ đo được cũng đúng một giờ, nhưng đồng hồ ở mặt đất theo dõi sẽ đo được hơn một giờ!
    Ngoài những biểu thức mô tả tính tương đối của không gian và thời gian, Anhxtanh còn đưa ra một loạt biểu thức quan trọng khác về cộng vận tốc; biến đổi điện từ trường; sự phụ thuộc khối lượng hạt điện tích vào vận tốc; sự chuyển động của electron trong điện từ trường v.v…, đặc biệt chứng minh rằng vận tốc ánh sáng trong chân không là một vận tốc giới hạn mà không có một vật thể bất kỳ nào chuyển động với vận tốc lớn hơn.
    Tầm vóc lớn lao của thuyết tương đối quả đã vượt khỏi phạm vi vật lý, phạm vi khoa học tự nhiên, vì rằng học thuyết của Anhxtanh không chỉ làm chao đảo tận gốc nền móng vật lý, nền móng khoa học của nhân loại mà thực sự tác động sâu sắc đến thế giới quan; một nền tảng của triết học, những giá trị văn hoá tinh thần vốn tích tụ và cắm sâu vào nhận thức và cuộc sống của nhân loại suốt mấy nghìn năm. Vì vậy, kể từ khi xuất hiện kết luận của Copecnic (1473-1543) bác bỏ quan niệm “trái đất là trung tâm vũ trụ”, chưa hề có một học thuyết khoa học nào đủ sức nặng làm “chao đảo thế giới”; được đông đảo công chúng quan tâm, bàn tán, tranh cãi, khen chê, ngưỡng mộ như thuyết tương đối. Chỉ từ 1905 đến năm 1924, người ta thống kê được khoảng 4000 bài báo và cuốn sách luận bàn về học thuyết của Anhxtanh. Rồi một thế kỷ trôi qua, thuyết tương đối càng chứng tỏ sự đúng đắn, càng toả ánh hào quang và ảnh hưởng càng lớn lao hơn trong sự phát triển của nền văn minh nhân loại.
    Quà tặng của thế kỷ 20: Năng lượng nguyên tử
    Phần thứ hai của thuyết tương đối chính là công trình “nhỏ”, thứ 5, cuối cùng, Anhxtanh mang đến tạp chí “Biên niên sử vật lý học” trong năm 1905. Một hình ảnh thật đáng ghi nhớ: một chàng trai đầu tóc rối bù, áo quần nhàu cũ, tay cầm cuộn giấy khoảng 30 trang, đến gặp chủ nhiệm của Annalen der Physik ở Munich. Ai có thể ngờ được, chính bài báo đó chứa đựng những ý tưởng thiên tài, đề cập đến sự tương quan giữa năng lượng (ký hiệu E) và khối lượng (ký hiệu M) bằng một phương trình đơn giản và đẹp đẽ mà ý nghĩa sâu sắc vô cùng về mặt khoa học và thực tiễn, phương trình:
    E = MC2
    Giải thích một cách giản đơn, phương trình trên chứng minh rằng: năng lượng của một vật bằng khối lượng của nó nhân với bình phương tốc độ ánh sáng. Theo phương trình này, nếu con người tìm ra được một phép thần, thì một kilôgam nhiên liệu bất kỳ nào đó cũng có thể thay thế cho toàn bộ nhiên liệu của tất cả các nhà máy phát điện tại Mỹ vào thời đầu thế kỷ 20, trong vòng một tháng. Không ngờ, chỉ non 4 thập kỷ, phép thần đó đã được tìm ra: phản ứng phân hạch hạt nhân đã xẩy ra trong lò phản ứng. Và thứ nhiên liệu đầu tiên được sử dụng là nguyên tố Uranium. Thực nghiệm xác định được: chỉ một hạt nhân Uranium-235 cũng giải phóng được năng lượng khoảng 200 MeV; gần đúng như tính toán theo phương trình Einstein. Điều này có nghĩa rằng, nếu 1 gam U235 được phân hạch hoàn toàn sẽ toả ra lượng nhiệt cực lớn, tương đương đốt cháy 1,9 Tấn dầu xăng hay 1 kilôgam U235 đủ cung cấp lượng điện 25 triệu triệu (trillions) kilôwatt-giờ.
    Dự báo thiên tài của Einstein về một nguồn năng lượng mới vô cùng lớn đã được thể hiện trong cuộc sống hơn nửa thế kỷ nay. Giờ đây, trên toàn thế giới đã có hàng trăm Nhà máy điện chạy bằng năng lượng hạt nhân, bổ sung cho nhiều quốc gia một lượng điện quý giá, có nước như Pháp hay Bỉ lượng điện hạt nhân này chiếm đến 70-80%. Có thể nói rằng, với cây đại thụ Anbe Anhxtanh, ngành Vật lý đã dâng tặng nhân loại một món quà lớn nhất trong thế kỷ 20: điện hạt nhân nguyên tử.
    Điều bất ngờ đến trớ trêu và bi hài nằm ở chỗ khác: phát minh khổng lồ nhất của người khổng lồ Anhxtanh, thuyết tương đối, lại không được nhận một phần thưởng danh giá nào! Nhưng không sao, giải Nobel thực ra cũng là chiếc áo hoa đã quá chật cho một sức vóc quá cỡ của học thuyết này
    Nội dung của thuyết tương đối Anh-xtanh
    Thuyết tương đối hẹp là thuyết vật lý do Albert Einstein đề xuất vào năm 1905.
    Cơ học Newton cho rằng các hiện tượng cơ học chỉ liên quan đến các lực cơ bản đều xảy ra như nhau trong mọi hệ qui chiếu quán tính, nhưng không nói rõ các hiện tượng khác trong nhiệt động lực học, điện từ học... có xảy ra như nhau trong mọi hệ qui chiếu quán tính hay không. Điện từ học chỉ ra rằng tương tác từ xảy ra chủ yếu là do chuyển động của các hạt mang điện. Như vậy có thể trong các hệ qui chiếu quán tính khác nhau các hiện tượng điện từ sẽ xảy ra khác nhau. Nhiều thí nghiệm được thực hiện với các hệ qui chiếu quán tính khác nhau với mục đích tìm ra một hệ qui chiếu quán tính mà ở đó tốc độ ánh sáng khác hẳn với tốc độ ánh sáng trong các hệ qui chiếu quán tính khác. Nhưng những thí nghiệm đó không đạt được kết quả.
    Năm 1905 Einstein phát biểu nguyên lý tương đối về sự bình đẳng của các hệ qui chiếu quán tính với hai tiên đề.
    Trong tiên đề đầu tiên:
    Mọi hiện tượng vật lý (cơ học, nhiệt động lực học, điện từ học...) đều xảy ra như nhau trong các hệ qui chiếu quán tính.
    Tiên đề này chỉ ra rằng các phương trình mô tả các hiện tượng tự nhiên đều có cùng dạng như nhau trong các hệ qui chiếu quán tính. Nó cũng phủ định sự tồn tại của một hệ qui chiếu quán tính đặc biệt, như một hệ qui chiếu đứng yên thật sự. Nói cách khác mọi hệ qui chiếu quán tính là hoàn toàn tương đương nhau. Từ tiên đề này các nhà khoa học khẳng định không thể tồn tại một môi trường ête truyền sóng điện từ (ánh sáng) với một vận tốc khác biệt các hệ qui chiếu khác.
    Phép biến đổi của Galileo Galilei làm cho các phương trình Newton trở nên bất biến. Điều đó không có gì mâu thuẫn so với giả thuyết thứ nhất của Einstein tuy nhiên khi xét đến tham số thời gian thì định luật 2 của Newton chỉ áp dụng một cách tổng quát cho biến thiên động lượng.
    Trong tiên đề thứ hai, theo phát biểu ban đầu của Einstein:
    Tốc độ ánh sáng trong chân không là một đại lượng không đổi trong tất cả các hệ qui chiếu quán tính.
    Giả thuyết này giải thích cho kết quả của thí nghiệm Michelson-Morley và thí nghiệm Sitter vì vận tốc truyền ánh sáng là như nhau theo mọi phương nên không thể sử dụng công thức cộng vận tốc Galileo cho ánh sáng.
    Thực tế giả thuyết này có thể suy trực tiếp từ tiên đề đầu tiên. Mọi phương trình vật lý không thay đổi khi đi từ hệ quy chiếu quán tính này sang hệ quy chiếu quán tính khác, nghĩa là các phương trình Maxwell cũng bất biến, và một kết quả của nó là tiên đoán về tốc độ ánh sáng cũng phải bất biến. Do đó giả thuyết này không thể là tiên đề, chỉ là hệ quả của tiên đề tổng quát đầu tiên, nếu coi lý thuyết điện từ Maxwell là đúng.
    Cũng có thể chú ý rằng, giả thuyết thứ hai có thể đứng độc lập thành một tiên đề, nếu không công nhận lý thuyết điện từ Maxwell hoặc không cần dùng đến hiểu biết về trường điện từ.
    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. Lý thuyết này được Albert Einstein đưa ra vào năm 1915. 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.
    Lý thuyết này mô tả hấp dẫn tương tự như sự biến dạng địa phương của không-thời gian. Cụ thể là một vật có khối lượng sẽ làm cong không thời gian xung quanh nó. Độ cong của không thời gian chính bằng lực hấp dẫn. Nói một cách khác, hấp dẫn là sự cong của không thời gian.
    Từ khi ra đời đến nay, lý thuyết tương đối rộng đã chưa bao giờ thất bại trong việc giải thích các kết quả thực nghiệm. Nó là cơ sở nghiên cứu của các ngành thiên văn học, vũ trụ học và vật lý thiên văn. Nó giải thích được rất nhiều các hiện tượng mà vật lý cổ điển không thể làm được với độ chính xác và tin cậy rất cao, ví dụ như hiện tượng ánh sáng 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.
    Không giống như các lý thuyết vật lý cách mạng khác, như cơ học lượng tử chẳng hạn, lý thuyết tương đối chỉ do một mình Albert Einstein xây dựng nên, mặc dù ông cũng cần sự giúp đỡ của một người bạn là Marcel Grossmann về toán học các mặt cong.
    Bonus: Đọc xong 2 thuyết trên để mà thẩm thấu tư tưởng cụ Einstein có mà nổ óc,cả nhà relax đi nha,chuyên cười này cũng liên quan thuyết tương đối luôn:
    - Ba ơi, hãy cho con một ví dụ của thuyết tương đối.
    - À… ừ, thuyết tương đối có nghĩa là không có gì tuyệt đối. Chẳng hạn như bị rớt mạng Internet năm phút thôi mà con cảm thấy như là cả giờ đồng hồ.
    Ngược lại, khi đang chat thì hàng tiếng đồng hồ cũng chỉ cỡ bằng năm phút thôi.
    Hai bài toán lật đổ thuyết tương đối của AnhXtanh
    1) Bài toán 1: giả sử vũ trụ chỉ có hai hành tinh { a và b giống nhau trên mọi phương diện} . Người trên hành tinh a nhìn thấy hành tinh b quay quang trục là đường xuyên tâm hai hành tinh . Từ hành tinh a người ta truyền đi một tia sáng tới hành tinh b . Nếu như quỹ đạo của tia sáng đối với hành tinh a là một đường thẳng thì đối với hành tinh b nó là một đường xoáy . Như vậy độ dài quãng đường của tia sáng đối với hai hành tinh là khác nhau . Bởi vì vũ trụ chỉ có hai hành tinh và chúng giống nhau nên không thể nói cái nào đang chuyển động . Vậy tính bất biến của vận tốc ánh sáng mà Einstein khẳng định bị phá vỡ .

    2) Bài toán 2: trên con tàu vũ trụ nằm trên quỹ đạo địa tĩnh của trái đất có sử dụng một con quay làm la bàn . Con quay này luôn luôn định hướng theo một ngôi sao nào đó. Nhưng tại sao con quay ở dưới mặt đất chẳng định hướng theo một ngôi sao nào cả mà chỉ định hướng theo mặt đất ? Tại sao con tàu vũ trụ trên quỹ đạo địa tĩnh được coi là đứng yên so với mặt đất mà nó không bị rơi xuống? Nếu như bạn nói rằng con tàu vũ trụ được xét theo hệ quy chiếu ngoài trái đất thì bạn hãy nói cho tôi biết đến độ cao nào thì xét theo hệ quy chiếu đó và cơ chế tính độ cao đó nhé !


    Nhắn tin cho tác giả
    Lê Thanh Sơn @ 14:09 23/04/2012
    Số lượt xem: 700
    Số lượt thích: 0 người
    Avatar

    TVM gia nhập trang. Rất hân hạnh được giao lưu cùng quý thầy cô tại http://dokhachien.violet.vn

     
    Gửi ý kiến

    Xem lịch âm dương