Thuyết tương đối rộng: Quá khứ, hiện tại và tương lai

Chia sẻ: Quynh Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lí thuyết tương đối rộng của Albert Einstein là một trong những thành tựu đỉnh cao của nền vật lí thế kỉ 20. Công bố vào năm 1916, nó giải thích cái chúng ta cảm nhận là lực hấp dẫn thực ra phát sinh từ sự cong của không gian và thời gian.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thuyết tương đối rộng: Quá khứ, hiện tại và tương lai

Thuyết tương đối rộng: Quá khứ, hiện tại và tương lai Lí thuyết tương đối rộng của Albert Einstein là một trong những thành tựu đỉnh cao của nền vật lí thế kỉ 20. Công bố vào năm 1916, nó giải thích cái chúng ta cảm nhận là lực hấp dẫn thực ra phát sinh từ sự cong của không gian và thời gian. Einstein đề xuất rằng các vật thể như mặt trời và trái đất làm thay đổi dạng hình học này. Trong sự có mặt của vật chất và năng lượng, nó có thể tiến triển, kéo căng ra và cuộn lại, hình thành nên các gợn, đỉnh và hõm, làm cho các vật đang chuyển động qua nó bị zig zag và cong đi. Cho nên, mặc dù trái đất bị hút về phía mặt trời bởi lực hấp dẫn, nhưng không có lực nào như vậy cả. Nó đơn giản là hình dạng của không-thời gian xung quanh mặt trời cho trái đất biết phải đi theo hướng nào mà thôi. Lí thuyết tương đối rộng có các hệ quả sâu rộng. Nó không chỉ giải thích chuyển động của các hành tinh; mà nó còn mô tả lịch sử và sự giãn nở của vũ trụ, cơ sở vật lí của các lỗ đen và sự cong của ánh sáng phát ra từ những ngôi sao và thiên hà xa xôi. Thuyết tương đối rộng: trí tuệ xuất chúng của Einstein Năm 1905, ở tuổi 26, Albert Einstein đề xuất lí thuyết tương đối đặc biệt. Lí thuyết trên dung hòa cơ sở vật lí của các vật đang chuyển động do galileo Galilei và Newton phát triển với các định luật của bức xạ điện từ. Nó thừa nhận rằng tốc độ của ánh sáng luôn luôn không đổi, bất kể chuyển động của người đo nó như thế
nào. Thuyết tương đối đặc biệt cho rằng không gian và thời gian hòa quyện với nhau đến một mức độ trước đó chưa bao giờ người ta tưởng tượng ra. Sang năm 1907, Einstein bắt đầu thử mở rộng thuyết tương đối đặc biệt để bao hàm cả sự hấp dẫn. Đột phá đầu tiên của ông xuất hiện khi ông đang làm việc tại một phòng cấp bằng sáng chế ở Bern, Thụy Sĩ. “Bất ngờ một ý tưởng nảy đến với tôi”, ông nhớ lại. “Nếu như một người rơi tự do, anh ta sẽ không cảm nhận thấy sức nặng của mình... Thí nghiệm tưởng tượng đơn giản này... đã đưa tới đến lí thuyết của sự hấp dẫn”. Ông nhận ra rằng có một mối liên hệ sâu sắc giữa các hệ bị ảnh hưởng bởi sự hấp dẫn và các hệ đang gia tốc. Đang rơi tự do sẽ không cảm nhận trọng lượng ? (Ảnh: Matt King/Getty) Bước phát triển lớn tiếp theo xuất hiện khi Einstein được giới thiệu cơ sở hình học phát triển bởi các nhà toán học Đức thế kỉ thứ 19, Carl Friedrich Gauss và Bernhard Riemann. Einstein áp dụng công trình của họ để viết nên các phương trình liên hệ hình học của không-thời gian với lượng năng lượng mà nó chứa. Ngày nay được gọi là các phương trình trường Einstein, và công bố vào năm 1916, chúng thay thế cho định luật vạn vật hấp dẫn của Newton và vẫn sử dụng cho đến ngày nay, sau gần một thế kỉ.
Sử dụng thuyết tương đối rộng, Einstein đã đưa ra một loạt dự đoán. Thí dụ, ông chỉ ra lí thuyết của ông sẽ dẫn đến sự trôi giạt quan sát thấy của quỹ đạo Thủy tinh như thế nào. Ông còn tiên đoán rằng một vật khối lượng lớn, như mặt trời, sẽ làm méo hành trình của ánh sáng đi qua gần nó: tóm lại, hình dạng của không gian sẽ tác dụng như một thấu kính và làm tập trung ánh sáng. Einstein còn cho rằng bước sóng của ánh sáng phát ra ở gần một vật thể khối lượng lớn sẽ bị kéo căng ra, hay lệch đỏ, khi nó trèo ra khỏi không-thời gian bị cuộn lại ở gần vật thể nặng đó. Những tiên đoán này ngày nay được gọi là ba phép kiểm tra cổ điển của thuyết tương đối rộng. Mô hình Chuẩn của vũ trụ Theo Mô hình Chuẩn, cái đã được các nhà vật lí chắp ghép trong hơn 70 năm qua, vũ trụ được tin là cấu tạo từ vật chất (4% nguyên tử và 20% “vật chất tối” chúng ta không thể quan sát hoặc giải thích) và năng lượng (76% “năng lượng tối”).
Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt cơ: AAAS Xem thêm: Các lực trong tự nhiên  Mô hình Chuẩn giải thích phương thức 17 hạt hạ nguyên tử liên kết với nhau để tạo ra các nguyên tử và sau đó là vật chất bởi ba trong số bốn lực cơ bản của tự nhiên: lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu, và lực điện từ. Nó ngoại trừ lực thứ tư: lực hấp dẫn. Các hạt ấy chia làm hai loại: boson, hạt truyền lực, và fermion, hạt cấu tạo nên vật chất. Fermion gồm có 6 dạng quark và 6 dạng lepton. Mỗi lepton có một neutrino tương ứng (một hạt mang năng lượng có khối lượng rất thấp và vận tốc cao) và tất cả những hạt này còn có các phiên bản phản vật chất, chúng hành xử theo kiểu giống với vật chất, nhưng phân hủy khi tiếp xúc với vật chất, biến khối lượng của hai hạt thành năng lượng thuần túy. Gần như toàn bộ vật chất được hình thành bởi hai loại quark: quark lên (up) và quark xuống (down) – và một loại lepton: electron. Bốn quark còn lại (đỉnh, duyên, lạ và đáy) và năm lepton (neutrino electron, muon, neutrino muon, tau và neutrino tau) đơn giản là những phiên bản lớn hơn của ba loại hạt cơ bản đó. Các boson chia làm bốn loại, chúng trung chuyển ba lực cơ bản đã nhắc tới ở trên. Boson quen thuộc nhất là photon trung chuyển lực điện từ, giải thích cho các
hiện tượng điện, từ và ánh sáng. Boson W và boson Z trung chuyển lực hạt nhân yếu và các gluon trung chuyển lực hạt mạnh liên kết các quark với nhau thành những hạt lớn hơn như neutron và proton. Mô hình Chuẩn còn tiên đoán sự tồn tại của boson Higgs, nhưng cho đến nay nó chưa được tìm ra. Người ta cho rằng hạt này có thể giải thích cho cơ chế mà tất cả các hạt khác có được khối lượng. Graviton là một boson lí thuyết khác nữa có thể trung chuyển lực hấp dẫn. Nếu nó được tìm thấy, thì Mô hình Chuẩn cuối cùng đã có thể bị thay thế Lí thuyết của Tất cả, lí thuyết thống nhất cả bốn lực cơ bản của tự nhiên.