Sau khi đọc sách và tìm hiểu từ rất nhiều nguồn như wiki youtube não phải chạy đi chạy lại rất nhiều lần để cố hiểu được. Về đại khái thuyết tương đối là một thuyết học vật lý cao cấp rất khó hiểu và khó tiếp cận với đại chúng, nhất là với các bạn học sinh sinh viên muốn tìm hiểu sâu nên hôm nay mình quyết định viết bài này để giúp các bạn tiếp cận được học thuyết quan trọng nhất của thế kỷ 20. Thuyết tương đối hay còn có tên tiếng Anh là relativism, theory of relativity ở phần này chúng ta sẽ tìm hiểu thuyết tương đối hẹp hay thuyết tương đối đặc biệt (Special relativity) năm 1905, 1. Tại sao lại gọi là tương đối mà không phải tuyệt đối? Hãy xét một ví dụ: Khi bạn đang đi trên xe bus di chuyển trên đường với vận tốc 50km/h thì có thể nói rằng vận tốc của bạn so với Trái Đất là VẬN TỐC THỰC TUYỆT ĐỐI không? Tất nhiên là không rồi vì đấy là vận tốc do bạn quan sát được mà thôi, giả sử tôi đang ngoài trái đất và nhìn xuống thì tôi chắc chắn rằng vận tốc của bạn tính cả vận tốc quay của trái đất quanh quanh trục sẽ khác 50km/h. Hoặc một chiếc phi thuyền ngoài vũ trụ nhìn xuống theo dõi bạn, họ cũng phải tính thêm vận tốc quay của trái đất xoay quanh mặt trời. Đó chính là sự tương đối trong vũ trụ này, kể cả không gian thời gian và khối lượng.. Chỉ cần thay đổi người quan sát hay hệ quy chiếu là hệ thống cần đo sẽ không còn là tuyệt đối nữa. 2. Các tiên đề của thuyết tương đối hẹp: Tiên Đề 1: Nguyên lí tương đối. Các định luật vật lý là giống nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính. Định nghĩa: Các định luật vật lý là bất biến trong mọi hệ quy chiếu quán tính. Giải thích: Các định luật vật lý là như nhau đối với mọi vật đang di chuyển hay đứng yên. Ví dụ; Bạn đang đi trên tàu cao tốc di chuyển 100km/h (cửa kính đóng kín) khi bạn làm rơi gì đó thì chúng đều rơi theo phương thẳng đứng như lúc bạn đang đứng yên vậy. Vậy nên mọi định luật vật lí tác dụng vào vật trong các trường hợp là như nhau. Tiên Đề 2: Nguyên lý bất biến của vận tốc ánh sáng trong chân không. TỐc độ của ánh sáng trong chân không là c một hằng số và không phụ thuộc vào chuyển động tương đối của nguồn sáng. Định nghĩa: Tốc độ ánh sáng trong chân không là như nhau đối với mọi quan sát viên, bất kể chuyển động của nguồn phát sáng thế nào. Vân tốc ánh sáng luôn là cực đại trong tự nhiên không có gì có thể vượt qua. Giải thích: Trong vũ trụ tốc độ ánh sáng trong chân không là lớn nhất, bất kể với ai thì ánh sáng trong chân không luôn có tốc độ 299.792.458 m/s. Ngoài tốc độ ánh sáng không thay đổi dù nguồn sáng có chuyển động hay đứng im. Ví dụ: Lại tiếp tục là ở trên tàu cao tốc, mặc dù vận tốc tàu điện là tương đối tùy vào người quan sát, nhưng trong vũ trụ ánh sáng là trường hợp đặc biệt, tốc độ ánh sáng là tuyệt đối. Nếu bạn tăng tốc lên 1000km/h thì tốc độ ánh sáng vẫn thế vẫn cố định~300 triêu m/s. Kể cả bất kì với ai quan sát thì cũng thấy tốc độ ánh sáng như vậy. Riêng với ánh sáng thì công thức của Newton (tốc độ xe + tốc độ ánh sáng) không áp dụng được. Vì vậy ở thời kỳ đó thường được bảo là Einstein đối đầu Newton cũng không sai. 3. Hệ quả của thuyết tương đối hẹp. Để hiểu rõ hơn về sự tương đối chúng ta sẽ chia ra thành nhiều khía cạnh khác nhau ở đây là hai khía cạnh hay hai hệ quy chiếu người di chuyển và người đứng yên quan sát. Hệ quả 1. Độ dài cũng tương đối: Khi tốc độ di chuyển càng cao người quan sát thấy chiều dài vật vật co ngắn lại theo chiều chuyển động (bản thân vật chuyển động không thấy điều này). Ví dụ: Một con tàu di chuyển với vận tốc ánh sáng dài 100m thì họ sẽ chỉ thấy con tàu đó co ngắn lại tùy theo người quan sát con tàu khi chuyển động chắc dài khoảng 10m đến 15m hay 20m Hệ quả 2. KHoảng cách cũng tương đối: Khi tốc độ càng cao thì người di chuyển thấy khoảng cách càng thu ngắn lại. Ví dụ: Nhân vật The flash trong DC khi anh ta di chuyển với tốc độ cực nhanh thì khoảng cách giữa anh ta với người xung quanh càng co ngắn lại. Nhưng người quan sát nhìn vào thì vẫn là khoảng cách đó không đổi. Hệ quả 3. Khối lượng cũng tương đối: Một vật chuyển động càng gần tốc độ ánh sánh thì người quan sát thấy khối lượng nó càng tăng. (trên cảm nhận của nó thì khối lượng của nó không đổi) Ví dụ: Các hạt electron khi được gia tốc tiệm cần với tốc độ ánh sáng thì các nhà khoa học đô được khối lượng của nó tăng 2000 lần so với nó khi ở trạng thái nghỉ. Khối lượng vật khi di chuyển tiệm cận tốc độ ánh sáng là khối lượng tương đối, khác hoàn toàn với khối lượng ở trạng thái nghỉ (đứng yên) của vật. Tức là khối lượng của nó không đổi dù di chuyển tốc độ cao. Hệ quả 4. Thời gian cũng là tương đối: Một người di chuyển càng nhanh thì thời gian của người đó càng trôi chậm lại so với các người quan sát đứng yên. Ví dụ: Một người đi lên trên tàu vũ trụ và du hành người không gian năm 30 tuổi di chuyển gần bằng vận tốc ánh sáng khi người đó trở lại trái đất thì người đó 31 tuổi còn những bạn bè cùng trang lứa thì đã là 45 tuổi rồi. Đối với người phi hành gia thời gian trên vũ trụ chỉ như cái chớp mắt, hay nói các khác phi hành gia đã du hành đến tương lại của trái đất 15 năm sau. Hệ quả 5. Vận tốc ánh sáng là tuyệt đối. Chỉ có photon (và các hạt không có khối lượng) đạt được tốc độ cao nhất trong vũ trụ - tốc độ ánh sáng, còn tất cả các vật có khối lượng khi tiệm cận tốc độ ánh sáng thì động lượng sẽ tăng vô hạn, và năng luongwjk cung cấp để di chuyển cũng sẽ tăng đến vô hạn, điều này là bất khả thi hay vô lí trong vật lý. 3. Kết luận: Sau hơn 100 năm ra đời, thuyết tương đối hẹp đã được chứng minh bằng lý thuyết thực nghiệm, tất cả định lí hẹ quả tiên đề của thuyết tương đối hẹp cũng được sử dụng ở rất nhiều lĩnh vực, đơn cử là hệ thống định vị GPS mà chúng ta đang sử dụng cũng liên quan đến sự giãn nở thời gian của thuyết tương đối.
