Thuyết Tương đối Hẹp -cơ Học Tương đối Tính

1 Hoàn cảnh ra đời thuyết tương đối hẹp: 1.1 Thuyết tương đối hẹp – cơ học tương đối tính là gì? Môn cơ học tổng quát, áp dụng cho các vật chuyển động với vận tốc vào cỡ vận tốc ánh sáng, dựa trên hai tiên đề của Einstein được gọi là cơ học tương đối tính, hay thuyết tương đối hẹp của Einstein đối với cơ học. Năm 1905, Albert Einstein – một kĩ thuật viên 25 tuổi – công bố công trình " Đóng góp vào điện động lực học các vật chuyển động ". Năm đó được chính thức công nhận là năm ra đời của thuyết tương đối hẹp (còn gọi là thuyết tương đối đặc biệt – special relativity). Chúng ta cùng điểm lại những nét trọng trong quá trình hình thành thuyết tương đối hẹp. Figure 1. Albert Einstein 1.2 Cơ học Newton: Năm 1632, Galileo Galilei đã phát biểu một nguyên lý mang tên ông – nguyên lý tương đối Galileo. Nguyên lý này được phát biểu như sau: " Tất cả các định luật cơ học là như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính " hay còn được phát biểu dưới dạng khác như: " Bằng các thí nghiệm cơ học thực hiện trong một hệ quy chiếu quán tính, người ta không thể phát hiện được hệ quy chiếu của mình đứng yên hay chuyển động thẳng đều so với hệ quy chiếu quán tính khác ". Từ nguyên lý tương đối Galileo, ta có thể thấy rằng: trong các hệ quy chiếu quán tính, không có hệ quy chiếu nào ưu tiên hơn các hệ quy chiếu còn lại; các hiện tượng co học xảy ra như thế nào trong hệ quy chiếu quán tính này thì cũng xảy ra tương tự trong các hệ quy chiếu khác. Hay nói cách khác, các phương trình toán học biểu diễn các hiện tượng cơ học trong các hệ quy chiếu quán tính có cùng dạng với nhau. Cũng từ nguyên lý tương đối Galileo, ta dẫn ra phép biến đổi Galileo (sẽ đề cập ở phần sau). Hệ quả rõ nhất của phép biến đổi Galileo chính là công thức cộng vận tốc: ' ' K K KK u u v = + , trong đó ' ' , , K K KK u u v lần lượt là vận tốc của một chất điểm trong hệ quy chiếu K, trong hệ quy chiếu K' và vận tốc của hệ quy chiếu K so với hệ quy chiếu K'. Ta áp dụng hệ quả trên đối với ánh sáng. Giả sử một nguồn sáng chuyển động với vận tốc v trong chân không dọc theo phương truyền ánh sáng. Vận tốc ánh sáng đối với nguồn phát trong chân không là c. Theo công thức cộng vận tốc của Galileo thì quan sát viên (QSV) đứng yên nhìn thấy ánh sáng truyền đi với vận tốc là c v c + ≠. Cơ học Newton với nền tảng là nguyên lý tương đối Galileo, phép biến đổi Galileo và các định luật Newton đã góp phần giải quyết không chỉ các hiện tượng cơ học mà còn là cơ sở động lực học cho các lĩnh vực nghiên cứu khác của vật lý.