Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần I

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Bài viết này được tổng hợp và rút gọn các ý kiến của tôi từ diễn đàn được mở ra sau bài viết “Thời gian có thực sự co dãn” và “ Cái hố “không gian cong” và sự tưởng tượng phi thực tế của Einstien”. Với số lượng khá lớn các ý kiến trao đổi được đưa lên diễn đàn, một số vấn đề bất cập từ thuyết tương đối hẹp đã lộ ra và cần được làm rõ hơn, đặc biệt là một số thực nghiệm nhằm kiểm chứng thời gian dãn ra lại thể hiện rằng không phải thời gian dãn ra mà có nguyên nhân khác. Do phần phản hồi của khoahoc.com không hỗ trợ việc chuyển tải hình ảnh nên tôi đưa các vấn đề đó lên VLOS để các thành viên VLOS thảo luận để đi đến sự nhận thức đúng hơn về thế giới tự nhiên.

I. Giả thiết mới về sự di chuyển của ánh sáng

Nửa cuối thế kỷ 19, các nhà khoa học tin rằng họ đã mô tả được vũ trụ một cách đầy đủ, không gian và thời gian là tuyệt đối, không gian được lấp đầy bởi một loại vật chất là liên tục và đàn hồi gọi là ether tạo nên một môi trường cho ánh sáng và sống điền từ truyền tải các tín hiệu vô tuyến lan truyền trong đó. Một số nhà khoa học tin rằng ánh sáng chuyển động với một tốc độ nhất định trong ether và nếu một người chuyển động cùng hướng với ánh sáng thì sẽ thấy tốc độ ánh sáng chuyển động chậm hơn và ngược lại.

Năm 1887, Michelson và Morley đã thực hiện thí nghiệm so sánh tốc độ của hai chùm sáng vuông góc với nhau. Thí nghiệm được tiến hành trong một căn hầm và dụng cụ thí nghiệm được đặt trên một bàn đá nặng, bàn đá lại được đặt nổi trong một bể thuỷ ngân nhằm loại trừ hết mọi chấn động có thể ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Dụng cụ thí nghiệm là một bộ giao thoa kế. Dưới đây là sơ đồ thí nghiệm.

So-do-thi-nghiem-Michelson-Morley.png

Với giả thiết rằng môi trường ether là đứng yên và do trái đất di chuyển trong không gian nên có thể coi thí nghiệm được thực hiện trong một hệ quy chiếu chuyển động so với môi trường, bàn đá có thể quay trong bể thuỷ ngân để đổi hướng ánh sáng so với hướng di chuyển của trái đất, khoảng cách từ gương bán mạ G đến các gương phản xạ G1 và G2 bằng nhau với độ chính xác cao thì kết quả thí nghiệm sẽ cho phép quan sát thấy vân giao thoa của hai tia sáng trong giao thoa kế K. Nhưng với việc thực hiện thí nghiệm nhiều lần bao gồm cả việc đổi hướng tia sáng, các tác giả của thí nghiệm vẫn không thấy xuất hiện vân giao thoa và không có sự khác nhau giữa các kết quả của các lần thí nghiệm, thời gian của tia sáng đi từ G đến G1 và G2 sau đó phản xạ và quay về G là bằng nhau. Kết quả này dẫn đến nhận định ánh sáng truyền với tốc độ như nhau theo mọi phương mà không phụ thuộc vào tốc độ và hướng di chuyển của người quan sát. Dựa trên kết quả này, Lorentz- một nhà vật lý người Hà lan cho rằng mọi vật di chuyển trong môi trường ether sẽ co ngắn lại và thời gian dãn ra. Sự co lại của khoảng cách và chậm lại của đồng hồ sẽ làm cho việc đo tốc độ ánh sáng sẽ như nhau mà không phụ thuộc vào tốc độ và hướng di chuyển của người đo. Còn Einstien thì cho rằng không hề có cái gọi là ether, khái niệm ether là không cần thiết khi người ta không thể biết mình di chuyển như thế nào. Einstien đã đưa ra giả thuyết các định luật là như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính, tốc độ ánh sáng là độc lập với mọi hệ quy chiếu và như nhau theo mọi hướng. Trên cơ sở các giả thuyết đó, Einstien xây dựng nên thuyết tương đối hẹp. Thuyết tương đố hẹp ra đời đã giải quyết được nhiều vấn đề mà cơ học cổ điển không giải quyết được, nhưng nó cũng chưa lý giải được một số vấn đề như bản chất ánh sáng là gì, mặt khác, với việc loại bỏ môi trường ether, Einstien đã cho rằng ánh sáng là sự di chuyển của các hạt photon hay ánh sáng không di chuyển dưới dạng sóng. Nhưng có một thực tế là ánh sáng dù di chuyển trong những quãng đường rất dài ( như ánh sáng mặt trời chiếu xuống trái đất) nó vẫn thể hiện tính sóng, còn khi đã coi sự di chuyển của ánh sáng là hạt thì không thể bỏ qua quán tính của hạt để coi tốc độ di chuyển là một hằng số. Nói cách khác, trong giả thiết của Einstien đã chứa đựng những mâu thuẫn không thể lý giải được. Để có thể hé mở được những lý giải mới, chúng ta bắt đầu từ thí nghiệm của Michelson –Morley với một số giả thiết:

1.Trong vũ trụ tồn tại một môi trường đàn hồi để cho ánh sáng và sóng điện từ có thể di chuyển được. Nhưng khác với ether, môi trường này được tạo bởi một loại hạt, do đó môi trường là không liên tục,không cố định, mật độ hạt có thể thay đổi bởi một tác động nào đó hoặc xen kẽ với các loại môi trường khác và có thể tách rời một phần môi trường này. Do có cấu trúc hạt nên các hạt của môi trường này có thể xuyên hoặc không xuyên qua được một loại cấu trúc vật chất nào đó.

2.Sự di chuyển, sự thay đổi của mật độ môi trường đều có ảnh hưởng tới sự di chuyển của ánh sáng.

3.Ánh sáng di chuyển dưới dạng sóng, trong môi trường truyền sóng ánh sáng đồng nhất tốc độ ánh sáng là một hằng số.

Mục lục:

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần II

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần III

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần IV

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần V

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần VI

Liên kết đến đây