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

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

II. Lý giải mới về thời gian

Chúng ta sẽ lần lượt kiểm chứng các giả thiết trên đây và qua đó xem xét đến vấn đề thời gian có co dãn được hay không:

1.Ánh sáng có thể di chuyển trong những khoảng cách rất lớn dưới dạng sóng, đây là điều quan sát được, vì vậy có thể khẳng định môi trường đàn hồi để cho ánh sáng và sóng điện từ di chuyển là thực tế tồn tại bới sóng không thể di chuyển được nếu không có môi trường đàn hồi. Sóng chỉ có thể di chuyển trong môi trường vật chất đàn hồi là nguyên lý cơ bản của vật lý. Sự di chuyển của sóng là sự di chuyển không có quán tính, vì vậy tốc độ di chuyển của sóng là một hằng số.
2.Sóng ánh sáng có thể bị khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ chứng tỏ rằng môi trường truyền sóng là không đồng nhất. Sự không đồng nhất này chỉ có thể được lý giải bằng cấu trúc hạt của môi trường chịu một tác động nào đó làm cho thay đổi mật độ môi trường truyền sóng.

Để kiểm chứng các giả thiết khác, chúng ta so sánh kết quả thí nghiệm của Michelson-Morley với kết quả tính toán dựa trên các giải thiết đã đưa ra.–

Xét sự di chuyển của ánh sáng trong thí nghiệm của Michelson-Morley như trên hình1.1: Một tia sáng đơn sắc từ nguồn N có phương trùng với phương di chuyển của trái đất chiếu vào gương bán mạ G, tại đây nó bị tách làm hai: tia S1 bị phản xạ theo phương vuông góc với phương di chuyển tới đập vào gương G1 đặt song song với phương di chuyển của trái đất, phản xạ trở lại và đi vào giao thoa kế K, tia S2 đi qua G tới gương G2 đặt vuông góc với phương di chuyển của trái đất phản xạ trở lại gặp G và phản xạ vuống góc với phương di chuyển để vào giao thoa kế K. Với khoảng cách từ G tới G1 và G2 là bằng nhau nên chỉ cần có sự sai khác về thời gian của hai tia sáng khi chúng đi vào giao thoa kế là xuất hiện sự giao thoa.

Để so sánh các kết quả, các giả thiết được xét trơng hai trường hợp : 1. Coi trái đất là đứng yên và chọn hệ quy chiếu là gương M với điều kiện M không bị dịch chuyển trong quá trình làm thí nghiệm so với trái đất và : 2.Chọn một điểm được coi là đứng yên trong vũ trụ.

Trường hợp 1 : chọn hệ quy chiếu là gương G. Do khối hạt tạo môi trường truyền sóng ánh sáng theo giả thiết trên là có thể tách ra một phần nên khối hạt trong thí nghiệm sẽ di chuyển cùng với gương G và không có ảnh hưởng tới tốc độ của tia sáng. Các gương G1 và G2 cũng đứng yên so với gương G cho nên hai tia S1 và S2 đi trên hai quãng đường bằng nhau với cùng tốc độ. Thời gian của chúng đi từ gương G tới G1 và G2 phản xạ lại G sẽ là :


T1 = T2 = 2L/c (1.0)

Nói cách khác, nếu coi trái đất là hệ quy chiếu đứng yên thì thời gian đi về của hai tia sáng là bằng nhau.

Trường hợp 2: Chọn một điểm đứng yên trong vũ trụ làm hệ quy chiếu, quy ước chọn một điểm trùng với gương G tại thời điểm tia sáng từ nguồn N tới chạm vào gương G.

Khi chọn hệ quy chiếu này và với giả thiết sự di chuyển của môi trường truyền sóng có ảnh hưởng tới sự di chuyển của tia sáng, đường đi và tốc độ của tia sáng sẽ có những thay đổi so với trường hợp coi trái đất là đứng yên. Cụ thể:

Duong-di-cua-Tia-S1-va-vec-to-hop-toc.png
Xet-tia-S1.png
Xét tia S2 có phương di chuyển cùng phương của trái đất.
Duong-di-cua-tia-S2.png
Xet-tia-S2.png
Vế phải của (1.3) và (1.4) bằng nhau, có nghĩa là T1 = T2 , kết quả của thí nghiệm Michelson – Morley cho kết quả không có vân giao thao nào xuất hiện trong giao thoa kế hay thời gian của hai tia sáng là bằng nhau, điều này đã chứng minh các giả thiết đã nêu là đúng đắn và chứng minh cho nhiều điều khác, cụ thể:

1.Tính không liên tục của môi trường truyền sóng và một phần của môi trường có thể tách ra được. Chữ xiên

Quả vậy, thí nghiệm của Michelson-Morley được tiến hành trong hầm kín, môi trường truyền sóng ánh sáng trong và bên ngoài không liên hệ với nhau và không có ánh hưởng tới nhau, hầm kín trở thành một toa tàu Galileo chuyển động đều mà người quan sát trong đó sẽ không phát hiện được sự khác biệt với các tốc độ của tàu khác nhau. Chúng ta có thế thấy điều này khi kết quả thí nghiệm cho thấy trong hệ thức tính thời gian đi từ gương G đến G1 hoặc G2 đều không xuất hiện tốc độ của hệ di chuyển và bằng thời gian trong hệ đứng yên. Đây là sự chứng minh cho tiên đề 1 của thuyết tương đối;

2.Tốc độ di chuyển của ánh sáng chịu ảnh hưởng của tốc độ di chuyển môi trường truyền sóng

Điều này có nghĩa là bất kỳ một sự di chuyển nào chiụ sự tác động của sự di chuyển khác thì sự di chuyển đó sẽ có tốc độ tổng hợp từ tốc độ của bản thân nó và tốc độ của sự di chuyển đã gây nên tác động đó. Kết quả này cho thấy có sự di chuyển lớn hơn tốc độ ánh sáng ( sự lạm phát của vũ trụ ngay sau thời điểm xảy ra vụ nổ bigbang có thể là minh chứng cho điều này). Do không thực hiện phân tích diễn biến của sự di chuyển tia sáng trong thí nghiệm Michelson-Morley cho nên các tác giả của thí nghiệm và các nhà nghiên cứu sau đó đã không thấy được ảnh hưởng của sự di chuyển môi trường đã tác động lên tốc độ của tia sáng như thế nào. Mặt khác, thí nghiệm cho tia sáng đi theo hai chiều nên ảnh hưởng của tốc độ di chuyển của môi trường tới tốc độ ánh sáng có tính chất bù trừ và bị triệt tiêu trong kết quả cuối cùng nên dễ đưa đến những nhận định khác. Như vậy, công thức hợp tốc của Galile vẫn có giá trị trong trường hợp này, nhưng nó chỉ có giá trị trong phạm vi của hệ, khi tia sáng đi ra ngoài hệ di chuyển thì nó đã thuộc vào hệ mới và tốc độ của nó phụ thuộc tính chất môi trường của hệ mới, điều này có nghĩa là quan sát sự chuyển động của tia sáng trong vũ trụ từ trái đất cũng tương tự như quan sát tia sáng trong một hầm kín đang di chuyển, tốc độ của bản thân tia sáng là không đổi, sự quan sát thấy tốc độ của nó cao hơn từ các hệ quy chiếu khác nhìn vào hệ quy chiếu đang chuyển động là do ngoài tốc độ của nó còn có tốc độ di chuyển của môi trường mà nó đang di chuyển, sự thay đổi tốc độ ánh sáng trong hệ quy chiếu là do sự thay đổi tốc độ của hệ, khi người quan sát đứng trong hệ quy chiếu đang di chuyển và không nhận thấy sự di chuyển của hệ thì cũng không nhận thấy tác động của sự di chuyển của hệ lên mọi sự di chuyển trong hệ đó. Nói cụ thể hơn: nếu một người đang ở trong một hệ quy chiếu chuyển động và quan sát hai tia sáng có cùng chiều di chuyển, trong đó một tia ở trong hệ di chuyển và một tia ở ngoài hệ và chọn lấy một điểm trong hệ quy chiếu đang di chuyển để xem xét thì sẽ thấy tốc độ của hai tia sáng là khác nhau. Việc không thấy được sự thay đổi tốc độ tia sáng trong thí nghiệm của Michelson-Morley trước đây là do các nhà nghiên cứu đã không phân biệt tia sáng trong hệ và tia sáng ngoài hệ di chuyển ( tức là tia sáng chịu hay không chịu tác động của hệ di chuyển) và chỉ chú ý đến kết quả cuối cùng mà không chú ý đến các diễn biến trong quá trình thí nghiệm do với tính chất bù trừ của sự di chuyển theo hai chiều mà các sự thay đổi trong diễn biến bị triệt tiêu. Trong thực tế, tia sáng trong thí nghiệm Michelson-Morley là tia sáng thuộc hệ đang di chuyển chứ không phải là tia sáng đang di chuyển trong vũ trụ và nó chịu ảnh hưởng của sự di chuyển trái đất, còn tia sáng di chuyển song song với trái đất là không quan sát được. Sự nhầm lẫn này dẫn đến nhận định thời gian dãn ra và tốc độ tia sáng là một hằng số trong chân không. Thí nghiệm Michelson-Morley chỉ xác định tốc độ tia sáng theo mọi hướng trong một hệ quy chiếu chứ không so sánh được tốc độ của hai tia sáng trong hai hệ quy chiếu khác nhau. Tốc độ tia sáng không độc lập với hệ quy chiếu khi hệ quy chiếu đó di chuyển và kéo theo môi trường truyền tia sáng đó ( thí nghiệm Fizeua chứng minh cho điều này) và độc lập với hệ quy chiếu khi hệ quy chiếu không có ảnh hưởng tới tia sáng đang xem xét.
Khi một vật thể di chuyển nó có thể làm biến đổi môi trường xung quanh hoặc kéo theo một phần môi trường đó giống như các ngôi sao hoặc các hành tinh kéo theo bầu khí quyển ( mà chúng có) trong quá trình di chuyển của chúng. Vì vậy việc tiến hành thí nghiệm trong lòng hay trên bề mặt của vật thể cũng có thể cho kết quả giống hoặc gần giống nhau.

3. Không thể làm tăng tốc độ cho tia sáng bằng cách gia tăng năng lượng cho nó. Sự gia tăng năng lượng cho tia sáng chỉ có thể làm tăng tần số dao động của các hạt photon và do đó làm giảm chiều dài bước sóng, dấu ấn di chuyển của hệ quy chiếu lên ánh sáng khi nó đi từ trong hệ đó ra ngoài được quan sát từ các hệ quy chiếu khác là hiệu ứng Doppler. Cần có sự phân biệt rõ giữa sự di chuyển dưới dạng sóng và sự di chuyển dưới dạng hạt (hay sự di chuyển phi quán tính và sự di chuyển quán tính, sự di chuyển phi quán tính là sự di chuyển không có khối lượng vật chất đi cùng, còn sự di chuyển quán tính là sự di chuyển có kèm theo sự di chuyển của khối lượng vật chất.) Việc không phân biệt rõ giữa hai sự di chuyển này dẫn đến việc cho rằng tốc độ ánh sáng trong chân không ( di chuyển dưới dạng hạt) là hằng số và là giới hạn tốc độ của mọi sự di chuyển. Einstien đã chuyển tính chất của chuyển động sóng cho chuyển chuyển động hạt

4.Ánh sáng di chuyển theo một đường thẳng trong một hệ quy chiếu có mật độ môi trường truyền sóng đồng nhất với tốc độ như nhau theo mọi hướng và với sự quan sát trong hệ đó.

Với ánh sáng, chúng ta có hai hệ quy chiếu: 1. tạo ra một khoảng không gian mà môi trường truyền sóng có thể di chuyển và 2.: toàn bộ vũ trụ là một hệ quy chiếu. Hệ quy chiếu thứ nhất đã được xét trong thí nghiệm Michelson-Morley. Hệ quy chiếu thứ hai: khi chúng ta quan sát vũ trụ từ trái đất hay bất kỳ một vị trí nào trong vũ trụ thì cũng giống như khi chúng ta đứng tại một vị trí nào đó trong hầm thí nghiệm của Michelson-Morley, chúng ta sẽ thấy tia sáng di chuyển với tốc độ như nhau theo mọi hướng.

5.Thời gian không dãn ra trong các hệ quy chiếu chuyển động như đã nêu trong thuyết tương đối hay thời gian là đồng bộ trong mọi hệ quy chiếu.

Mục lục:

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

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