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

IV. Lý giải một số hiện tượng trên quan niệm mới về sự di chuyển của ánh sáng:

:1. Sự uốn cong của tia sáng khi đi gần mặt trời và các ngôi sao.

Theo quan niệm của thuyết tương đối, mặt trời uốn cong không gian xung quanh nó và tia sáng di chuyển theo con đường mà sự uốn cong không gian đó tạo ra. Cách giải thích này dẫn đến một sự vô lý là tại sao khi mặt trời đủ sức uốn cong tia sáng, bắt tia sáng đang di chuyển từ môt đường thẳng ( hay đường cong có độ cong bằng không) vào quỹ đạo cong (độ cong dương ) hay nói cụ thể hơn là bắt tia sáng đang di chuyển trên con đường cách xa nó vào gần nó hơn lại không đủ sức để bắt nó đi tiếp vào con đường có độ cong lớn hơn nữa mà lại thả cho nó đi trở lại không gian hay trở lại một con đường thẳng khác? Khi đã đi vào vùng không gian có độ cong lớn thì khoảng cách từ tia sáng tới mặt trời giảm đi và do đó lực hấp dẫn tăng lên, mà lực hấp dẫn tăng thì độ cong không gian càng lớn và theo quy luật này tia sáng sẽ phải đi theo con đường xoáy trôn ốc để rồi lao vào mặt trời. Nhưng thực tế thì tia sáng vẫn thoát ra? Vậy còn có cách giải thích khả dĩ nào khác để tia sáng khi bị uốn cong về phía mặt trời lại có thể thẳng trở lại?

Chúng ta biết rằng trong thành phần của mặt trời có Hyđrô và Hêli, đây là hai chất khí nhẹ, chúng sẽ tạo nên một lớp khí quyển bao quanh mặt trời. Với dạng hình cầu, lớp khí quyên này tạo nên một thấu kính hội tụ làm cong các tia sáng khi chúng đi vào vùng khí quyển này. Đây cũng là điều mà lớp khí quyển trái đất tác động lên ánh sáng mặt trời ( chúng ta có thể quan sát thấy hiện tượng này vào lúc bình minh hoặc hoàng hôn khi nhìn thấy mặt trời có màu đỏ do loại tia này bị khúc xạ nhiều hơn các tia khác. Vậy việc các tia sáng đi gần mặt trời bị uốn cong không có nguyên nhân từ tác dụng của lực hấp dẫn của mặt trời hay không gian cong do mặt trời tạo ra mà do hiệu ứng khúc xạ của một thấu kính quang học được tạo nên từ lớp khí quyển bao quanh mặt trời.

Để thấy điều này, chúng ta làm một thí nghiệm đơn giản : dùng một bình đựng nước hình trụ bằng nhựa hay thuỷ tinh trong, giữa bình có đặt một khối chắn ánh sánh cũng hình trụ. Dùng một bóng đèn chiếu qua bình để hiện bóng của hình và khối chắn lên tường. Đánh dấu vị trí mép bóng khối chắn. Sau đó đổ nước đầy bình. Sự khúc xạ của nước uốn cong tia sáng về phía trong của bóng khối chắn ( Hình 1.5 )

Khi có một ngôi sao di chuyển phí sau mặt trời, do khúc xạ ánh sáng, trên mắt đất có thẻ nhìn thấy nó sớm hơn dự tính ( Hình 1.6)

Sự khúc xạ qua lớp khí quyển còn thấy được qua các hiện tượng ảo ảnh trên xa mạc, hiện tượng mặt trời đỏ vào lúc bình minh và hoàng hôn. Trong các hiện tượng này, tia sáng cũng khúc xạ theo đường cong của trái đất.

2. Sự chênh lệch giữa hai chiếc đồng hồ đặt trên hai máy bay bay theo hai hướng đông tây.

Theo quan niệm của thuyết tương đối, một vật thể có khối lượng sẽ làm xoắn không thời gian xung quanh nó, do đó sự di chuyển ngược và xuôi theo chiều xoắn sẽ cho thời gian khác nhau. Giả thiết này được kiểm chứng bằng thí nghiệm đặt hai chiếc đồng hồ có độ chính xác bằng nhau trên hai máy bay bay theo hai chiều đông tây. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi hai máy bay gặp nhau, chiếc đồng hồ trên máy bay bay theo hướng tây chậm hơn chiếc đồng hồ trên máy bay bay về hướng đông. Điều này có vẻ giả thiết là đúng. Nhưng khi xem xét kỹ kết quả thí nghiệm và so sánh với công thức tính thời gian dãn ra của thuyết tương đối thì kết quả này là không phù hợp. Hình 1.7 mô tả lại thí nghiệm này.

Theo thuyết tương đối hẹp, thời gian sẽ dãn ra khi di chuyển với tốc độ cao. Nhưvậy, trong thí nghiệm, đồng hồ trên chiếc máy bay bay về hướng đông sẽ chạy chậm hơn do tốc độ của máy bay này cao hơn. Nhưng kết quả là ngược lại, chiếc đồng hồ trên máy bay bay về hướng tây chậm hơn. Điều này có nghĩa là giả thiết về sự xoắn không thời gian là không đúng. Sự chậm hơn của chiếc đồng hồ trên máy bay bay về hướng tây có nguyên nhân từ sự tác động khác. Giả thiết về sự tác động này là sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai chiếc máy bay. Nhiệt độ trên chiếc máy bay bay về hướng tây cao hơn chiếc bay về hướng đông bới nó phải di chuyển ( và gần như đứng yên ) trong ánh nắng mặt trời trong khi chiếc bay về hướng đông lại có nhiều thời gian nằm trong bóng của trái đất. Nhiệt độ cao làm cho dây cót của quả lắc đồng hồ dãn ra, độ đàn hồi giảm nên quả lắc dao động chậm lại. Những loại đồng hồ không có cơ cấu triệt tiêu ảnh hưởng của nhiệt sẽ chịu ảnh hưởng khiến đồng hồ chạy chậm lại. Kết quả của thí nghiệm phù hợp với giả thiết này. Như vậy sự chậm lại của chiếc đồng hồ trên máy bay bay về hướng đông có nguyên nhân từ sự chênh lệch nhiệt độ chứ không phải là do thời gian bị xoắn.