Thuyết tương đối hẹp

Phương trình nổi tiếng của Einstein

Thuyết tương đối hẹp hay thuyết tương đối đặc biệt (tiếng Anh: special relativity hay the special theory of relativity) là thuyết vật lý được chấp nhận về mối quan hệ giữa không gian và thời gian. Nó được dựa trên hai định đề: (1) các định luật vật lý là bất biến (giống hệt nhau) trong tất cả các hệ thống quán tính (không tăng tốc hệ quy chiếu); và (2) tốc độ của ánh sáng trong chân không là như nhau cho tất cả các người quan sát, không phụ thuộc vào chuyển động của nguồn ánh sáng.

Thuyết này do Albert Einstein đề xuất vào năm 1905 trong báo cáo "Về điện động học của các vật di chuyển".^[1] Sự bất nhất của cơ học Newton với phương trình Maxwell về điện không có khả năng phát hiện chuyển động của Trái Đất trong chân không dẫn đến sự phát triển của thuyết tương đối hẹp, trong đó thay đổi các quy tắc cơ học để xử lý các tình huống liên quan đến chuyển động gần tốc độ ánh sáng. Tính đến hôm nay, thuyết tương đối hẹp là mô hình chính xác nhất của chuyển động tại bất kỳ tốc độ nào. Mặc dù vậy, cơ học Newton vẫn còn hữu dụng (do sự đơn giản và độ chính xác cao của nó) khi vận tốc tương đối nhỏ so với tốc độ ánh sáng.

Thuyết tương đối hẹp bao hàm một loạt các hệ quả đã được kiểm tra bằng thực nghiệm,^[2] bao gồm thu hẹp độ dài, giãn nở thời gian, khối lượng tương đối, chuyển đổi tương đương khối lượng-năng lượng, giới hạn tốc độ phổ quát, và thuyết tương đối của sự đồng thời. Nó đã thay thế khái niệm thông thường của một thời gian phổ quát tuyệt đối với khái niệm của một thời gian phụ thuộc vào hệ quy chiếu và vị trí không gian. Thay vì một khoảng thời gian bất biến giữa hai sự kiện, có một khoảng thời gian không-thời gian bất biến. Kết hợp với các định luật khác của vật lý, hai định đề của lý thuyết tương đối hẹp dự đoán được sự chuyển đổi tương đương giữa khối lượng và năng lượng, thể hiện trong công thức biến đổi tương đương khối lượng-năng lượng E = mc², trong đó c là tốc độ ánh sáng trong chân không.^[3]^[4]

Một đặc điểm nổi bật của thuyết tương đối hẹp là sự thay thế của những biến đổi Galilê của cơ học Newton với biến đổi Lorentz. Thời gian và không gian không thể được xác định riêng biệt với nhau. Không gian và thời gian cần được đan xen vào một mô hình liên tục duy nhất được gọi là mô hình không-thời gian. Sự kiện xảy ra cùng một lúc cho một người quan sát này có thể xảy ra vào các thời điểm khác nhau đối với một người quan sát khác.

Lý thuyết này được gọi là "hẹp" vì nó áp dụng các nguyên tắc của thuyết tương đối trong các trường hợp đặc biệt của hệ quy chiếu quán tính. Einstein sau đó xuất bản một bài báo về thuyết tương đối rộng vào năm 1915 để áp dụng các nguyên tắc trong trường hợp chung, đó là, với bất kỳ khung không thời gian nào để xử lý phối hợp biến đổi nói chung, và các hiệu ứng hấp dẫn.

Giả thuyết này giải thích cho kết quả của thí nghiệm Michelson-Morley và vì vận tốc truyền ánh sáng là như nhau theo mọi phương nên không thể sử dụng công thức cộng vận tốc Galileo cho ánh sáng.

Thực tế giả thuyết này có thể suy trực tiếp từ tiên đề đầu tiên. Mọi phương trình vật lý không thay đổi khi đi từ hệ quy chiếu quán tính này sang hệ quy chiếu quán tính khác, nghĩa là các phương trình Maxwell cũng bất biến, và một kết quả của nó là tiên đoán về tốc độ ánh sáng cũng phải bất biến. Do đó giả thuyết này không thể là tiên đề, chỉ là hệ quả của tiên đề tổng quát đầu tiên, nếu coi lý thuyết điện từ Maxwell là đúng.

Cũng có thể chú ý rằng, giả thuyết thứ hai có thể đứng độc lập thành một tiên đề, nếu không công nhận lý thuyết điện từ Maxwell hoặc không cần dùng đến hiểu biết về trường điện từ.

Lịch sử[sửa]

Theo quyển nhật ký của nhà toán học David Hilbert (từng là đồng nghiệp của Einstein vào cuối thế kỷ 19) thì vào tháng 8 năm 1898, ông nói Einstein đã phát minh ra một thuyết mà khi nhắc đến, người đời sẽ sửng sốt^{[cần dẫn nguồn]}. Khi nghiên cứu những vật thể chuyển động với vận tốc rất lớn gần bằng với vận tốc ánh sáng, người ta thấy rằng cơ học cổ điển của Newton không còn thích hợp nữa. Do đó cần thiết phải xem lại các khái niệm về không gian và thời gian. Việc xem xét này thực hiện trong thuyết tương đối.

Xem thêm[sửa]

Tham khảo[sửa]

↑ Albert Einstein (1905) "Zur Elektrodynamik bewegter Körper", Annalen der Physik 17: 891; English translation On the Electrodynamics of Moving Bodies by George Barker Jeffery and Wilfrid Perrett (1923); Another English translation On the Electrodynamics of Moving Bodies by Megh Nad Saha (1920).
↑ Tom Roberts and Siegmar Schleif (Lỗi khi kêu gọi {{Chú thích web}}: hai tham số url và title phải được chỉ định.). “What is the experimental basis of Special Relativity?”. Usenet Physics FAQ. Truy cập Lỗi khi kêu gọi {{Chú thích web}}: hai tham số url và title phải được chỉ định..
↑ Albert Einstein (2001). Relativity: The Special and the General Theory (ấn bản Reprint of 1920 translation by Robert W. Lawson). Routledge. tr. 48. ISBN 0-415-25384-5. http://books.google.com/?id=idb7wJiB6SsC&pg=PA50.
↑ Richard Phillips Feynman (1998). Six Not-so-easy Pieces: Einstein's relativity, symmetry, and space–time (ấn bản Reprint of 1995). Basic Books. tr. 68. ISBN 0-201-32842-9. http://books.google.com/?id=ipY8onVQWhcC&pg=PA68.

Liên kết ngoài[sửa]

Bản mẫu:Wikisource portal

Dự án liên quan

Wikibooks có một quyển sách tựa đề Special Relativity

Bản mẫu:Wikiversity

Tác phẩm góc[sửa]

Zur Elektrodynamik bewegter Körper Einstein's original work in German, Annalen der Physik, Bern 1905
On the Electrodynamics of Moving Bodies English Translation as published in the 1923 book The Principle of Relativity.