Thuyết tương đối hẹp

Einstein đứng trước bảng ghi công thức thuyết tương đối hẹp (trước năm 1940)

Thuyết tương đối hẹp là lý thuyết vật lý được xác nhận bằng thực nghiệm và chấp nhận rộng rãi đề cập về mối quan hệ giữa không gian và thời gian. Theo cách trình bày logic ban đầu của Albert Einstein, thuyết tương đối hẹp dựa trên hai tiên đề:

• Các định luật vật lý là bất biến trong mọi hệ quy chiếu quán tính.
• Tốc độ ánh sáng trong chân không là như nhau đối với mọi quan sát viên, bất kể chuyển động của nguồn phát ánh sáng như thế nào.

Trích dẫn

Tiếng Anh

• 1964, Richard Feynman, The Feynman Lectures on Physics

  For over 200 years the equations of motion enunciated by Newton were believed to describe nature correctly, and the first time that an error in these laws was discovered, the way to correct it was also discovered. Both the error and its correction were discovered by Einstein in 1905.

  Newton’s Second Law, which we have expressed by the equation $F={\frac {d\left({mv}\right)}{dt}}$ was stated with the tacit assumption that m is a constant, but we now know that this is not true, and that the mass of a body increases with velocity. In Einstein’s corrected formula m has the value $m={\frac {{m}_{0}}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$ where the “rest mass” m₀ represents the mass of a body that is not moving and c is the speed of light, which is about 3×10⁵ km⋅sec⁻¹ or about 186,000 mi⋅sec⁻¹.

  Trong hơn 200 năm, các phương trình chuyển động do Newton đề ra được cho là mô tả chính xác tự nhiên, và lần đầu tiên sai sót trong những định luật này được phát hiện kèm theo cả cách chỉnh sửa. Cả sai sót lẫn sửa chữa đều được Einstein tìm ra năm 1905.
  Định luật thứ hai Newton thể hiện qua phương trình $F={\frac {d\left({mv}\right)}{dt}}$ được phát biểu với giả định ngầm rằng m là một hằng số, nhưng giờ chúng ta biết rằng điều này không chính xác, mà khối lượng vật thể tăng theo vận tốc. Trong công thức hiệu chỉnh của Einstein, m có giá trị $m={\frac {{m}_{0}}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$ trong đó “khối lượng nghỉ” m₀ biểu diễn khối lượng khi đứng yên và c là tốc độ ánh sáng, khoảng 3×10⁵ km⋅s⁻¹ hay 186.000 mi⋅s⁻¹

• 2005, David Mermin, It's about Time: Understanding Einstein's Relativity

  Between 1968 and 2005 I’ve learned a lot about explaining special relativity. One pedagogical discovery has been especially valuable. Anybody wishing to understand the subject must be able to visualize how certain events taking place, say, in a railroad station, are described from the point of view of a passenger passing through that station on a uniformly moving train and, conversely, how events taking place on such a train appear to a person standing in the station. Without the ability to translate from one such description to another, one cannot begin to understand relativity. But all introductions to relativity that I know of, including my own 1968 book, take the ability to do this for granted. They immediately require the reader to apply this unused, undeveloped, often nonexistent skill to some highly counterintuitive phenomena.
  In explaining relativity this process often leads to descriptions from two different perspectives, which appear, at first glance, to contradict each other. Faced with an apparent paradox, people who have never before thought about transforming station descriptions to train descriptions and vice versa quite reasonably assume that they must have done something wrong in the transcription. Rather than seeking an understanding of why the contradiction is only apparent, they lose confidence in the analytical technique that gave rise to it.
  In this respect the pedagogy of the standard approach to relativity is terrible. One introduces a crucial and unfamiliar conceptual technique— changing descriptions from one “frame of reference” to another—by immediately applying it to some unusual and highly counterintuitive cases. The most important thing I learned in teaching relativity to many generations of Cornell undergraduates, none of them science majors, is that one must begin teaching them the technique of changing frames of reference by applying that technique to some entirely commonplace, highly intuitive examples. There are many such ways to develop these skills, and they enable one to learn much that is not at all obvious, though never paradoxical..

  Năm 1968-2005, tôi đã học được rất nhiều về diễn giải thuyết tương đối hẹp. Một khám phá sư phạm đặc biệt có giá trị. Bất kỳ ai muốn hiểu về chủ đề này đều phải có khả năng hình dung cách một số sự kiện diễn ra, chẳng hạn như trong một ga xe lửa được mô tả từ góc nhìn của một hành khách đi qua trên chuyến tàu chuyển động đều, và ngược lại là cách các sự kiện diễn ra trên một chuyến tàu như vậy xuất hiện đối với một người đứng trong nhà ga. Nếu không có khả năng diễn dịch từ mô tả này sang mô tả khác, người ta không thể bắt đầu hiểu thuyết tương đối. Nhưng tất cả các tài liệu giới thiệu về thuyết tương đối mà tôi biết, bao gồm cả cuốn sách chính tôi viết năm 1968, đều coi khả năng này là điều hiển nhiên. Chúng ngay lập tức yêu cầu người đọc áp dụng kỹ năng chưa được sử dụng, chưa được phát triển, và thường là chẳng có ý niệm gì vào một số hiện tượng rất phản trực giác.
  Khi giải thích thuyết tương đối, quá trình này thường dẫn đến những mô tả từ hai góc nhìn khác nhau, thoạt nhìn có vẻ mâu thuẫn với nhau. Đối mặt với một nghịch lý hiển nhiên, những người chưa từng nghĩ đến việc chuyển đổi mô tả ga thành mô tả tàu hỏa và ngược lại, hoàn toàn có lý khi cho rằng mình chắc chắn đã sai ở đâu đó. Thay vì tìm hiểu lý do tại sao mâu thuẫn chỉ mang tính hiển nhiên, họ lại mất niềm tin vào kỹ thuật phân tích đã sinh ra nó.
  Về mặt này, phương pháp sư phạm về tiếp cận thuyết tương đối chuẩn mực thật tệ hại. Người ta đưa ra một kỹ thuật khái niệm quan trọng và xa lạ - thay đổi mô tả từ "khung tham chiếu" này sang "khung tham chiếu" khác - bằng cách áp dụng ngay vào một số trường hợp bất thường và rất phản trực giác. Điều quan trọng nhất tôi học được khi giảng dạy thuyết tương đối cho nhiều thế hệ sinh viên đại học Cornell mà không ai trong số đó thuộc chuyên ngành khoa học, là người ta phải bắt đầu dạy họ kỹ thuật thay đổi khung tham chiếu bằng cách áp dụng kỹ thuật đó vào một số ví dụ hoàn toàn phổ biến và rất trực quan. Có rất nhiều cách để phát triển những kỹ năng này, và chúng cho phép người ta học được nhiều điều không hề hiển nhiên, mặc dù không bao giờ là nghịch lý.

Tiếng Đức

• 1905, Albert Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körpe

  Wir sehen also, daß wir dem Begriffe der Gleichzeitigkeit keine absolute Bedeutung beimessen dürfen, sondern daß zwei Ereignisse, welche, von einem Koordinatensystem aus betrachtet, gleichzeitig sind, von einem relativ zu diesem System bewegten System aus betrachtet, nicht mehr als gleichzeitige Ereignisse aufzufassen sind.

  Do đó, chúng ta thấy rằng không thể đưa ra ý nghĩa tuyệt đối cho khái niệm đồng thời, nhưng khi xem xét từ một hệ tọa độ, hai sự kiện là đồng thời khi được nhìn từ một hệ thống chuyển động tương đối với hệ thống này thì không còn được coi là đồng thời nữa.

Xem thêm

• Vận tốc
• Bán dẫn
• Âm thanh

Liên kết ngoài

• Bài viết bách khoa Thuyết tương đối hẹp tại Wikipedia