Chương 0: Giới thiệu về Lý thuyết Tương đối của Einstein
Vào đầu thế kỷ 20, Albert Einstein đã cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về không gian, thời gian và trọng lực với lý thuyết đột phá về tương đối đặc biệt và tương đối chung của ông. Những lý thuyết này đã tái hiện căn bản cách chúng ta nhìn nhận vũ trụ và đặt nền móng cho vật lý hiện đại.
Hành trình của Einstein đến với tương đối bắt đầu từ năm 1905 với lý thuyết tương đối đặc biệt. Lý thuyết này dựa trên hai giả định chính:
- Các luật vật lý đồng nhất trong tất cả các khung tham chiếu vô định.
- Tốc độ ánh sáng trong chân không là không đổi và không phụ thuộc vào chuyển động của nguồn sáng hoặc người quan sát.
Từ những giả định sơ sài này, Einstein đã suy ra một số hậu quả sâu sắc đòi hỏi sự thách thức đối với quan điểm Newton truyền thống về không gian và thời gian tuyệt đối. Lý thuyết tương đối đặc biệt đã cho thấy rằng không gian và thời gian có mối liên hệ mật thiết, và các quan sát viên khác nhau có thể không đồng ý với nhau về độ dài và thời gian tùy thuộc vào chuyển động tương đối của họ. Những hiệu ứng kỳ quái như không gian co lại, thời gian chậm trễ và tương đối đồng thời đã xuất hiện như dự đoán của lý thuyết.
Xây dựng trên nắm bắt của lý thuyết tương đối đặc biệt, Einstein đã dành thập kỷ tiếp theo để phát triển lý thuyết tương đối chung, mở rộng nguyên tắc tương đối thành khung tham chiếu tăng tốc và cố gắng mô tả trọng lực dưới dạng hình học. Trong tương đối chung, trọng lực không còn được coi là một lực mà thay vào đó là sự bẻ cong của không gian-thời gian do sự hiện diện của khối lượng và năng lượng gây ra. Lý thuyết đưa ra một số dự đoán ấn tượng, như việc làm cong ánh sáng của mặt trời, sự tồn tại của lỗ đen và sự mở rộng của vũ trụ.
Trong thế kỷ kể từ khi ra đời của chúng, lý thuyết tương đối đặc biệt và chung đã trải qua các thử nghiệm thực nghiệm chặt chẽ và vẫn tồn tại vững vàng. Từ việc đo đạc chính xác các thay đổi nhỏ trong quỹ đạo của Sao Thủy đến việc phát hiện gần đây của sóng hấp dẫn từ sự va chạm của lỗ đen, tương đối đã được chứng minh là một trong những lý thuyết khoa học thành công nhất từng được phát minh.
Tuy nhiên, mặc dù đã đạt được thành công, tương đối vẫn là một khái niệm ngược nội trực quan và thách thức đối với nhiều người. Mô tả của nó về không gian-thời gian có thể điều chỉnh được liên kết giữa không gian và thời gian và cong với sự hiệu ứng của khối lượng và năng lượng trái ngược với kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta. Việc lý giải tương đối đòi hỏi chúng ta phải từ bỏ nhiều quan niệm trước đó và trực giác về bản chất của hiện thực.
Trong cuốn sách này, chúng tôi sẽ bắt đầu một hành trình để giải mã những bí ẩn về tương đối của Einstein. Bắt đầu từ nguyên tắc cơ bản, chúng tôi sẽ phát triển cơ sở khái niệm và hình thức toán học của lý thuyết tương đối đặc biệt và chung. Chúng tôi sẽ khám phá những hậu quả hấp dẫn của tương đối, từ mâu thuẫn song sinh và E=mc2 đến lỗ thủng và du hành thời gian. Và chúng tôi sẽ nhìn thấy như thế nào tương đối đã hình thành hiểu biết hiện đại của chúng ta về từng thứ từ thế giới phụ hạt nhân đến cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ.
Trong quá trình tiến hành, chúng tôi sẽ cố gắng đạt đến tính rõ ràng và hiểu biết vật lý hơn là độ chặt chẽ toán học. Trong khi có một số phương trình sẽ không thể tránh được, sự tập trung sẽ là việc phát triển một sự hiểu biết trực quan sâu sắc về ý tưởng cốt lõi của tương đối. Các thử nghiệm tư duy, phương thức tương tự và minh họa sẽ được sử dụng một cách rộng rãi để hướng dẫn hành trình của chúng ta.
Khi kết thúc cuốn sách này, bạn sẽ hiểu rõ lý thuyết tương đối đặc biệt và chung. Bạn sẽ hiểu như thế nào ý tưởng cách mạng của Einstein đã buộc chúng ta phải tái suy nghĩ về không gian, thời gian và trọng lực. Và bạn sẽ đón nhận với trân trọng một lý thuyết thanh lịch và sâu sắc nằm ở trái tim vật lý hiện đại.
Vậy hãy bắt đầu cuộc khám phá về tương đối của Einstein, và xem nó làm thế nào tiếp tục hình thành cách nhìn của chúng ta về vũ trụ hơn một thế kỷ sau khi ra đời.