Những Điều kỳ lạ trong Đặc Thuyết tuơng Đối của Bác Học Albert Einstein
Năm 1905, Phuơng trình E = mc2 là nội dung chính hay còn được coi là "sản phẩm chính" của ĐẶC THUYẾT TUƠNG ĐỐI dù vào thời đó ít ai tin. Dù sao, Albert Einstein và một số bác học khác vẫn tin vào những suy nghĩ chính ông khi kiểm chứng về "thái độ" của ánh sáng đối với nền tảng vật lý nhân loại vào những thập kỷ có ít người tin vào lý thuyết đó.
Đặc thuyết đó có những tính chất, sẽ đề cập vào phần dưới:
*càng lao nhanh thời gian đi chậm lại-"moving clocks run slow" là gì?
* Twin Paradox là gì ?
*vật chất hay khối lượng (mass) không bao giờ vượt qua tốc độ ánh sáng, và tốc độ ánh sáng là giới hạn cuối cùng của nó. Tại sao thế?
*khi di chuyển với tốc độ kế cận với vận tốc ánh sáng mọi công thức về động tử bình thường đều khác đi. Thật lạ lùng?
***
1- Khi một động tử lao đi với tốc độ gần tốc độ của ánh sáng vd 200 ngàn km/giây, và phát đi một tia sáng thì tốc độ một tia sáng phát ra từ động tử này cũng là tốc độ 300 ngàn km/giây cùng chiều của tia sáng.
2--Khi động tử đó lao đi với với tốc độ cũng 200 ngàn km/giây về phía nguồn sáng tức nghịch chiều với ánh sáng kia đang tới, tốc độ nguồn sáng tới gần động tử này cũng vẫn 300 ngàn km /giây
***
Thuyết Tương Đối Tổng Quát được đề xướng lại vào năm 1915.
Đó là hệ thống không gian ba chiều cổ điển. Các bác học đương đại với bác học Einstein như Hermann Minkowski còn thêm một TRỤC thứ 4 nữa đó là trục THỜI GIAN VŨ TRỤ -SPACETIME.
THỜI GIAN LÀ MỘT ẢO NIỆM---QUÁ KHỨ HIỆN TẠI TƯƠNG LAI ĐỀU CÓ THẬT VÀ TRƯỜNG CỬU TRONG HỆ THỜI GIAN VŨ TRỤ TRONG ĐẶC THUYẾT TƯƠNG ĐỐI ....
Với một đồng hồ nguyên tử atomic clock , kiểm chứng nhiều lần từ năm 1971 được thực hiện trên nhiều chuyến bay ngang qua Đại tây Dương. Một đồng hồ nguyên tử cài vào chuyến hành trình dài đường này. Đương nhiên chúng ta biết vận tốc nhanh nhất của máy bay có nhanh gì cũng chỉ là một phần quá nhỏ so với tốc độ ánh sáng , tuy vậy người ta cũng đo được độ biến thiên PHẦN TRIỆU CỦA GIÂY với thuyết "moving clocks run slow" khi có sự so sánh giữa 2 đồng hồ nguyên tử (atomic clock) , một đứng yên trên mặt đất và một di chuyển theo máy bay. Chuyện này đang hé lộ thuyết tương đối của Einstein là có thật !
Trong vô tận khoảng khắc (instant) xuất hiện của môt vật trong không gian nó là sự kết nối của vô tận (infinitive) khoảnh khắc (instants) đó sự liên kết với điều kiện hoàn toàn không có sự mất mát của điểm nào trong không gian cả. Nói như thế, chiều thời gian (time dimension) của Spacetime là chiều thứ 4 không thể thiếu trong lý thuyết vũ trụ và khác với không gian 3 chiều của hình học Euclid (dài rộng cao)
*1- Luật vật lý bình thuờng trong đời sống mà chúng ta thấy bất cứ phần tử nào trong không gian đều nằm trong hệ thống 3 chiều giống nhau đó là DÀI /RỘNG cùng TRÊN/DƯỚI đó là không gian ba chiều. Hệ quy chiếu này áp dụng lên mọi hoàn cảnh cho chúng ta hàng ngày mà chúng ta vẫn thấy- đó là dung tích, thể tích, vị trí một vật...
TWIN PARADOX ?
Bây giờ đây chuyện lạ XẢY RA :
KHỐI LƯỢNG mass CŨNG KHÔNG PHẢI BẤT BIẾN TRONG THUYẾT TƯƠNG ĐỐI
Đó là gì chúng ta thấy tương tự với khoa học hiện đại với Máy Gia Tốc Hạt Lớn tai Châu Âu (Large Hadron Collier LHC) là cỗ máy gia tốc hạt khởi động vào ngày 10/9/2008. LHC gồm một ống vòng (ring)liên hợp dài 27 km , kết tạo bởi hệ từ trường siêu dẫn (superconducting mangnets) có khả năng thăng hoa năng lực đưa vận tốc hạt truyền dẫn các hạt (particles) trong ống này lên suýt soát với tốc độ ánh sáng.
*****
E=mc2 KHAI SINH RA BOM NGUYÊN TỬ
Trong vật lý bình thường vật chất (matter-mass) và môi trường cần năng lượng nào đó để biến đổi nhiều thứ .
Ví dụ , thuòng người ta định nghĩa động năng (kinetic energy )
là năng lượng làm cho vật chuyển di . Nhiệt năng (heat) làm cho nó nóng lên , điện từ (electromagnetic) là năng lượng làm cho nó phát sóng . Các năng lượng tuơng tác ,biến đổi, qua nhiều dạng thức di chuyển, nhiệt, sóng do. Nó không bao giờ bị huỷ diệt (destroyed) cũng như con người chẳng ai sinh ra (create) được vật chất hay năng lượng, nhưng chỉ có khả năng ứng dụng kỹ thuật và kiến thức để tạo ra (make) vật chất khác, chuyển đổi, lan truyền, tác động vật chất ra năng lượng.ví dụ: dùng củi nấu nồi nước tạo thành nước sôi và hơi nước . Kết hợp các nguyên tố, hợp chất v v tạo thành chất mới, làm phát sóng đài truyền thanh truyền hình v v
Vấn đề chúng ta đặt ra là sự thực chúng ta có khả năng chuyển hóa nó thành năng lượng E (Einstein) được hay không?
Phương cách duy nhất để khối lượng 1 kg vật chất ,ví dụ nước chẳng hạn, này biến thân hoàn toàn thành năng lượng E thì 1 kg nước đó phải bị hủy diệt (annhilated ) toàn bộ. Đây là tiến trình hủy diệt TÍNH VẬT CHẤT của chúng, nó đòi hỏi phải có khối lượng tương đồng PHẢN VẬT CHẤT bằng nó, tương đồng khối lượng nhưng mang toàn âm điện (negative charge).
loại PHẢN VẬT CHẤT có HIỆN HỮU và người ta thấy được nó . Đó là các HẠT HẠ NGUYÊN TỬ (subatomic particles)-đứng sau và nhỏ hơn cấu trúc căn bản của nguyên tử-trong quá trình phân rã phóng xạ. Một thứ chúng ta có thể thực hiện được trong phòng thí nghiệm.
Nhưng hạt này có tính tự hủy và khó sống còn cùng lúc đối với các chất liệu bình thường như nước. Với lý do này chúng ta không thể nào đem 1 kg nước trộn lẫn với 1 kg "phản vật chất nước" để cho ra năng lượng được.
Hiện tượng đặc biệt của các hạt căn bản như PROTON chẳng hạn nó có tính nối kết. Nhân của hydrogen gồm chỉ 1 proton đơn thuần thôi. Nếu có 2 protons thì nó lại là nguyên tử helium. Đây là lối giải thích cách thành lập các nguyên tố... và cứ như thế tiến trình này cứ nhân lên mãi có nghĩa tăng số protons trong nhân (nucleus) lên cho đến các nguyên tố NẶNG NHẤT; thí dụ: Uranium trong nhân có 92 protons.
Chúng ta cũng có thể kết hợp hai proton tự do (hydrogen nuclei) với nhau để có một hạt nhân helium ban sơ [ Deuteron -hình trái ]. Tiến trình này đòi hỏi hai proton này lao vào nhau với tốc độ cực nhanh. Chuyện này xảy ra ở mặt trời chúng ta trong phản ứng sơ khai bước 1 (step 1 )
1H + 1H --> 2H + antielectron + neutrino (hinh tren)
nhưng với kỹ thuật tối tân của con người như lasers, từ trường, hay tại tâm của bom nguyên tử chúng ta có thể thực hiện được và gọi đó là: PHẢN ỨNG TỔNG HỢP HẠT NHÂN (nuclear fusion) Có gì thú vị khi chúng ta ép buộc tổng hợp hạt nhân như thế kia? Khi các protons (dương điện tử) bị tổng hợp nó sẽ mất đi một phần khối lượng tương đương 0.7% tổng số khối lượng tổng hợp [sự mất đi từ các hạ nguyên tử positron và neutrino trong hình trên ].
Nếu chúng ta chuyển ngược khối lương này ra năng lượng theo công thức E = mc2 thì năng lượng to lớn biết bao nhiêu !
Nhà máy hạt nhân (nuclear reator) ứng dụng ý tưởng này trong các lò phản ứng nơi các hạt hạ nguyên tử (subatomic particle) còn gọi là neutrons (trung tử) bị bắn tại nhân của các nguyên tử Uranium và nhân U này bị phân tách ra các nguyên tử nhỏ hơn. Tiến trình phân hạch này tạo ra năng lượng lớn nhưng mất mát nguyên liệu lại ít . Đó là năng lượng nguyên tử hay năng lượng hạt nhân.
Từ những nguyên tố nặng hơn sắt [Fe] tất cả đều không ổn định. Có một số lại RẤT KHÔNG ỔN ĐỊNH. Có nghĩa rằng nhân của chúng quá nhiều dương điện tử hay có nhiều dương điện (positively charged protons) chúng đẩy lẫn nhau đưa đến tình trạng phân tán bất cứ lúc nào! Nên chúng ta gọi NHỮNG NGUYÊN TỐ NÀY CÓ TÍNH PHÓNG XẠ. thí dụ, nguyên tố Uranium có tính phóng xạ. Từng giây đồng hồ hàng loạt nguyên tử Uranium tan rã ra thành từng nguyên tố mới và dĩ nhiên là nhẹ hơn vì ít protons hơn. Lại có một lượng nhỏ bị mất đi và nó đã chuyển hóa thành năng lựơng một lần nữa theo công thức E=mc2. Tiến trình này gọi là PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH HẠT NHÂN (nuclear fission)
1 kg chất liệu hạt nhân có thể tạo ra 9 x 1016 joules
Hay tương đương với 40 mega ton TNT (40 triệu tấn TNT)
Đó là năng lượng của một nhà máy điện có công suất 1000 tỷ watt dư sức cho 10 triệu căn nhà dùng trong 3 năm.
Phản ứng phân hạch chỉ làm mất một ít khối lượng (các dạng subatomic bị hoá thành năng lượng, còn đa số đều nằm thành các chất đồng vị (ví dụ Ụranium 235 thành Baryum và Kryton)
Cả hai phản ứng hạt nhân nói trên đều có phóng thích một khối lượng nhỏ vật chất để chuyển hóa thành năng lượng, một năng lượng khổng lồ theo công thức Einstein .
Leo Szilard appears before the U.S. Senate Atomic Bomb Committee in December 1945
===================================
CÁC NGUỒN THAM KHẢO
-http://blogs.britannica.com/2010/09/e-mc2-the-unforgettable-equation-of-einsteins-miracle-year-picture-essay-of-the-day/
-https://www.theguardian.com/science/2014/apr/05/einstein-equation-emc2-special-relativity-alok-jha
-https://www.theguardian.com/science/2014/apr/05/einstein-equation-emc2-special-relativity-alok-jha
http://www.worsleyschool.net/science...emc2/emc2.html
UC Davis ChemWiki
http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Atomic_Theory/The_Atom/Sub-Atomic_Particles
http://zebu.uoregon.edu/~soper/Sun/fusionsteps.html
https://www.utdallas.edu/~parr/chm5414/54140903.html\
EINSTEIN REGRETTED HIS ROLE IN THE ABOMB'S CREATION