Thuyết tương đối hẹp: khi thời gian không còn tuyệt đối

Năm 1905, Albert Einstein công bố một bài báo xây dựng lại toàn bộ cơ học từ hai giả định:

1. Các định luật vật lý là như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính.
2. Tốc độ ánh sáng trong chân không là như nhau với mọi quan sát viên, bất kể chuyển động của nguồn hay người quan sát.

Tiên đề thứ hai nghe vô hại nhưng phá vỡ trực giác hằng ngày. Nếu bạn chạy theo một chùm sáng, bạn vẫn đo được nó chuyển động với đúng tốc độ c so với mình.

Hệ quả

Giãn nở thời gian. Đồng hồ chuyển động so với bạn sẽ chạy chậm hơn đồng hồ của bạn, theo hệ số Lorentz γ = 1/√(1 − v²/c²).

Co độ dài. Vật thể chuyển động ngắn lại theo phương chuyển động, cùng hệ số đó.

Tính đồng thời là tương đối. Hai sự kiện xảy ra cùng lúc với người này có thể không cùng lúc với người khác đang chuyển động.

E = mc². Khối lượng và năng lượng là hai mặt của cùng một đại lượng.

Không phải chuyện lý thuyết suông

Hệ thống GPS phải hiệu chỉnh cả hiệu ứng tương đối hẹp (vệ tinh chuyển động nhanh nên đồng hồ chạy chậm đi khoảng 7 μs/ngày) lẫn tương đối rộng (ở xa Trái Đất, trường hấp dẫn yếu hơn nên đồng hồ chạy nhanh hơn khoảng 45 μs/ngày). Tổng cộng khoảng 38 μs/ngày — nếu bỏ qua, sai số định vị sẽ tích luỹ khoảng 10 km mỗi ngày.

Các hạt muon sinh ra ở tầng cao khí quyển cũng là bằng chứng trực tiếp: thời gian sống trung bình của chúng quá ngắn để tới được mặt đất, vậy mà chúng vẫn tới — vì với hệ quy chiếu của chúng ta, đồng hồ của chúng chạy chậm.

Đọc thêm

• Sóng hấp dẫn và sóng trọng lực: một chữ khác nhau, hai hiện tượng không liên quan
• Mặt Trời: lò phản ứng giữ cả hệ hành tinh