Thuyết Bất Biến - The Theory Of Invariance

[CindyNg]

TBB: Vận tốc của một xung ánh sáng đối với một quan sát viên là mức độ thay đổi khoảng cách giửa chúng theo thời gian.

CindyNg: Thế nào là khoảng cách ban đầu và khoảng cách sau cuối giửa một xung ánh sáng và một quan sát viên? Làm thế nào để xác định các khoảng cách này?

TBB: Khoảng cách ban đầu giửa một xung ánh sáng với một quan sát viên là khoảng cách giửa người quan sát và xung ánh sáng vào lúc xung ánh sáng đó xuất hiện, chính là khoảng cách giửa người quan sát và nguồn sáng vào lúc nguồn sáng phát ra xung sáng.

Khoảng cách sau cuối giửa một xung ánh sáng với một quan sát viên là khoảng cách giửa người quan sát và xung ánh sáng vào lúc xung ánh sáng chạm vào mắt người quan sát, tức là lúc người quan sát nhìn thấy loé sáng. Khoảng cách sau cuối bằng Zero.

Thí dụ:

Trong không gian, có một người quan sát Q đứng cách xa một điểm A, một khoảng cách là 300000km. Một dĩa bay bay dọc theo đường thẳng AQ, khi dĩa bay bay ngang qua điểm A, thì nó phát ra một xung ánh sáng. Hỏi bao lâu sau đó, thì người quan sát Q sẽ nhìn thấy loé sáng?

Giải:

Gọi T initial, Ti = 0:00 là thời điểm dĩa bay bay ngang điểm A, cũng là lúc dĩa bay phát ra xung ánh sáng, thì khoảng cách ban đầu giửa xung ánh sáng và Q là Di = 300000 km.

Ti = 0:00,

........~>>
.......UFO>
............A_____________________________________Q



Gọi T final, Tf là là thời điểm Q nhìn thấy loé sáng, tức là thời điểm xung ánh sáng chạm vào mắt Q. Vào lúc này, khoảng cách giửa xung ánh sáng và Q là Zero. Đây là khoảng cách sau cuối.

Tf,

.................................................. .................~>>
......................UFO>
.............A_____________________________________Q


Áp dụng phương trình vận tốc cơ bản ở trên, nhớ là vận tốc ánh sáng đối với người quan sát Q là c, chúng ta được:

c = (300000 - 0)/(Tf - Ti)

=> Tf = 0:01

Đáp: Sau 1 giây, thì Q nhìn thấy loé sáng.

-----------------------

Ở trên là cách hiểu của TBB về vận tốc ánh sáng và tiên đề ánh sáng, các bạn nào có ý kiến về cách hiểu này, xin vui lòng chia sẻ.

[CindyNg]

Chào các bạn,

Nhân có ý kiến của một bạn đọc về thí dụ dưới đây, Cindy trở lại giải thích lại bài giải của thí dụ này thêm một lần.

Trích dẫn từ bài viết của CindyNg

Thí dụ 4:

Vào lúc 0:00:00, một photon khởi hành từ A đi theo đường thẳng AOA', và Lynn khởi hành từ O, cũng đi theo đường thẳng OA'. Cho biết khoảng cách AO là 300000km. Hỏi khi nào thì photon đuổi kịp Lynn?

Giải:

Trong thuyết bất biến, vận tốc của một xung ánh sáng đối với quan sát viên là mức độ thay đổi khoảng cách giửa xung ánh sáng đó và người quan sát theo thời gian.

c = (Li - Lf)/t


Vào thời điểm To = 0:00,

~>>.................................................. ..Lynn>
A.................................................. ...........O

Khoảng cách giửa xung ánh sáng và Lynn vào thời điểm To là khoảng cách AO = 300000 km, Li = 300000 km.



Vào thời điểm t, thời điểm Lynn nhìn thấy lóe sáng,

.................................................. ................................... ~>>
.................................................. ...................................Lynn>
A.................................................. ........... O

Khoảng cách giửa xung ánh sáng và Lynn vào thời điểm t, Lf = 0

Áp dụng phương trình trên để tính t, chúng ta tìm được t = 1 giây.

[CindyNg]

....Vạn hải lý độc hành!!!

Buồn trông cửa bể chiều hôm,
Thuyền ai thấp thoáng cánh buồm xa xa?
Buồn trông ngọn nước mới sa,
Hoa trôi man mác biết là về đâu?
Buồn trông nội cỏ dàu dàu,
Chân mây mặt đất một màu xanh xanh.
Buồn trông gió cuốn mặt duềnh,
Ầm ầm tiếng sóng kêu quanh ghế ngồi.

[CindyNg]

Các bạn thân mến,

Cindy đã từng không tin rằng tri thức khoa học của người Việt hải ngoại có thể thua kém đồng bào trong nước. Nhưng sẽ là một điều khó giải thích về sự "độc diễn" của Cindy về chủ đề này.

Trước sự "hờ hững" của các bạn, Cindy đã phải đưa chủ đề này về giới thiệu với các bạn sinh viên, giáo chức chuyên ngành trong nước. Và trong khi các bạn trẻ bên đó đã không để ý đến màu cờ sắc áo, mà tham gia thảo luận, thì Cindy lại ....không thể có nhiều nhiệt tình, mà chỉ trả lời, giải thích qua loa...

Các bạn nào còn có gì muốn nói về thuyết bất biến, thì xin hãy post lên; còn nếu không tiện thì có thể vào web vatlyvietnam.org để xem thêm.

Chân thành cảm ơn tất cả các bạn đã theo dõi topic này.

Kính chúc các bạn cùng thân quyến

Một Năm Mới An Khang - Thịnh Vượng - Hạnh Phúc.

[CindyNg]

Chào các bạn,

Có lẽ Cindy nên tóm lược đôi nét khác biệt cơ bản giửa các lý thuyết....

1. Cơ học Newton:

Đặt trên nền tảng không gian và thời gian tuyệt đối. Là một thành tựu vĩ đại trong khoa học. Tất cả các tính toán đường bay của phi thuyền, vệ tinh, hành tinh, phi đận, hỏa tiễn,.... hiện nay đều được tính theo cơ học cổ điển. Giá trị của cơ học Newton không cần phải bàn luận nữa.

2. Thuyết Bất Biến:

Cũng đặt trên nền tảng tuyệt đối của không gian và thời gian. Là bước nối tiếp của cơ học Newton, thành công trong việc rủt hiệu ứng Doppler hoàn toàn phù hợp với thực tế đời sống, và nhất là rút ra được phương trình của thế kỹ E = mcc.

3. Thuyết tương đối

Giới thiệu khái niệm mới về không gian và thời gian. Không-thời-gian là thuộc tính của vật chất. Vật chất còn, không-thời-gian còn. Vật chất mất, không-thời-gian mất. Là lý thuyết được tin tưởng nhất hiện nay với hơn 90% số lượng các nhà khoa học. Là lý thuyết đầu tiên đưa đến phương trình thế kỷ E = mcc, (mặc dù có một vài điểm gượng ép)

Kết quả những thực nghiệm mới nhất:

a. Gravity Probe B là một vệ tinh được đưa lên quỹ đạo nhằm mục đích đo lường mức độ Frame Dragging, một "tiên đoán" trong thuyết tương đối. Gravity Prove B thất bại trong việc xác minh này:

www.newscientist.com/article/dn13938-gravity-probe-b-scores-f-in-nasa-review.html

b. LIGO: Là một giao thoa kế laser, nhằm mục đích xác minh sự tồn tại của sóng hấp dẫn, một tiên đoán khác của thuyết tương đối. Kết quả negative. Giao thoa kế không tìm được dấu vết nào của sóng hấp dẫn.

c. Quasars: Những quan sát cùng với những phân tích mới nhất về các dãy quang phổ thu nhận được từ khoảng 900 Quasars, KHÔNG support cho hiệu ứng time dilation trong thuyết tương đối.


==============================

Các bạn thân mến,

Cindy chỉ biết có hai lý thuyết vật lý có thể đưa đến phương trình E = mcc. Trong khi thuyết tương đối đang gặp khó khăn trước kết quả của một số thực nghiệm gần đây, thì thuyết bất biến không gặp trở ngại nào.
Hy vọng các bạn sẽ vì thế mà có một cái nhìn thích hợp hơn về lý thuyết này. Xin cho tác giả một sự ủng hộ tinh thần.

Thanks

[CindyNg]

Chào các bạn,

Bởi vì các khái niệm "siêu thực" trong thuyết tương đối như là 'sóng hấp dẫn', 'frame-dragging',... cho đến bây giờ vẫn là những khái niệm 'beyond' thực tế đời sống, chúng ta hãy trở về lại với những khái niệm vật lý cơ bản, thì sẽ thấy rằng kết quả tính được từ 3 lý thuyết không khác nhau bao nhiêu.

Thí dụ: Một vật thể m có khối lượng 1kg, được thả rơi tự do vào Mặt Trời từ một khoảng cách vô cùng xa. Hãy tìm vận tốc và động năng của m khi nó rơi đến bề mặt của Mặt Trời.

1. Với Cơ học Newton:

v = 617771.39 m/s
KE = 190820.74 triệu joule

2. Thuyết Bất Biến:

v = 617771.61 m/s
KE = 190820.95 triệu joule

3. Thuyết tương đối hẹp:

v = 617771.06 m/s
KE = 190821.15 triệu joule

Với sự khác biệt quá nhỏ bé giửa các kết quả tính theo các lý thuyết, chúng ta có thể nói rằng cả 3 lý thuyết đều phù hợp với thực tế đời sống hàng ngày. Nếu quan niệm rằng Vật Lý là ngành khoa học thực nghiệm, thì có lý do nào để chúng ta chỉ chấp nhận Cơ học Newton và Thuyết Tương Đối Hẹp, mà lại từ chối Thuyết Bất Biến?

[CindyNg]

Cám ơn bạn 'nguoivn' đã ủng hộ. Với sự ủng hộ của bạn, Cindy lên tinh thần, .... viết tiếp...

Cindy sẽ trình bày lại một thí nghiệm tưởng tượng của nhà bác học Einstein, cùng với luận điểm và kết luận của ông.

Sau đó Cindy sẽ trình bày một thí nghiệm tưởng tượng khác, rồi nêu lên luận điểm và kết quả theo thuyết bất biến.

Các bạn chỉ cần ngồi đọc và nhận định các thí nghiệm này.

Chúng ta bắt đầu với thí nghiệm của nhà bác học vĩ đại trước. Các bạn có thể đọc nguyên văn thí nghiệm này tại đây:
www.bartleby.com/173/9.html

Cindy sẽ trở lại tóm tắt nó...

[CindyNg]

I. Thí nghiệm của Einstein:

www.bartleby.com/173/9.html

Cindy xin phép 'viết lại' thí nghiệm trong link trên:

1. Mô tả:

Tại hai điểm A và B người ta đặt hai ngọn đèn A và B. Cho một người quan sát Q, chuyển động thẳng đều từ A đến B.

*................Q>............................... .......................*
A...................................O............. ........................B

Ngay khi Q chuyển động ngang qua trung điểm O của AB thì hai ngọn đèn A và B, cùng lúc được chớp lên một cái:

*~>..............................Q>.................. .............<~*
A...................................O............. ........................B


Câu hỏi mà ngài Einstein đặt ra là Q sẽ nhìn thấy ngọn đèn nào trước?

2. Luận điểm:

*.......................~>................Q><~......................*
A...................................O............. ........................B

Ngài Einstein lập luận rằng tia sáng từ ngọn đèn A phải đuổi theo người quan sát Q, trong khi tia sáng phát ra từ ngọn đèn B lại chuyển động đón đầu Q. Cho nên, ông kết luận người quan sát Q sẽ nhìn thấy ánh đèn của ngọn đèn B trước.

================

II. Thí nghiệm của Cindy:

Bởi vì trong thực tế đời sống, không phải lúc nào chúng ta cũng có hai ngọn đèn và một quan sát viên. Có lúc, chúng ta có một ngọn đèn và hai quan sát viên, như trường hợp dưới đây:

1. Mô tả:

S là một ngọn đèn bên đường. P và Q là hai quan sát viên đang chuyển động thẳng đều đối với S, như hình dưới đây:

*........................P>....................... ..........<Q....

Ngay khi P và Q gặp nhau thì ngọn đèn S được chớp lên:

............................................P>.... ...........
*~>
S........................................<Q....... ..........

Câu hỏi mà Cindy đặt ra là người quan sát nào sẽ nhìn thấy ánh đèn trước?

thì với cùng luận điểm rượt đuổi và đón đầu của Einstein trong thí nghiệm của ông, chúng ta có thể nói rằng là theo thuyết tương đối thì Q sẽ là người nhìn thấy ánh đèn trước, được minh họa bởi hình vẽ dưới đây:

.................................................. ....P>......
*..............................~>
S.................................<Q.............. .............

Các bạn thân mến,

Luận điểm của ngài Einstein cùng với kết quả của hai thí nghiệm trên, nghe rất hợp lý.

==========================

Vậy mà, lại có một người Việt mình nói khác. Cindy sẽ trở lại trình bày luận điểm của anh ta. Mời các bạn đón xem.

[CindyNg]

Các bạn thân mến,

Trước khi trình bày quan điểm của thuyết bất biến, Cindy xin phép được nhắc lại ý nghĩa của một vài thuật ngữ cũng như khái niệm cơ bản trong vật lý:

1. Hệ Quy Chiếu Quán Tính:

Là một thuật ngữ được dùng để gọi một chuyển động thẳng đều (chuyển động thẳng đều là chuyển động theo quán tính).

Hình ảnh một toa xe lửa đang chuyển thẳng đều là hình ảnh thường được dùng trong vật lý khi người ta cần một hệ quy chiếu quán tính.

2. Không gian và thời gian:

a. Không gian và thời gian trong thuyết bất biến cũng như không gian và thời gian trong cơ học Newton, là không gian và thời gian hoàn toàn độc lập, không tùy thuộc vào bất cứ điều gì, cũng không tùy thuộc lẫn nhau. Chúng là tuyệt đối. Một mét trong hệ qui chiếu quán tính này là một mét trong tất cả các hệ quy chiếu quán tính khác. Một giây trong hệ này là một giây trong hệ khác. Không gian có 3 chiều (x, y, z) và thời gian có một (nửa) chiều trôi về tương lai.

b. Không gian và thời gian trong thuyết tương đối là thuộc tính của vật chất. Vật chất còn, không-thời-gian còn; vật chất mất, không-thời-gian mất. Không gian và thời gian, vì thế có thể co giãn, và từ đó, chúng có thể khác nhau giửa các hệ quy chiếu khác nhau. Một mét trong hệ qui chiếu này có thể là 10 mét trong hệ qui chiếu khác; một năm trong hệ qui chiếu này có thể là 10 năm trong hệ qui chiếu khác. Thời gian được xem là chiều thứ tư của không gian. Người ta hay viết chung là không-thời-gian (space time)

3. Tiên đề:

Là một điều đã được đúc kết lại từ rất nhiều quan sát, là các quan sát theo phương pháp khoa học của loài người nhắm vào thế giới tự nhiên xung quanh ta. Nói một cách khác, một tiên đề có thể gọi là một 'sự thật' hiển nhiên, cho đến khi nào mà người ta có một quan sát khoa học khác cho thấy có một chuyện không phù hợp với nó.

4. Tiên đề về vận tốc ánh sáng:

Cuối thể kỷ 19, các nhà khoa học nhận thấy là vận tốc của ánh sáng là "không bình thường". Họ nhận thấy vận tốc ánh sáng đối với tất cả các quan sát viên trong tất cả các hệ qui chiếu quán tính là không đổi, là không tùy thuộc vào vận tốc nguồn sáng đối với người quan sát. Ngài Albert Einstein đã dùng 'sự thật' về vận tốc ánh sáng này như là một khởi điểm cho thuyết tương đối hẹp, gọi là tiên đề 2. Trong topic này, Cindy thường gọi là tiên đề ánh sáng. Trong các tài liệu về thuyết tương đối hẹp, tiên đề ánh sáng có thể được phát biểu bằng nhiều cách khác nhau. Các bạn có thể tìm thấy một phát biểu như sau:

" Trong chân không, vận tốc của ánh sáng đối với tất cả mọi quan sát viên là một đại lượng không đổi, bất luận là nguồn sáng và người quan sát là đang đứng yên đối với nhau, hay đang tiến gần nhau, hay đang rời xa nhau. "

Tiên đề ánh sáng cũng là một trong các khởi điểm của thuyết bất biến. Trong thuyết bất biến, nó được phát biểu như trên.

Cindy sẽ trở lại làm sáng tỏ tiên đề ánh sáng trong thuyết bất biến trước khi trình bày luận điểm của nó về các thí nghiệm tưởng tượng đã nêu ở trước.

[CindyNg]

Chào các bạn,

Cindy xin phép được làm sáng tỏ tiên đề ánh sáng trong thuyết bất biến, được phát biểu như sau:

Trong chân không, vận tốc của ánh sáng đối với tất cả mọi quan sát viên là một đại lượng không đổi, bất luận là nguồn sáng và người quan sát là đang đứng yên đối với nhau, hay đang tiến gần nhau, hay đang rời xa nhau.

Khi chúng ta nói đến vận tốc, thì ắt phải nói đến khoảng đường và thời gian.

1. Khoảng đường:

Cindy sẽ dùng một toa xe làm khoảng đường. Chiều dài từ đầu toa đến đuôi toa là 300 triệu mét. Với chiều dài này, Cindy nói rằng ánh sáng đi từ đầu toa đến đuôi toa là 1 giây. Các bạn nào cho rằng toa xe dài như trên là không thực tế, thì cứ thoải mái đọc là toa xe dài 300 m, và ánh sáng đi từ đầu toa đến cuối toa là 1 phần triệu giây.

2. Thời gian:

Muốn đo thời gian, người ta dùng đồng hồ. Loại đồng hồ được dùng trong các thí nghiệm tưởng tượng là loại đồng hồ .... tưởng tượng . Một trong các tính chất của loại đồng hồ này là identical, chúng chạy y chang nhau (the same rate). Các bạn sẽ có thể đọc được thuật ngữ "đồng bộ" hay "đồng bộ hóa" ở đâu đó trong topic này. Ý nghĩa của từ "đồng bộ" rất đơn giản:

Thí dụ: Cindy treo hai cái đồng hồ tại đầu và đuôi của toa xe, rồi Cindy đi đến giửa toa mà nhìn 2 hai cái đồng hồ này cùng lúc, mà bao giờ cũng thấy chúng hiển thị cùng một con số, thì hai đồng hồ này đã được đồng bộ hóa.

3. Vận tốc ánh sáng đối với Cindy là một hằng số = c.

Trong topic này chúng ta sẽ làm tròn c = 300 triệu m/s.

Thế nào là vận tốc ánh sáng đối với Cindy khi Cindy đứng yên và khi Cindy chuyển động đối với nguồn sáng?

a. Cindy đứng yên đối với nguồn sáng:

Sau khi Cindy treo hai đồng hồ đã được đồng bộ hóa lên đầu và đuôi toa xe rồi, thì Cindy trở lại đuôi toa .....nằm ngủ .

Có một anh xạ thủ, thủ một khẩu súng laser, đang đứng yên trên đường ray, nhìn thấy Cindy nằm ngủ trong lúc đang làm thí nghiệm, chướng mắt quá, nhắm thẳng vào cái đồng hồ ở đầu toa, phơ một phát:

.........................O______________________________O
..........................đồng hồ I ......................................đồng hồ II

Tia sáng xuyên qua đồng hồ I, làm cho đồng hồ bị hư, kim đồng hồ I đứng lại. Tia sáng này lại tiếp tục đi đến đồng hồ II, làm cho đồng hồ II hư luôn, kim đồng hồ đứng lại.

Cindy thức dậy, đi kiểm tra hai cái đồng hồ, thì thấy hai đồng hồ chỉ hai con số khác biệt nhau 1 giây ( thí dụ đồng hồ I, lúc ngừng chạy, kim chỉ con số 00:00:00, thì đồng hồ II, lúc ngừng chạy, kim của nó chỉ số 00:00:01).

Hai kim đồng hồ lệch nhau 1 giây ở đây là hình ảnh minh họa cho chuyện ánh sáng có vận tốc là 300000 km/s đối với Cindy, khi Cindy đang đứng yên đối với nguồn sáng.

b. Cindy chuyển động đối với nguồn sáng:

Thí nghiệm Cindy nằm ngủ được lập lại hai lần nữa. Một lần là toa xe đang chạy đến xạ thủ, và lần 2 là toa xe đang rời xa xạ thủ.

Cindy đang tiến gần nguồn sáng.
...............................<O______________________________O
........................ ..đồng hồ I ......................................đồng hồ II



Cindy đang rời xa nguồn sáng.
...................O______________________________O>
..........................đồng hồ I ......................................đồng hồ II


Tiên đề ánh sáng bảo rằng trong cả hai lần này, kim của hai cái đồng hồ cũng chênh lệch nhau đúng một giây, khi chúng ngưng chạy.

Đây là ý nghĩa của tiên đề ánh sáng, thuyết bất biến sẽ tuân thủ ý nghĩa này, khi trình bày quan điểm và đưa ra kết quả của nó về các thí nghiệm được mô tả trong post số 48.

Mời các bạn đón xem,