Albert Einstein và thuyết tương đối

Là nhà vật lý gốc Do Thái sinh trưởng ở Đức, Einstein nhập quốc tịch Mỹ năm 1935 sau khi rời bỏ nước Đức thời kỳ Hitler để tránh bị ngược đãi. Khởi đầu, ông chấp nhận một công việc ở văn phòng cấp bằng sáng chế ở Bern; ở đó ông đã hình thành các lý thuyết tương đối đặc biệt và phổ quát mà sau này sẽ khai sinh ra ngành vật lý hiện đại.

Thuyết tương đối của Einstein quy một phần quan trọng chưa từng có cho vai trò của người quan sát trong việc miêu tả thế giới vật lý, thách thức sự tồn vong của các khái niệm đã có về không gian và thời gian do Newton, Locke, Kant và các triết gia khác từng nêu ra. Hướng trung tâm trong các công trình nghiên cứu của Einstein chính là vận tốc ánh sáng thì không đổi. Nó làm phát sinh hai ý tưởng quan trọng nhất về vật lý tương đối: tính tương đương của khối lượng và năng lượng được giải thích bằng phương trình E = mc2 (trong đó E là năng lượng, m là khối lượng và c là vận tốc ánh sáng), và quy luật cho rằng không vật gì có thể di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng.

Những ý tưởng trên đã tạo ra ít nhất là hai kết quả quan trọng về mặt triết học. Đầu tiên, điều nối tiếp thuyết tương đối là người ta không thể nói về một sự kiện diễn ra chính xác trong cùng một thời điểm đối với những người quan sát khác nhau. Mỗi khung thời gian của người quan sát chỉ liên quan đến chính hắn ta.

Quả thật hấp dẫn khi nghĩ rằng có một vị trí tuyệt đối nào đó mà cả hai sự kiện đều có thể được quan sát đồng thời, nhưng điều này chính là khả năng bị loại trừ khỏi thuyết tương đối. Không gian và thời gian không phải là những trường độc lập, nhưng lại hình thành một tính thống nhất 4 chiều, không - thời, ở đó mọi sự kiện chỉ có thể được ghi nhận liên quan đến một khung thời gian cục bộ. Kết quả thú vị có tính triết học thứ hai về thuyết tương đối là mặc dầu vận tốc ánh sáng thì bất biến, nhưng dải tần số của nó (số bước sóng ánh sáng/ giây) lại thay đổi khi gần hơn với những thể khối như các hành tinh chẳng hạn. Điều này có nghĩa rằng thời gian dường như chạy chậm hơn khi ở gần một thể khối so với khi ở xa. Vào năm 1962 các nhà vật lý đã khẳng định dự đoán này bằng cách sử dụng hai đồng hồ chạy cực kỳ chính xác, một đặt ở nền và một đặt trên đỉnh một tháp nước. Đồng hồ ở nền được kiểm chứng là chạy chậm hơn đồng hồ trên đỉnh tháp. Điều này đã tạo ra “nghịch lý cặp sinh đôi” nổi tiếng.

Nghịch lý này nảy sinh từ giả định về một khung thời gian tuyệt đối. Luận thuyết tương đối cho rằng mỗi vật thể đều vây quanh bởi tỷ lệ thời gian của riêng nó; nói chung thì không phù hợp với tỷ lệ thời gian của các thực thể khác. Do có tương quan với nhau, nên 50 năm gần một vật thể khối bị chi phối bởi lực hấp dẫn sẽ là một khoảng thời gian ngắn hơn so với 50 năm xa khỏi một vật thể khối. Vì vậy, trong khi 50 năm đã trôi qua với người anh em trên Trái đất thì người anh em sinh đôi du hành trong vũ trụ chỉ thấy mình mới ở trong vũ trụ được 35 năm. Sự khác biệt chính xác còn tùy thuộc vào tác động của lực hấp dẫn lên cặp song sinh trong suốt cuộc đời của họ.

Những kết quả mang tính triết học trong thuyết tương đối của Einstein, cũng như các kết quả thực nghiệm, vẫn chưa thể được thấu hiểu đầy đủ. Ngoài ra, các vấn đề về du hành thời gian, quá trình trôi đi hay “dòng chảy” của thời gian, sự bất tương xứng giữa quá khứ và tương lai, giữa nguyên nhân và hậu quả, đều là những vấn nạn đòi hỏi một sự thấu hiểu công trình nghiên cứu rất quan trọng của Einstein.

NGUYỄN THANH XUÂN

(Theo 100 Essential Thinkers của Philip Stokes, Nxb. Arcturus Publishing Limited, 2012; và Encyclopedia Britannica)