Hà nội, ngày
15/1/2006
Để chứng minh vận tốc
ánh sáng c ≠ constant khi lấy
đơn vị tính tại một hệ để so sánh với cái hệ quy chiếu quán tính khác,
chúng ta phải hiểu thuyết tương đối và định luật quán tính của Newton
không mâu thuẫn nhau. Nghĩa là mọi quy luật vật lí tại hệ dứng yên tương
đương với mọi quy luật vật lí tại hệ chuyển động thẳng đều. Các công thức
vật lí áp dụng tại hệ đứng yên và thẳng đều là như nhau.
Công thức E=m.c² của Einstein ( trong đó E là năng lượng; m là khối lượng; c là
vận tốc ánh sáng) mô tả sự biến đổi khối lượng thành năng lượng liên quan
chặt chẽ với vận tốc ánh sáng c của hệ quy chiếu. Nếu tại hệ đứng yên
E=m.c² thì tại hệ chuyển động
thẳng đều E’=m’.c’² ( E’, m’, c’
là năng lượng , khối lượng , vận tốc ánh sáng tại hệ chuyển động thẳng
đều).
Điều cơ bản trong
thuyết tương đối là khi hệ chuyển động cực nhanh so với hệ đứng yên thì
tại đó có sự biến đổi khối lượng thành năng lượng.
Dựa vào các
tiên đề trên chúng ta xem xét vận tốc ánh sáng c và c’ như sau:
Nếu chúng ta có hai
hệ quy chiếu có khối lượng như nhau m=m’ và có cùng mồt vận tốc chuyển
động song song cùng chiều với nhau v=v’. Động năng của hai hệ đó được
biểu thị theo công thức:
(m.v²).1/2=
(m’.v’²).1/2 à
m=m’.(v’²/v²)
(1)
Vì hai hệ
cùng chuyển động song song cùng chiều với nhau nên cả hai hệ được coi là 2
hệ đứng yên: v’²/v²=1.
Nhưng nếu một hệ tăng tốc độ chuyển dộng để có vận tốc chuyển động so với
hệ còn lại thì một hệ vẫn là hệ đứng yên và một hệ gọi là hệ chuyển động.
Lấy hệ có khối lượng m là hệ đứng yên và hệ có khối lượng m’ là hệ chuyển
động khi nó có vận tốc tăng gấp đôi vận tốc cũ. Lúc đó v=1 và v’ là vận
tốc của hệ chuyển động.
Từ
(1) m=m’.(v’²/v²)
à
m=m’.v’²
(2)
Theo tính
tương đối giữa các hệ quy chiếu trong thuyết tương đối cũng như định luật
quán tính của Newton thì các quy luật vật lí tại hệ đứng yên và chuyển
động thẳng đều là như nhau. Đồng thời theo công thức E=m.c²,
khối lượng và năng lượng có thể chuyển hoá cho nhau liên quan với vận tốc
ánh sáng c trong hệ quy chiếu đó.
Từ (2): m=m’.v’²
Có thể viết lại là: E=E’.v’² →
m.c²=m’.c’².v’² (3)
Vì khối lượng của hai hệ
bằng nhau m=m’. Do đó C²=C’².V’²
(4)
Từ (4): c²=c’².v’² Chúng ta thấy
vận tốc ánh sáng tại hệ chuyển động: c’ liên quan chặt chẽ với vận tốc
chuyển động của hệ: v’. Khi v’ tăng thì c’ giảm và ngược lại khi v’ giảm
thì c’ tăng.
Từ công thức (3) và (4)
khi hệ chuyển động có vận tốc nhỏ v’≈1 , tức là gần như hệ đứng yên thì
khối lượng và vận tốc ánh sáng tại đó không có sự thay đổi.
→ m=m’ và c=c’
Khi hệ có vận tốc lớn
v’≈c , lúc đó khối lượng m biến thành năng lượng E’: → m=m’.c’²
và vận tốc ánh sáng tại đó c’≈1 so với c=300.000km/s.
Cũng từ công thức
(3): m.c²=m’.c’².v’²,
nếu c=c’=constant, thì tại hệ chuyển động nhanh so với hệ đứng yên không
có sự biến đổi khối lượng như thuyết tương đối đã phát biểu. Từ công thức
(3) lại trở về công thức (1). Để Thuyết tương đối của Einstein đúng thì
c≠c’.
Do vậy nếu so sánh
giữa hai hệ quy chiếu quán tính, một hệ là đứng yên và một hệ là chuyển
động thẳng đều so với hệ kia thì vận tốc ánh sáng tại hai hệ quy chiếu đó
không bằng nhau. Vận tốc ánh sáng không phải là hằng số đúng trong toàn vũ
trụ. Vận tốc ánh sáng là hằng số và bằng 300.000km/s không phụ thuộc vào
nguồn chuyển động chỉ đúng trong từng hệ quy chiếu quán tinh.
Đôi khi sự việc rất
đơn giản nhưng chưa hiểu rõ lại thành phức tạp và làm sai lệch kết quả. Ví
dụ khi hệ chuyển động tức là nó có sự tăng năng lượng tương ứng với năng
lượng làm nó chuyển động. Sự tăng năng lượng tương ứng này được thể hiện
đơn giản tại vận tốc V của hệ. Nói cách khác, nếu không có sự tăng năng
lượng để làm hệ chuyển động thì hệ không có vận tốc V. Mọi sự thêm bớt các
yếu tố vật lý khác ngoài vận tốc V vào công thức tính toán để thể hiện sự
tăng năng lượng tương ứng khi hệ chuyển động đều thừa. Và thừa tức là kết
quả sẽ sai.
Một điều cần lưu ý
rằng khi hệ chuyển động có vận tốc V không đổi, dù vận tốc cực nhanh V≈C
, thì hệ vẫn là hệ quy chiếu quán tính. Là hệ quy chiếu quán tính thì các
công thức tính toán động năng trong cơ học cổ điển vẫn có hiệu lực áp
dụng.
Trên thực tế sự biến
đổi hay tính tương đối của vận tốc ánh sáng cũng đã được chứng minh rõ
ràng. Vì đơn vị tính km/s của vận tốc ánh sáng đã bao hàm các yếu tố vật
lý không gian (km) và thời gian (s) trong hệ quy chiếu, nên tại bất kỳ hệ
quy chiếu nào và theo thời gian, không gian tại đó cũng đều đo được vận
tốc ánh sáng c=300.000km/s. Nếu vận tốc ánh sáng là tuyệt đối không thay
đổi ở bất cứ hệ quy chiếu nào, thì có nơi có không gian và thời gian thay
đổi dù rất nhỏ cũng sẽ đo được nó không phải là c=300.000km/s. Nhưng từ
xưa đến nay, thực tế khoa học hiện đại đã đo đi đo lại tại nhiều vị trí
khác nhau kết quả vẫn là c=300.000km/s. Đó cũng chính là sự kiểm nghiệm
thực tế, chứng minh tuyệt vời tính đúng đắn của lý thuyết vận tốc ánh sáng
liên quan chặt chẽ với không gian và thời gian trong từng hệ quy chiếu.
Không gian và thời gian của hệ quy chiếu biến đổi thì vận tốc ánh sáng tại
đó cũng biến đổi theo.
- Hà nội, ngày 15/1/2006
- Lê Văn Cường
- cuong_le_van@yahoo.com
http://www.buddhismtoday.com/viet/kh/tuyenngon_trietly.htm