Năm 1921, Albert Einstein nhận giải Nobel Vật lý. Ông đã được trao giải này không chỉ vì thuyết tương đối hẹp đầy tranh cãi, mà còn vì ông đã giải thích hiện tượng điện quang và đóng góp quan trọng cho vật lý. Nhưng chỉ sau đó, ta mới nhận thức được tầm quan trọng thực sự của thuyết tương đối của Einstein. Nhờ ông, nhận thức về vũ trụ đã thay đổi toàn diện và tạo nên thế giới chúng ta sống hiện nay.
TÓM TẮT
Mối quan hệ giữa không gian – thời gian
🔎 Xem thêm
Một trong những thành tựu sớm nhất của Einstein khi ông 26 tuổi là thuyết tương đối hẹp. Tên gọi “hẹp” xuất phát từ việc nó chỉ đề cập đến chuyển động tương đối trong trường hợp đặc biệt khi không có lực hấp dẫn. Đây là một cuộc cách mạng khoa học vĩ đại, thay đổi hoàn toàn cách các nhà vật lý nghĩ về không gian và thời gian. Trước đây, ta nghĩ về không gian và thời gian là hoàn toàn tách biệt và được đo bằng các đơn vị khác nhau, như km hay giây. Nhưng Einstein đã chỉ ra cách chúng có thể hoán đổi cho nhau thông qua tốc độ ánh sáng, xấp xỉ 300.000 km/giây.
Hệ quả nổi tiếng nhất của thuyết tương đối hẹp là không có thứ gì có thể truyền nhanh hơn ánh sáng. Điều này có nghĩa là mọi thứ bắt đầu hoạt động rất kỳ lạ khi tiệm cận tốc độ ánh sáng. Ví dụ, nếu bạn nhìn thấy một con tàu vũ trụ di chuyển với tốc độ bằng 80% tốc độ ánh sáng, nó sẽ trông ngắn hơn khoảng 40% so với khi nó yên lặng. Nếu bạn nhìn vào bên trong con tàu này, mọi thứ sẽ dường như chuyển động chậm đi, với mỗi phút tương ứng mất 100 giây theo đo lường của HyperPhysics thuộc Đại học Georgia State (Mỹ). Điều này có nghĩa là phi hành đoàn của tàu vũ trụ sẽ thực sự già đi chậm hơn khi họ di chuyển nhanh hơn.
E = mc^2
Một nhánh bất ngờ của thuyết tương đối hẹp là phương trình nổi tiếng E = mc^2 của Einstein. Đây có thể là công thức toán học duy nhất đạt đến trạng thái “biểu tượng văn hóa”. Nó nổi tiếng vì biểu thị sự tương đương giữa khối lượng (m) và năng lượng (E) – hai tham số vật lý trước đây được cho là hoàn toàn độc lập. Trong vật lý truyền thống, khối lượng đo lường lượng vật chất trong một vật thể, trong khi năng lượng là một đặc tính mà vật thể có được nhờ chuyển động và các lực tác động lên nó. Tuy nhiên, phương trình của Einstein cho biết khối lượng và năng lượng cơ bản là như nhau, miễn là nhân khối lượng với c^2 – hay bình phương của tốc độ ánh sáng (một con số rất lớn), để đảm bảo rằng nó kết thúc bằng một đơn vị là năng lượng.
Tia laser
Laser là một thành phần quan trọng của công nghệ hiện đại và có nhiều ứng dụng, từ máy đọc mã vạch, con chuột laser, ảnh ba chiều đến cáp quang. Mặc dù không phải là phát kiến trực tiếp của Einstein, nhưng các nghiên cứu của ông đã tạo điều kiện cho sự phát triển của laser. Năm 1959, khái niệm laser ra đời, viết tắt của “sự khuếch đại ánh sáng bằng cách phát xạ kích thích”. Trong khi đó, phát xạ kích thích là một khái niệm mà Einstein đã phát triển hơn 40 năm trước đó. Ông nhận ra rằng các photon mới di chuyển theo cùng một hướng, cùng tần số và cùng pha với photon ban đầu. Điều này dẫn đến “hiệu ứng thác”, khi ngày càng có nhiều photon rất giống nhau được tạo ra.
Hố đen, lỗ giun vũ trụ
Thuyết tương đối hẹp của Einstein đã chỉ ra rằng “không-thời gian” có thể tạo ra những hiện tượng kỳ lạ, ngay cả khi không có lực hấp dẫn. Ông đã phát hiện ra rằng các vật thể khổng lồ như hành tinh và ngôi sao thực sự biến dạng cấu trúc của “không-thời gian”. Sự biến dạng này tạo ra các hiện tượng mà ta nhận thấy là lực hấp dẫn. Einstein đã giải thích thuyết tương đối rộng thông qua một tập hợp phức tạp các phương trình, có nhiều ứng dụng. Một trong những giải pháp nổi tiếng nhất dựa trên các phương trình của Einstein được đề xuất bởi Karl Schwarzschild vào năm 1916, khi ông đề cập đến một hố đen trong vũ trụ. Ngoài ra, Einstein đã phát triển một giải pháp vào năm 1935 mô tả khả năng tồn tại các đường tắt từ một điểm trong “không-thời gian” đến một điểm khác. Ban đầu, ý tưởng này được gọi là cầu Einstein-Rosen (với Rosen là tên cộng sự Nathan Rosen của Einstein), nhưng hiện nay chúng được biết đến với cái tên quen thuộc hơn là lỗ giun.
Sự giãn nở của vũ trụ
Một trong những việc đầu tiên Einstein đã làm với các phương trình thuyết tương đối rộng của mình vào năm 1915 là áp dụng chúng vào vũ trụ. Tuy nhiên, ông đã gặp khó khăn trong việc giải thích cấu trúc không gian luôn đang giãn nở liên tục. Hệ quả là nó ảnh hưởng đến các thiên hà, khiến khoảng cách giữa chúng ngày càng tăng lên. Nhận thấy điều không đúng ở đây, Einstein đã thêm một hằng số vũ trụ vào phương trình của ông để tạo ra một vũ trụ ổn định.
Bom nguyên tử
Mặc dù không phải là trực tiếp, nhưng Einstein vẫn được coi là “người sáng chế” vũ khí hạt nhân thông qua phương trình E = mc^2 của ông. Trên thực tế, Einstein đã đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phát triển nền vật lý hạt nhân và những quả bom nguyên tử đầu tiên.
Năm 1939, Einstein đã gửi một bức thư cho Tổng thống Hoa Kỳ Franklin D. Roosevelt, cảnh báo về khả năng chia tách hạt nhân và hậu quả khủng khiếp nếu Đức Quốc xã có được loại vũ khí này. Kết quả của bức thư đã dẫn đến việc thành lập Dự án Manhattan – dự án tạo ra những quả bom nguyên tử đầu tiên của Mỹ để chống lại Nhật Bản trong Thế chiến II.
Sóng hấp dẫn
Mặc dù Einstein qua đời vào năm 1955, di sản khoa học to lớn của ông vẫn tiếp tục gây chú ý cho đến thế kỷ 21. Vào tháng 2 năm 2016, sự phát hiện sóng hấp dẫn – một hệ quả khác của thuyết tương đối rộng – đã thu hút sự chú ý của dư luận. Sóng hấp dẫn là những cung truyền qua “không-gian”, và người ta thậm chí nói rằng Einstein đã “tiên đoán” sự tồn tại của chúng, mặc dù không từng đề cập đến khái niệm này.
Đó là 7 phát minh vĩ đại của Albert Einstein đã thay đổi thế giới chúng ta sống. Vì vậy, hãy cùng tìm hiểu thêm về các phát minh vĩ đại này và ảnh hưởng của chúng trong cuộc sống hàng ngày tại Viettel AIO, nơi chúng tôi cung cấp những thông tin hữu ích về công nghệ và khoa học.
Bài viết liên quan: