Nếu mấy thím hay xem chương trình về vật lý thiên văn thì kiểu gì cũng nghe câu “Không gì có thể nhanh hơn ánh sáng”. Theo tôi biết thì vận tốc chỉ mang tính tương đối và phụ thuộc vào hệ quy chiếu thì làm sao có thể khẳng định điều đó được?
Vận tốc của một vật là tương đối khi đo ở các hệ quy chiếu khác nhau nhưng ánh sáng lại là một trường hợp khác. Vận tốc truyền đi của nó trong chân không là như nhau và không phụ thuộc vào người quan sát. Đây chính là một tiên đề trong thuyết tương đối hẹp. Tôi không phải là nhà vật lý hay gì cả nhưng tôi nghĩ nó sẽ là như này:
Hai tàu vũ trụ, một đang đứng yên và một đang chuyển động với vận tốc 10000 km/h bật đèn pha về cùng một vật quan sát đứng yên cách đều chúng. Theo vật lý cổ điển thì ánh sáng từ con tàu đang chuyển động sẽ đến vật quan sát trước vì nó đã có vận tốc ban đầu là 10000 km/h rồi. Tuy vậy thì trên thực tế, vật quan sát lại nhận được hai chùm sáng này cùng một lúc. Vì khoảng cách giữa nguồn sáng và vật quan sát là bất biến nên để cách duy nhất để vận tốc ánh sáng là hằng số đó là thay đổi thời gian. Thời gian sẽ trôi chậm hơn xung quanh tàu đang chuyển động để chùm sáng ở cả hai con tàu có thể truyền đến người quan sát cùng một lúc.
Giờ quay lại với câu hỏi ban đầu. Ánh sáng không có khối lượng. Tất cả mọi vật khác đều có khối lượng nên chúng sẽ cần năng lượng để gia tốc. Vận tốc tăng dẫn đến khối lượng tăng, khối lượng tăng đòi hỏi năng lượng tăng để tiếp tục tăng tốc. Mối quan hệ này được biểu diễn ở hàm số mũ khi vật tiến tới vận tốc ánh sáng, có nghĩa là năng lượng cung cấp cho nó cũng phải tăng dần đến vô hạn để gia tốc vật. Do đó việc đạt đến vận tốc ánh sáng là bất khả thi. Phương trình nổi tiếng E=mC^2 đã thể hiện điều này. (ND: để rõ hơn thì phương trình này được rút ra từ phương trình E=m0C^2/sqrt(1-v^2/c^2), với m0 là khối lượng nghỉ và v là vận tốc. Nếu v=c thì mẫu số bằng 0=>E tiến đến vô cực)
>u/Underdose35 (1 point)
Thím giải thích khá oke rồi, ngoại trừ đoạn này:
“Vì khoảng cách giữa nguồn sáng và người quan sát là bất biến…”
Trường hấp dẫn ngoài việc tạo ra sự giãn nở thời gian thì nó còn dẫn đến sự thay đổi không gian nữa. Ở trường hợp trên thì hai chùm sáng sẽ có cùng vận tốc nhưng quãng đường chuyển động và thời gian chuyển động đều khác nhau. Giải thích đơn giản cho hiện tượng này là trong khi đối với đời sống thường nhật, khoảng cách và thời gian là tuyệt đối còn vận tốc là tương đối thì khi xét đến những vật có vận tốc rất rất nhanh (gần với vận tốc ánh sáng), vận tốc sẽ tuyệt đối còn khoảng cách và thời gian chỉ còn mang tính thương đối. Hồi xưa tôi học ngành Vật lý thì học có một module về thuyết tương đối hẹp nên tôi không chắc là mình đúng nhưng mà theo những gì tôi nhớ là thế.
>u/AvocadoDiavolo (1 point)
Hmm vẫn chưa hiểu lắm. Thím định nghĩa “vật quan sát đứng yên” kiểu gì bây giờ? Chẳng phải là các thiên thể đều quay quanh một mặt trời, một mặt trời thì luôn quay quanh trung tâm một thiên hà còn một thiên hà cũng luôn chuyển động trong vũ trụ sao? Theo đó thì việc xác định vật quan sát đứng yên là bất khả thi=>việc xác định tính tuyệt đối của vận tốc ánh sáng cũng bất khả thi luôn.
>>u/hirmuolio (1 point)
Không có gì gọi là đứng yên hoàn toàn cả. Theo thuyết tương đối hẹp thì những vận không có gia tốc đều có thể được gọi là vật đứng yên. Chỉ cần vât quan sát ở TH trên không có gia tốc thì nó sẽ là vật đứng yên. Giả sử có hai vật đang chuyển động với vận tốc không đổi thì thím có thể coi một trong hai vật đó là đứng yên cũng được. Đây là chính là một trong hai tiên đề xây dựng nên thuyết tương đối hẹp.
“Các định luật vật lý là bất biến (hay đồng nhất) trong mọi hệ quy chiếu quán tính (hệ quy chiếu chuyển động không có gia tốc”
