Xem mẫu
- Thuyết tương đối rộng: Quá
khứ, hiện tại và tương lai
Lí thuyết tương đối rộng của Albert Einstein là một trong những thành tựu
đỉnh cao của nền vật lí thế kỉ 20. Công bố vào năm 1916, nó giải thích cái chúng ta
cảm nhận là lực hấp dẫn thực ra phát sinh từ sự cong của không gian và thời gian.
Einstein đề xuất rằng các vật thể như mặt trời và trái đất làm thay đổi dạng
hình học này. Trong sự có mặt của vật chất và năng lượng, nó có thể tiến triển, kéo
căng ra và cuộn lại, hình thành nên các gợn, đỉnh và hõm, làm cho các vật đang
chuyển động qua nó bị zig zag và cong đi. Cho nên, mặc dù trái đất bị hút về phía
mặt trời bởi lực hấp dẫn, nhưng không có lực nào như vậy cả. Nó đơn giản là hình
dạng của không-thời gian xung quanh mặt trời cho trái đất biết phải đi theo hướng
nào mà thôi.
Lí thuyết tương đối rộng có các hệ quả sâu rộng. Nó không chỉ giải thích
chuyển động của các hành tinh; mà nó còn mô tả lịch sử và sự giãn nở của vũ trụ,
cơ sở vật lí của các lỗ đen và sự cong của ánh sáng phát ra từ những ngôi sao và
thiên hà xa xôi.
Thuyết tương đối rộng: trí tuệ xuất chúng của Einstein
Năm 1905, ở tuổi 26, Albert Einstein đề xuất lí thuyết tương đối đặc biệt. Lí
thuyết trên dung hòa cơ sở vật lí của các vật đang chuyển động do galileo Galilei và
Newton phát triển với các định luật của bức xạ điện từ. Nó thừa nhận rằng tốc độ
của ánh sáng luôn luôn không đổi, bất kể chuyển động của người đo nó như thế
- nào. Thuyết tương đối đặc biệt cho rằng không gian và thời gian hòa quyện với
nhau đến một mức độ trước đó chưa bao giờ người ta tưởng tượng ra.
Sang năm 1907, Einstein bắt đầu thử mở rộng thuyết tương đối đặc biệt để
bao hàm cả sự hấp dẫn. Đột phá đầu tiên của ông xuất hiện khi ông đang làm việc
tại một phòng cấp bằng sáng chế ở Bern, Thụy Sĩ. “Bất ngờ một ý tưởng nảy đến
với tôi”, ông nhớ lại. “Nếu như một người rơi tự do, anh ta sẽ không cảm nhận thấy
sức nặng của mình... Thí nghiệm tưởng tượng đơn giản này... đã đưa tới đến lí
thuyết của sự hấp dẫn”. Ông nhận ra rằng có một mối liên hệ sâu sắc giữa các hệ bị
ảnh hưởng bởi sự hấp dẫn và các hệ đang gia tốc.
Đang rơi tự do sẽ không cảm nhận trọng lượng ? (Ảnh: Matt King/Getty)
Bước phát triển lớn tiếp theo xuất hiện khi Einstein được giới thiệu cơ sở
hình học phát triển bởi các nhà toán học Đức thế kỉ thứ 19, Carl Friedrich Gauss và
Bernhard Riemann. Einstein áp dụng công trình của họ để viết nên các phương
trình liên hệ hình học của không-thời gian với lượng năng lượng mà nó chứa. Ngày
nay được gọi là các phương trình trường Einstein, và công bố vào năm 1916,
chúng thay thế cho định luật vạn vật hấp dẫn của Newton và vẫn sử dụng cho đến
ngày nay, sau gần một thế kỉ.
- Sử dụng thuyết tương đối rộng, Einstein đã đưa ra một loạt dự đoán. Thí dụ,
ông chỉ ra lí thuyết của ông sẽ dẫn đến sự trôi giạt quan sát thấy của quỹ đạo Thủy
tinh như thế nào. Ông còn tiên đoán rằng một vật khối lượng lớn, như mặt trời, sẽ
làm méo hành trình của ánh sáng đi qua gần nó: tóm lại, hình dạng của không gian
sẽ tác dụng như một thấu kính và làm tập trung ánh sáng.
Einstein còn cho rằng bước sóng của ánh sáng phát ra ở gần một vật thể khối
lượng lớn sẽ bị kéo căng ra, hay lệch đỏ, khi nó trèo ra khỏi không-thời gian bị
cuộn lại ở gần vật thể nặng đó. Những tiên đoán này ngày nay được gọi là ba phép
kiểm tra cổ điển của thuyết tương đối rộng.
Mô hình Chuẩn của vũ trụ
Theo Mô hình Chuẩn, cái đã được các nhà vật lí chắp ghép trong hơn 70 năm
qua, vũ trụ được tin là cấu tạo từ vật chất (4% nguyên tử và 20% “vật chất tối”
chúng ta không thể quan sát hoặc giải thích) và năng lượng (76% “năng lượng tối”).
- Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt cơ: AAAS
Xem thêm: Các lực trong tự nhiên
Mô hình Chuẩn giải thích phương thức 17 hạt hạ nguyên tử liên kết với nhau
để tạo ra các nguyên tử và sau đó là vật chất bởi ba trong số bốn lực cơ bản của tự
nhiên: lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu, và lực điện từ. Nó ngoại trừ lực thứ tư:
lực hấp dẫn.
Các hạt ấy chia làm hai loại: boson, hạt truyền lực, và fermion, hạt cấu tạo
nên vật chất.
Fermion gồm có 6 dạng quark và 6 dạng lepton. Mỗi lepton có một neutrino
tương ứng (một hạt mang năng lượng có khối lượng rất thấp và vận tốc cao) và tất
cả những hạt này còn có các phiên bản phản vật chất, chúng hành xử theo kiểu
giống với vật chất, nhưng phân hủy khi tiếp xúc với vật chất, biến khối lượng của
hai hạt thành năng lượng thuần túy.
Gần như toàn bộ vật chất được hình thành bởi hai loại quark: quark lên (up)
và quark xuống (down) – và một loại lepton: electron. Bốn quark còn lại (đỉnh,
duyên, lạ và đáy) và năm lepton (neutrino electron, muon, neutrino muon, tau và
neutrino tau) đơn giản là những phiên bản lớn hơn của ba loại hạt cơ bản đó.
Các boson chia làm bốn loại, chúng trung chuyển ba lực cơ bản đã nhắc tới ở
trên. Boson quen thuộc nhất là photon trung chuyển lực điện từ, giải thích cho các
- hiện tượng điện, từ và ánh sáng. Boson W và boson Z trung chuyển lực hạt nhân
yếu và các gluon trung chuyển lực hạt mạnh liên kết các quark với nhau thành
những hạt lớn hơn như neutron và proton.
Mô hình Chuẩn còn tiên đoán sự tồn tại của boson Higgs, nhưng cho đến nay
nó chưa được tìm ra. Người ta cho rằng hạt này có thể giải thích cho cơ chế mà tất
cả các hạt khác có được khối lượng.
Graviton là một boson lí thuyết khác nữa có thể trung chuyển lực hấp dẫn.
Nếu nó được tìm thấy, thì Mô hình Chuẩn cuối cùng đã có thể bị thay thế Lí thuyết
của Tất cả, lí thuyết thống nhất cả bốn lực cơ bản của tự nhiên.
nguon tai.lieu . vn
