Luoc Su Thoi Gian - Steven Hawking - Cao Chi Va Pham Van Thieu Dich

8/3/2019 Luoc Su Thoi Gian - Steven Hawking - Cao Chi Va Pham Van Thieu Dich

1/172

LC S THI GIAN

(A Brief History of Time)Tc Gi:-Steven Hawking

Dch Gi:-Cao Chi v Phm Vn ThiuNh Xut Bn Khoa Hc v K Thut - Hanoi 2000

---o0o---Ngun

http://thuvienhoasen.orgChuyn sang ebook 26-7-2009Ngi thc hin : Nam Thin [email protected] Audio Ti Website http://www.phatphaponline.org

Mc LcGii thiu cun sch "Lc s thi gian"Li gii thiu ca nh xut bn Bantam BooksLi cm n ca Stephen HawkingPhn 1

Chng 1: Bc tranh ca chng ta v v trChng 2: Khng gian v thi gianChng 3: V tr gin nChng 4: Nguyn l bt nhChng 5: Cc ht c bn v cc lc trong t nhinChng 6: L enChng 7: L en khng qu enChng 8: Ngun gc v s phn ca v trChng 9: Mi tn ca thi gianChng 10: L thuyt thng nht ca vt l hcChng 11: Kt lun

Phn 2V Tr Tun Honu Tranh Sinh TnCha u Ca K Nguyn Nguyn T

---o0o---
http://phatphaponline.org/kinh/Audio/Sach%20Noi/Quoc%20Te/http://phatphaponline.org/kinh/Audio/Sach%20Noi/Quoc%20Te/


2/172

Gii thiu cun sch "Lc s thi gian"

Cun sch m chng ti gii thiu vi cc bn sau y c tn l "Lc sthi gian" (A Brief History of Time), mt cun sch tuyt diu, c vit

bi mt trong nhng nh khoa hc v i nht ca thi i chng ta: nhton hc v vt l l thuyt ngi Anh Stephen Hawking.

S.W. Hawking sinh nm 1942. Trong cuc sng c nhn, ng gp nhiu bthnh. Nm 1985, ng b sng phi v sau khi phu thut m kh qun,Hawking mt kh nng pht m. Trc , mt cn bnh t lit thn kinh(bnh ALS) gn cht ng vo chic xe y. Hawking ch cn cch lmvic v giao tip vi mi ngi bng mt my vi tnh v mt my tng hpting ni lp lin vi gh. Tuy nhin, tt c nhng bt hnh ny khng qutng c ch ca nh vt l thin ti. Hin nay ng l gio s ti i hc

Cambridge (Anh), chc v m ngy xa Newton, ri sau l P.A.M.Dirac, m nhim. ng chuyn nghin cu v l thuyt tng i rng.Nhng kt qu thu c cng vi George Ellis, Roger Penrose,... v nht ls pht hin kh nng bc x ca cc cc l en a Hawking ln hngnhng nh vt l ni ting nht th gii.

Cun "Lc s thi gian" c vit xong nm 1987. Ngay t khi ra i, n tr thnh mt trong nhng cun sch bn chy nht th gii. "Lc sthi gian" ng trong danh mc sch bn chy nht ca New York Timestrong 53 tun, v ti nc Anh, 205 tun lin n c tn trong mc sch bn

chy nht ca Sunday Times. Chnh Stephen Hawking cng phi kinh ngc.T trc n nay, cha c mt cun sch khoa hc no c cng chngn nhn nng nhit nh vy (tuy rng nhiu ngi ni, h mua n ch

by t sch ch khng thc s c. V im ny, cun sch ca Hawkingcng c s phn tng t nh Kinh Thnh hoc cc v kch caShakespeare).

Bng mt li trnh by sng sa, ging vn hi hc, hi nhum mu biquan, Stephen Hawking dn dt ngi c phiu lu sut lch s v tr,t khi n cn l mt im k d vi nng lng v cng ln, cho ti ngynay. Cuc tm kim ca Hawking gip ngi c khm ph ht b mt nyn b mt khc. i khi ng d c gi vo nhng ng nhn tng nh rtc l, ri li bt ng ch ra s phi l trong cch ngh, ri ph v mi ngnhn. Cun sch cp n nhng vn nghim trng v hc ba nht cavt l l thuyt, nh v n ln, l en, khng - thi gian, thuyt tng i,nguyn l bt nh... m khng h lm bn c b ri.


3/172

Bn ting Vit m chng ti gii thiu vi cc bn sau y c dch biCao Chi v Phm Vn Thiu, nh xut bn Vn ha Thng tin, H Ni,2000.

Minh Hy

---o0o---

Li gii thiu ca nh xut bn Bantam Books

Chng ta ang sng cuc sng hng ngy ca chng ta m hu nh khnghiu c th gii xung quanh. Chng ta cng t khi suy ngm v c ch to ra nh sng mt tri - mt yu t quan trng gp phn to nn s sng,v hp dn - ci cht keo kt dnh chng ta vo tri t, m nu khc ichng ta s xoay tt v tri dt vo khng gian v tr, v nhng nguyn t cu to nn tt c chng ta - m chng ta hon ton l thuc vo s bn vngca chng. Ch tr c tr em (v chng cn bit qu t khng ngn ngit ra nhng cu hi quan trng) cn t ai trong chng ta tn thi gian bnkhon ti sao t nhin li nh th ny m khng nh th khc, v tr ra it u, hoc n c mi mi nh th ny khng, liu c mt ngy no thigian s tri git li, hu qu c trc nguyn nhn hay khng; hoc c giihn cui cng cho s hiu bit ca con ngi hay khng? Thm ch cnhng a tr con, m ti c gp mt s, mun bit l en l ci g; ci g l

ht vt cht nh b nht, ti sao chng ta ch nh qu kh m khng nhtng lai; v nu lc bt u l hn lon th lm th no c s trt t nh tathy hm nay, v ti sao li c v tr.

Trong x hi ca chng ta, cc bc ph huynh cng nh cc thy gio vncn thi quen tr li nhng cu hi bng cch nhn vai hoc vin n ccgio l m h. Mt s gio l y li hon ton khng thch hp vi nhngvn va nu trn, bi v chng phi by qu r nhng hn ch ca shiu bit ca con ngi.

Nhng rt nhiu mn trit hc v khoa hc li ra i t nhng cu lc vnnh vy. Ngy cng c nhiu ngi ln cng mun t nhng cu hi thucloi v thi thong h nhn c nhng cu tr li kh l lng. Nmtrung gian gia cc nguyn t v cc v sao, chng ta ang m rng chntri khm ph ca chng ta, nhm bao qut c nhng ci rt nh ln nhngci rt ln.


4/172

Ma xun nm 1974, khong 2 nm trc khi con tu v tr Viking h cnhxung sao Ha, ti c tham d mt cuc hp t chc Anh, do Hi Honggia London ti tr, bn v vn lm th no tm kim s sng ngoi Trit. Vo gi gii lao, ti thy mt cuc hp ln hn nhiu c t chc

phng bn cnh v v t m ti bc vo xem. Th ra ti ang chng kinmt nghi l c knh, l kt np hi vin mi ca Hi Hong gia London, mttrong nhng t chc hc thut lu i nht ca hnh tinh chng ta. hngtrn cng, mt thanh nin ngi trong xe y ang rt chm ri k tn mnhvo cun s m nhng trang u tin ca n cn gi c ch k caIsaac Newton. Khi Stephen Hawking, cui cng k xong tn mnh, nhngtrng hoan h nh sm ni ln, ngay t lc ng l c mt huyn thoi.

Hin nay, Hawking l gio s ton hc ca trng i hc Cambridge, vicng v m trc y Newton, ri sau ny P.A.M Dirac - hai nh nghin

cu ni ting v nhng ci cc ln v nhng ci cc nh - m nhim.Hawking l ngi k tc ht sc xng ng ca h. Cun sch u tin caHawking dnh cho nhng ngi khng phi l chuyn gia ny c th xem lmt phn thng v nhiu mt cho cng chng khng chuyn. Cun schhp dn va bi ni dung phong ph ca n, va bi n cho chng ta mtci nhn khi qut qua nhng cng trnh ca chnh tc gi. Cun sch chang nhng khm ph trn nhng ranh gii ca vt l hc, thin vn hc, vtr hc v ca c lng dng cm na.

y cng l cun sch v Thng ... hay ng hn l v s khng-c-

mt-ca-Thng-. Ch Thng xut hin trn nhiu trang ca cunsch ny. Hawking dn thn i tm cu tr li cho cu hi ni ting caEinstein: Liu Thng c s la chn no trong vic to ra v tr ny haykhng? Hawking nhiu ln tuyn b mt cch cng khai rng ng c nh tm hiu ngha ca Thng . V t n lc , ng rt ra kt lun

bt ng nht, t nht l cho n hin nay, l v tr khng c bin trongkhng gian, khng c bt u v kt thc trong thi gian v chng c vic gcho ng sng th phi lm y c.

Peter Guzzardi

---o0o---


5/172

Li cm n ca Stephen Hawking

Li cm n sau y c in trong ln xut bn u tin ca cun "Lc sthi gian", nh xut bn Batam Books, 1987.

Ti quyt nh th vit mt cun sch ph thng v khng gian v thigian sau khi c mt lot bi ging i hc Harvard nm 1982. Trc, cng c kh nhiu cun sch vit v giai on u ca v tr v cc len, t nhng cun sch rt hay nh cun Ba pht u tin ca StevenWeinberg (Bn dch ting Vit ca Nh xut bn Khoa hc v K thut ramt nm 1982 - VnExpress), cho ti nhng cun rt ti m ti khng munnhc tn y. Tuy nhin, ti cm thy cha c cun no cp n nhngvn dn ti i nghin cu v tr hc v l thuyt lng t nh: V trra i t u? N bt u nh th no v ti sao li nh vy? N c kt thc

khng, v nu c th s kt thc nh th no? l nhng vn m tt cchng ta u quan tm. Nhng khoa hc hin i tr nn chuyn su timc ch c mt s t chuyn gia nm vng nhng cng c ton hc cdng m t chng mi c th hiu c chng. Tuy nhin, nhng tngc bn v ngun gc v s phn ca v tr vn c th trnh by di dng

ph thng cho nhng ngi khng thuc gii khoa hc cng c th hiuc m khng cn ti ton hc. l mc tiu m ti mun thc hintrong cun sch ny. Mc tiu c t c hay khng, xin bn c

phn xt.

C ai ni vi ti rng, mi mt phng trnh m ti a vo cun sch slm gim s lng bn i mt na. Do , ti quyt nh s hon ton khngdng n mt phng trnh no. Tuy nhin, cui cng ti cng nh phia vo mt phng trnh, l phng trnh ni ting ca Einstein E=mc2. Ti hy vng n s khng lm cho mt s bn c tim tng ca ti

phi hong s.

Ngoi tr cn bnh ALS (bnh lit ton thn), hay bnh v thn kinh chuynng, hu ht cc phng din khc, ti l mt ngi may mn. Nh sgip v h tr ca Jane, v ti v cc con Robert, Lucy v Timmy m tic th sng gn nh bnh thng v c mt s nghip thnh cng. Ti cnmay mn mt im na l ti chn vt l l thuyt, v tt c ch clm trong tr c. Do bnh tt ca ti khng phi l mt s tn ph qunghim trng. Tt nhin, nhng ng nghip cng gip ti rt nhiu.


6/172

Trong giai on u tin, giai on c in ca con ng s nghip,nhng ngi bn v cng s chnh ca ti l Roger Penrose, Robert Geroch,Brandon Carter v George Elis. Ti rt bit n s gip m h dnhcho ti, v v cng vic m chng ti cng tin hnh vi nhau. Giai onny c c kt thnh cun sch Cu trc thang v m ca khng -thi gian do Elis v ti vit nm 1973. Ti khng c nh khuyn c gitm c cun sch ly thm thng tin, bi v n qu chuyn su vtng i kh c. Ti hy vng rng t khi vit cun sch n nay, ti hc c cch vit sao cho d hiu hn.

Trong giai on th hai, giai on lng t ca con ng s nghip cati, t nm 1974, cc cng s chnh ca ti l Gary, Gibsons, Don Page vJim Hartle. Ti phi mang n h v cc nghin cu sinh ca ti rt nhiu vs gip to ln ca h i vi ti. S tip xc vi sinh vin lun kch thch

ti mnh m, v ti hy vng n gip ti trnh c nhng con ngmn.

Khi vit cun sch ny, ti nhn c s gip ln ca Brian Whitt,mt sinh vin ca ti. Ti b sng phi nm 1985, sau khi vit song bntho u tin. Ti phi phu thut m kh qun. Sau phu thut, ti mtkh nng pht m, v do , hu nh khng cn kh nng giao tip na. Tingh s khng th hon thnh c cun sch. Nhng Brian khng ch gipti sa li bn tho m cn gip ti s dng chng trnh giao tip c tn lLiving Center do Walt Woltosz thuc World Plus Inc. Sunnyvale,

California tng cho ti. Vi chng trnh , ti va c th vit sch bo,va c th giao tip vi mi ngi bng mt my tng hp ting ni doSpeech Plus, cng Sunnyvale, California, tng cho ti. My tng hp tingni v mt my vi tnh c David Manson lp ngay trn chic xe yca ti. H thng ny lm c mt chuyn hon ton bt ng: thc t

by gi ti c th giao tip cn tt hn so vi khi ti cha b mt ting ni.

Ti cng nhn c nhiu ngh hon thin cun sch t nhiu ngi xem bn tho s b ca n. c bit, ng Peter Guzzardi, bin tp vin

ca ti nh xut bn Bantam Books gi cho ti rt nhiu trang nhn xtv yu cu v nhng im ng cm thy ti gii thch cha tht tha nglm. Ti cng phi th nhn rng ti cm thy rt bc mnh khi nhnc nhng bn lit k di gm nhng iu cn phi sa i, nhng ng hon ton c l. Ti tin chc rng cun sch s d hay hn chnh l do ng bt ti phi lm vic cn lc.


7/172

Ti cng rt cm n nhng tr t ca ti: Colin Williams, David Thomas vRaymond Laflamme; cc th k Judy Fella, Ann Ralph, Cheryl Billingtonv Sue Masey; cng nh i ng cc h l ca ti. Cun sch ny cngkhng th ra i nu khng c s h tr cho cho nghin cu v chi ph y tca ti t Trng Gonville v Caius, t Hi ng nghin cu khoa hc vk thut, cng nh cc Qu Leverhulme, Mcarthur, Nuffield v RalphSmith. Ti xin t lng bit n i vi cc c quan .

Stephen HawkingNgy 20 thng 10 nm 1987

---o0o---

Phn 1

Chng 1: Bc tranh ca chng ta v v tr

Mt nh khoa hc ni ting (hnh nh l Bertrand Russell) mt ln c trccng chng mt bi ging v Thin vn hc. ng m t tri t quayquanh mt tri nh th no v n lt mnh, mt tri li quay quanh tmca mt qun th khng l cc v sao - m ngi ta gi l thin h - ra sao.Khi bi ging kt thc, mt b gi nh b ngi cui phng ng dy vni: Anh ni vi chng ti chuyn nhm nh g vy? Th gii thc t ch lmt ci a phng ta trn lng mt con ra khng l m thi. Nh khoa

hc mm mt n ci h c trc khi tr li: Th con ra y ta ln cig?. Anh thng minh lm, anh bn tr , anh rt thng minh, b gi ni,nhng nhng con ra c xp chng ln nhau mi xung di, ch cn saona.

Nhiu ngi chc thy rng bc tranh v v tr ca chng ta nh mt cithang v tn gm nhng con ra chng ln nhau l chuyn kh nc ci,nhng ti sao chng ta li ngh rng chng ta hiu bit hn b gi nh bkia? Chng ta bit g v v tr v bng cch no chng ta bit v n? Vtr ti t u v n s i v u? V tr c im bt u khng v nu c th

iu g xy ra trc ? Bn cht ca thi gian l g? N c im tn cngkhng? Nhng t ph mi y trong vt l hc - mt phn nh nhng cngngh mi tuyt xo - a ra cu tr li cho mt s cu hi tn ti dai dngt xa xa va nu trn. Mt ngy no , rt c th nhng cu tr li nys tr nn hin nhin i vi chng ta nh chuyn tri t quay xung quanhmt tri hoc cng c th tr nn nc ci nh chuyn thp nhng con ra.Ch c thi gian (d cho c th no i na) mi c th phn quyt.


8/172

T rt xa xa, khong nm 340 trc cng nguyn, nh trit hc Hy LpAristotle, trong cun sch ca ng nhan V Bu tri, a ra hai lunchng sng gi chng minh rng tri t c hnh cu ch khng phi l cia phng. Th nht, ng thy rng hin tng nguyt thc l do tri t xenvo gia mt tri v mt trng. M bng ca tri t ln mt trng lun lunl trn, iu ny ch ng nu tri t c dng cu. Nu tri t l mt cia phng th bng ca n phi dt nh hnh elip, nu trong thi gian cnguyt thc mt tri khng lun lun ngay di tm ca ci a . Thhai, t nhng chuyn du hnh ca mnh, ngi Hy Lp bit rng sao Bc unhn phng nam dng nh thp hn khi nhn nhng vng phng

bc! (Bi v sao Bc u nm ngay trn cc bc, nn n dng nh ngaytrn u ngi quan st Bc cc, trong khi i vi ngi quan st xch o, n dng nh nm ngay trn ng chn tri).

T s sai khc v v tr biu kin ca sao Bc u Ai Cp so vi Hy Lp,Aristotle thm ch cn a ra mt nh gi v chiu di con ng vngquanh tri t l 400.000 stadia. Hin nay ta khng bit chnh xc 1 stadiadi bao nhiu, nhng rt c th n bng khong 200 thc Anh (1 thcAnh bng 0,914 mt). Nh vy, c lng ca Aristotle ln gn gp 2 lncon s c chp nhn hin nay. Nhng ngi Hy Lp thm ch cn a ramt lun chng th 3 chng t rng tri t trn bi v nu khng th ti saokhi nhn ra bin, ci u tin m ngi ta nhn thy l ct bum v ch sau mi nhn thy thn con tu?

Aristotle ngh rng tri t ng yn cn mt tri, mt trng, cc hnh tinhv nhng ngi sao chuyn ng xung quanh n theo nhng qu o trn.ng tin vo iu bi v ng cm thy - do nhng nguyn nhn b n no - rng tri t l trung tm ca v tr, rng chuyn ng trn l chuynng hon thin nht. tng ny c Ptolemy pht trin thnh mt mhnh v tr hon chnh vo th k th 2 sau Cng nguyn. Theo m hnh nyth tri t ng tm v bao quanh n l 8 mt cu tng ng mang mttrng, mt tri, cc ngi sao v 5 hnh tinh bit vo thi gian : saoThy, sao

Kim, sao Ha, sao Mc v sao Th (Hnh 1.1). Chnh cc hnh tinh li phichuyn ng trn nhng vng trn nh hn gn vi cc mt cu tng ngca chng ph hp vi ng i quan st c tng i phc tp cachng trn bu tri. Mt cu ngoi cng mang cc thin th c gi l ccngi sao c nh, chng lun lun nhng v tr c nh i vi nhau,nhng li cng nhau quay ngang qua bu tri. Bn ngoi mt cu cui cng


9/172

l ci g th m hnh khng bao gi ni mt cch r rng, nhng chcchn n cho rng l phn ca v tr m con ngi khng th quan stc.

Hnh 1.1: M hnh v tr ca Aristotle - Ptolemy coi tri t l trung tmca v tr.

M hnh ca Ptolemy to ra c mt h thng tng i chnh xc tin on v tr ca cc thin th trn bu tri. Nhng tin on nhng vtr mt cch hon ton chnh xc, Ptolemy phi a ra gi thuyt rngmt trng chuyn ng theo mt qu o i khi a n ti gn tri t ti 2ln nh hn so vi nhng thi im khc. Ptolemy nh phi chp nhn

im yu , nhng du sao v i th, l c th chp nhn c. M hnhny c nh th Thin cha gio chun y nh mt bc tranh v v trph hp vi Kinh Thnh, bi v n c mt u im rt ln l dnh khnhiu ch ngoi mt cu cui cng ca cc ngi sao c nh cho thinng v a ngc.

Tuy nhin, mt m hnh n gin hn c mt mc s ngi Ba Lan,tn l Nicholas Copernicus xut vo nm 1554. (Thot u, c l v snh th quy l d gio, Copernicus cho lu hnh m hnh ca mnh nhmt tc phm khuyt danh). tng ca ng l mt tri ng yn, cn tri

t v nhng hnh tinh chuyn ng theo nhng qu o trn xung quanhmt tri. Phi mt gn mt th k, tng ny mi c chp nhn mtcch thc s. Hai nh thin vn - mt ngi c tn l Johannes Kepler vmt ngi Italy tn l Galileo Galilei - bt u cng khai ng h hcthuyt Copernicus, mc d nhng qu o m n tin on cha n khphon ton vi nhng qu o quan st c. V vo nm 1609 mt n chmng ging xung hc thuyt Aristotle - Ptolemy. Vo nm , Galileo


10/172

bt u quan st bu tri bng chic knh thin vn ca ng va pht minhra. Khi quan st sao Mc, Galileo thy rng km theo n cn c mt s vtinh hay ni cch khc l nhng mt trng quay xung quanh n. iu nyng rng khng phi mi thin h u nht thit phi trc tip quay xungquanh tri t, nh Aristotle v Ptolemy ngh. (Tt nhin vn c th tinrng tri t ng yn trung tm ca v tr v cc mt trng ca sao Mcchuyn ng theo nhng qu o cc k phc tp khin ta c cm tngnh n quay quanh sao Mc. Tuy nhin hc thuyt ca Copernicus n ginhn nhiu). Cng thi gian , Kepler ci tin hc thuyt ca Copernicus

bng cch a ra gi thuyt rng cc hnh tinh khng chuyn ng theong trn m theo ng elip. V nhng tin on by gi hon ton nkhp vi quan st.

i vi Kepler, cc qu o elip n gin ch l mt gi thuyt tin li v

chnh th n cng kh chp nhn bi v cc elip r rng l km hon thinhn cc vng trn. Khi pht hin thy gn nh mt cch ngu nhin rng ccqu o elip rt n khp vi quan st, Kepler khng sao dung ha c nvi tng ca ng cho rng cc hnh tinh quay quanh mt tri l do cclc t. iu ny phi mi ti sau ny, vo nm 1867, mi gii thch c,khi Isaac Newton cng b tc phm Philosophiae Naturalis PrincipiaMathematica (Nhng nguyn l ton hc ca trit hc t nhin) ca ng. Cl y l cng trnh vt l hc quan trng bc nht c xut bn t trcn nay. Trong cng trnh ny, Newton khng ch a ra mt l thuyt m ts chuyn ng ca cc vt trong khng gian v thi gian, m ng cn phttrin mt cng c ton hc phc tp dng phn tch cc chuyn ng .Hn th na, Newton cn a ra mt nh lut v hp dn v tr m theo mi mt vt trong v tr u c ht bi mt vt khc bng mt lc cngmnh nu hai vt cng nng v cng gn nhau. Chnh lc ny buc ccvt phi ri xung t.(Cu chuyn k rng, do c qu to ri trng u m

Newton cm hng pht minh ra nh lut hp dn v tr chc chn ch lchuyn thu dt. Tt c nhng iu m Newton ni ra ch l: tng v hpdn n vi ng khi ang ngi trng thi chim nghim v c nysinh bi s ri ca qu to). Newton ch ra rng theo nh lut ca ng,

lc hp dn s lm cho mt trng chuyn ng theo qu o elip xung quanhtri t v cc hnh tinh chuyn ng theo qu o elip xung quanh mt tri.

M hnh Copernicus vt b nhng thin cu ca Ptolemy v cng vichng vt b lun tng cho rng v tr c mt bin gii t nhin. Vnhng ngi sao c nh dng nh khng thay i v tr ca chng tr squay xung quanh bu tri do tri t quay xung quanh trc ca n, nn s l


11/172


12/172

iu ny khng nh hng ng k n nhng tin on ca h v chuynng ca cc hnh tinh, nhng li cho php mt s dn tri v hn ca ccngi sao cn trng thi cn bng: nhng lc ht ca cc ngi sao gnnhau s c cn bng bi lc y t cc ngi sao rt xa. Tuy nhin, ngynay chng ta bit chc chn rng, s cn bng l khng bn: nu nhngngi sao mt vng no ch cn xch li gn nhau mt cht l lc htgia chng s mnh hn v ln t lc y, v th l cc ngi sao s tip tcco li vo nhau. Mt khc, nu nhng ngi sao dch ra xa nhau mt cht llc y s li ln t, v cc ngi sao s chuyn ng ra xa nhau.

Mt phn bc na i vi m hnh v tr tnh v hn thng c xem lca nh trit hc ngi c Heinrich Olbers, ngi vit v l thuyt ny vonm 1823. Thc t th rt nhiu ngi ng thi ca Newton nu ra vn ny, v bi bo ca Olbers thm ch cng khng phi l bi u tin cha

ng nhng l l hp l chng li n. Tuy nhin, y l bi bo u tinc nhiu ngi ch . Kh khn l ch trong mt v tr tnh v hn thgn nh mi mt ng ngm u kt thc trn b mt ca mt ngi sao.

Nh th th ton b bu tri s phi sng chi nh mt tri, thm ch c banm. L l phn bc ca Olbers cho rng nh sng t cc ngi sao xa s bm nht i do s hp th ca vt cht xen gia cc ngi sao. Tuy nhin, dcho iu c xy ra i na th vt cht xen gia cui cng s nng ln, chon khi n cng pht sng nh nhng ngi sao. Con ng duy nht trnhc kt lun cho rng ton b bu tri m cng sng chi nh b mt camt tri l phi gi thit rng, cc ngi sao khng pht sng vnh vin, mch bt sng mt thi im hu hn no trong qu kh. Trong trnghp hp , vt cht hp th cn cha th nng, hay nh sng t cc ngisao xa cha kp ti chng ta. V iu ny li t ra cho chng ta mt cuhi: ci g lm cho cc ngi sao bt sng u tin?

S bt u ca v tr, tt nhin, c ngi ta tho lun t trc rtlu. Theo mt s l thuyt v v tr c t xa xa, v theo truyn thng cangi Do Thi gio/ Thin Cha gio/ Hi gio, th v tr bt u c t mtthi im hu hn nhng cha tht qu xa trong qu kh. Mt l l chng t

c s bt u l cm gic cn phi c ci nguyn nhn u tin giithch s tn ti ca v tr. (Trong v tr, bn lun lun gii thch mt skin nh l c gy ra bi mt s kin khc xy ra trc , nhng s tnti ca chnh bn thn v tr ch c th c gii thch bng cch , nu nc s bt u). Mt l l na do St. Augustine a ra trong cun sch cang nhan Thnh ph ca Cha. ng ch ra rng, nn vn minh cn angtin b, v chng ta nh c ai l ngi thc hin k cng ny hoc ai


13/172

pht trin k thut kia. Nh vy, con ngi v c l c v tr na ucha th c tri nghim c qu lu di. V tha nhn ngy ra ica v tr vo khong 5.000 nm trc Cng nguyn, ph hp vi schCha sng to ra th gii (phn Sng th k ca Kinh Cu c). (iu l thl thi im khng qu xa thi im kt thc ca thi k bng h cuicng, khong 10.000 nm trc Cng nguyn, thi im m cc nh kho cni vi chng ta rng nn vn minh mi thc bt u).

Mt khc, Aristotle v cc trit gia Hy Lp khc li khng thch tng vs Sng th v n dnh lu qu nhiu ti s can thip ca thn thnh. Do h tin rng loi ngi v th gii xung quanh tn ti v s cn tn ti mimi. Nhng ngi c i xem xt l l nu trn v s tin b v h giip nh sau: c nhiu nn hng thu hoc cc tai ha khc xy ra mtcch nh k a loi ngi tt li im bt u ca nn vn minh.

Nhng vn : v tr c im bt u trong thi gian v c b gii hn trongkhng gian hay khng sau ny c nh trit hc Immannuel Kant xemxt mt cch bao qut trong cun Ph phn s suy l thun tu, mt cngtrnh v i (v rt ti ngha) ca ng, c xut bn nm 1781. ng ginhng cu hi l s mu thun ca suy l thun tu, bi v ng cm thyc nhng l l vi sc thuyt phc nh nhau tin vo lun cho rng vtr c im bt u, cng nh vo phn cho rng v tr tn ti mimi. L l ca ng bnh vc lun l: nu v tr khng c im bt u thtrc bt k mt s kin no cng c mt khong thi gian v hn, iu ny

ng cho l v l! L l ca ng bo v phn l: nu v tr c im btu, th s c mt khong thi gian v hn trc n, vy th ti sao v tr li

bt u mt thi im no ? S tht th nhng trng hp ng a racho c lun v phn u ch l mt l l m thi. C hai u da trnmt gi thit khng ni r ra cho rng thi gian li v tn v pha sau bt kv tr c tn ti mi mi hay khng. Nh chng ta s thy sau ny, khinim thi gian mt ngha trc thi im bt u ca v tr. St. Augustinel ngi u tin ch ra iu . Khi c hi: Cha lm g trc khi

Ngi sng to ra th gii? ng khng p: Ngi ang to ra a ngc cho

nhng k t nhng cu hi nh vy. Thay v th, ng ni rng thi gian lmt tnh cht ca v tr m Cha to ra v thi gian khng tn ti trckhi v tr bt u.

Khi m s ng tin rng v tr v cn bn l tnh v khng thay i th cuhi n c im bt u hay khng thc t ch l mt cu hi ca siu hnhhc hoc thn hc. Ngi ta c th vin l rng nhng iu quan st c


14/172

u ph hp tt nh nhau vi l thuyt cho rng n bt u vn ng mtthi im hu hn no , theo cch sao cho dng nh l n tn ti mimi. Nhng vo nm 1929, Edwin Hubble thc hin mt quan st c tnhcht l mt ct mc cho thy d bn nhn u th nhng thin h xa xicng ang chuyn ng rt nhanh ra xa chng ta. Ni mt cch khc, v trang gin n ra. iu ny c ngha l, nhng thi gian trc kia cc vtgn nhau hn. Thc t, dng nh l c mt thi, mi hoc hai mi ngntriu nm v trc, tt c chng u chnh xc cng mt ch v do mt ca v tr khi l v hn. Pht minh ny cui cng a cu hi vs bt u v tr vo a ht ca khoa hc.

Nhng quan st ca Hubble gi rng c mt thi im, c gi l vn ln, ti v tr v cng nh v v cng c (mt v hn). Dinhng iu kin nh vy, tt c cc nh lut khoa hc v do mi kh

nng tin on tng lai u khng dng c.

Nu c nhng s kin trc im th chng khng th nh hng tinhng ci ang xy ra trong hin ti. Do , s tn ti ca chng c th bqua bi v n khng c nhng hu qu quan st c. Ngi ta c th nirng thi gian c im bt u v n ln, theo ngha l nhng thi imtrc khng th xc nh c. Cng cn nhn mnh rng s bt u nyca thi gian rt khc vi nhng s bt u c xem xt trc . Trongv tr tnh khng thay i, s bt u ca thi gian l ci g c p t

bi mt ng ngoi v tr, ch khng c mt yu t no cho s bt u

c. Ngi ta c th tng tng Cha to ra th gii bt k mt thi imno trong qu kh. Tri li, nu v tr gin n th c nhng nguyn nhn vtl cn phi c s bt u. Ngi ta vn cn c th tng tng Cha to ra th gii thi im v n ln hoc thm ch sau theo cch sao chodng nh c v n ln, nhng s l v ngha nu cho rng v tr c tora trc v n ln. Mt v tr gin n khng loi tr ng sng to, nhngn t ra nhng hn ch khi Ngi cn thc hin cng vic ca mnh!

ni v bn cht ca v tr v tho lun nhng vn nh: n c im bt

u hay kt thc hay khng, cc bn cn hiu r mt l thuyt khoa hc lnh th no. y, ti s ly mt quan nim mc mc cho rng l thuyt chl mt m hnh v v tr, hoc v mt phn hn ch no , ca n cng vitp hp nhng quy tc lin h cc i lng ca m hnh vi quan st mchng ta s thc hin. Tt nhin l thuyt ch tn ti trong u ca chng tach khng c mt thc ti no khc (d n c th c ngha g i na). Mtl thuyt c xem l tt nu n tha mn hai yu cu: n phi m t chnh


15/172

xc mt lp rng ln nhng quan st, trn c s ca m hnh ch cha mts t nhng phn t ty ; v n phi a ra c nhng tin on v ccquan st trong tng lai. V d, l thuyt ca Aristotle cho rng mi vt uc cu to nn t bn yu t: t, khng kh, la v nc. N c u iml kh n gin, nhng li khng a ra c mt tin on xc nh no.Trong khi , l thuyt ca Newton v hp dn da trn mt m hnh cnn gin hn, trong cc vt ht nhau bi mt lc t l vi mt i lngc gi l khi lng ca vt, v t l nghch vi bnh phng khong cchgia chng. Th nhng n li tin on c nhng chuyn ng ca mttri, mt trng v cc hnh tinh vi mt chnh xc cao.

Bt k mt l thuyt vt l no cng ch l tm thi, theo ngha n ch l mtgi thuyt: bn s khng khi no c th chng minh c n. D cho nhngkt qu thc nghim ph hp vi mt l thuyt vt l bao nhiu ln i na,

bn cng khng bao gi m bo c chc chn rng kt qu th nghimln ti s khng mu thun vi l thuyt. Trong khi , bc b mt lthuyt bn ch cn tm ra mt quan st khng ph hp vi nhng tin onca l thuyt . Nh nh trit hc ca khoa hc Karl Popper nhn mnh,mt l thuyt tt c c trng bi iu l: n a ra c nhiu tin onm v nguyn tc c th bc b bi quan st. Mi mt ln nhng thcnghim mi cn ph hp vi nhng tin on th l thuyt cn sng st vnim tin ca chng ta vo n li c tng thm, nhng nu thm ch ch cmt quan st mi t ra l khng ph hp th chng ta cn phi vt b hoc

phi sa i l thuyt . t nht l iu c xem l s xy ra, nhngbn cng lun lun c th t vn v thm quyn ca ngi thc hinquan st .

Trn thc t, iu thng hay xy ra l mt l thuyt mi thc ra ch l sm rng ca l thuyt trc. V d, nhng quan st rt chnh xc v hnhtinh Thy (m ta quen gi sai l sao Thy) cho thy s sai khc nh giachuyn ng ca n v nhng tin on ca l thuyt hp dn Newton. Stht l nhng tin on ca Einstein hon ton n khp vi quan st, trongkhi nhng tin on ca Newton cha t c iu - l mt trong nhng

khng nh c tnh cht quyt nh i vi l thuyt mi. Tuy nhin, chngta vn cn thng xuyn s dng l thuyt ca Newton cho nhng mc chthc tin, bi v s khc bit gia nhng tin on ca n v ca thuyttng i rng l rt nh trong nhng tnh hung m chng ta gp thngngy. (L thuyt ca Newton cng cn mt u im ln na l n d sdng hn l thuyt ca Einstein rt nhiu).


16/172

Mc ch ti hu ca khoa hc l to ra c mt l thuyt duy nht c khnng m t c ton b v tr. Tuy nhin, cch tip cn m phn ng ccnh khoa hc thc s theo ui l tch vn ny ra lm hai phn. Th nhtl nhng quy lut cho bit v tr s thay i nh th no theo thi gian.(Nu chng ta bit mt thi im no v tr l nh th no th cc nhlut vt l s cho chng ta bit n s ra sao bt k thi im no tip sau).Th hai l vn v trng thi ban u ca v tr. Mt s ngi cm thyrng c l khoa hc ch nn quan tm ti phn th nht; h xem vn vtrng thi ban u ca v tr l vn ca siu hnh hc hoc ca tn gio.H cho rng Cha, ng ton nng c th cho v tr bt u theo bt ccch no m Ngi mun. Cng c th l nh vy, nhng trong trng hp Ngi cng c th lm cho v tr pht trin mt cch hon ton ty .

Nhng ha ra Ngi li chn cch lm cho v tr tin trin mt cch rt quyc ph hp vi mt s quy lut. V vy cng s l hp l nu gi thit rng

cng c nhng quy lut chi phi trng thi ban u.

Thc ra, rt kh c th xy dng c mt l thuyt m t c ton b vtr trong tng th ca n. Thay v th, chng ta phn bi ton thnh tng

phn v t pht minh ra nhiu l thuyt c tnh cht ring phn. Mi mtl thuyt nh th m t v tin on ch c mt lp hn ch nhng quanst, trong khi phi b qua nh hng ca nhng i lng khc hoc biudin chng bng tp hp n gin cc con s. Cng c th cch tip cn nyl hon ton sai lm. Nu mi vt trong v tr ph thuc vo nhau mt cchcn bn, th s khng th tip cn li gii y bng cch nghin cu cc

phn ca bi ton mt cch ring r, c lp. Tuy nhin, chc chn l cchm chng ta lm ra s tin b trong qu kh. Mt v d kinh in li l lthuyt hp dn ca Newton. L thuyt ny ni vi chng ta rng lc hp dngia hai vt ch ph thuc vo mt con s gn lin vi mi vt - l khilng ca chng, nhng li hon ton c lp vi chuyn vt c lm

bng cht g. Nh vy ngi ta khng cn phi c mt l thuyt v cu trcv thnh phn ca mt tri v cc hnh tinh m vn tnh c qu o cachng. Ngy nay, cc nh khoa hc m t v tr da trn hai l thuyt c sc tnh cht ring phn, l thuyt tng i rng v c hc lng t. Hai

l thuyt l nhng thnh tu tr tu v i ca na u th k ny. Lthuyt tng i rng m t lc hp dn v cu trc cc v ca v tr, - cutrc t quy m t dm ti triu triu triu triu (1 v hai mi bn s 0 tipsau) dm tc l kch thc ca v tr quan st c. Tri li, c hc lngt li m t nhng hin tng phm vi cc nh, c mt phn triu triuca 1 inch. Tuy nhin, khng may, hai l thuyt ny li khng tng thchvi nhau - ngha l c hai khng th u ng thi ng. Mt trong nhng


17/172

n lc ch yu trong vt l hc ngy nay v cng l ti ch yu ca cunsch ny, l tm kim mt l thuyt mi c th dung np c hai l thuyttrn - l thuyt lng t ca hp dn. Hin chng ta cn cha c mt lthuyt nh vy v c th cn lu mi c c, nhng chng ta bit cnhiu tnh cht m l thuyt cn phi c. V nh chng ta s thy trongcc chng sau, chng ta cng bit kh nhiu v nhng tin on m lthuyt lng t ca hp dn cn phi a ra.

By gi, nu bn tin rng v tr khng phi l ty tin m c iukhin bi nhng quy lut xc nh th iu ti hu l cn phi kt hp nhngl thuyt ring phn thnh nhng l thuyt thng nht hon chnh c khnng m t mi iu trong v tr. Nhng trong qu trnh tm kim mt lthuyt thng nht hon chnh nh vy, li vp phi mt nghch l rt c bn.

Nhng nim v cc l thuyt khoa hc c phc ra trn xem rng

chng ta l nhng sinh vt c l tr t do quan st v tr theo chng ta vrt ra nhng suy din logic t nhng ci m chng ta nhn thy. Trong mts nh th, s l hp l nu cho rng chng ta c th ngy cng tin gnti cc quy lut iu khin v tr. Nhng nu qu thc c mt l thuytthng nht hon chnh, th n cng s c th quyt nh nhng hnh ngca chng ta. V nh vy t bn thn l thuyt s quyt nh kt qu victm kim l thuyt y ca chng ta! Hn na, ti sao n s quyt nh rngchng ta s i ti nhng kt lun ng t nhng iu quan st c? Hay lti sao n khng th quyt nh chng ta rt ra nhng kt lun sai? Hay lkhng c mt kt lun no ht?

Cu tr li duy nht m ti c th a ra cho vn vn ny l da trnnguyn l chn lc t nhin ca Darwin. Y tng nh sau: trong bt cqun th no ca cc c th t sinh sn, cng u c nhng bin i trongvt liu di truyn v s gio dng, khin cho c cc c th khc nhau. Skhc nhau c ngha l, mt s c th c kh nng hn nhng c th khctrong vic rt ra nhng kt lun ng v th gii quanh mnh v bit hnhng mt cch ph hp. Nhng c th ny c sc sng v sinh sn mnhhn, v v th, kiu mu hnh vi v suy ngh ca h s dn chim u th.

Trong qu kh, ng l nhng ci m chng ta gi l tr tu v pht minhkhoa hc truyn c ci li th sng st ca con ngi. Nhng cn char rng l liu iu c cn ng trong trng hp khi m nhng phtminh khoa hc ca chng ta c th s tiu dit tt c chng ta v thm chnu khng xy ra iu , th mt l thuyt thng nht hon chnh cng cth khng lm khc i bao nhiu c hi sng st ca chng ta. Tuy nhin,vi iu kin v tr tin trin mt cch quy c, chng ta c th hy vng


18/172

rng nhng kh nng suy lun m s chn lc t nhin cho chng ta vncn c dng trong cuc tm kim mt l thuyt thng nht hon chnh v skhng dn chng ta ti nhng kt lun sai lm.

V nhng l thuyt ring phn m chng ta c a ra nhng tinon v tt c, tr nhng tnh hung cc oan nht, nn vic tm kim mtl thuyt ti hu v v tr kh c th bin minh trn c s nhng ng dngthc tin. (Tuy nhin, cn phi thy rng chnh l l tng t c a ra chng li thuyt tng i v c hc lng t, th m chnh nhng lthuyt ny mang li cho chng ta c nng lng ht nhn ln cuc cchmng vi in t!). Do s pht minh ra l thuyt thng nht hon chnh cth khng gip g cho s sng st ca chng ta. N thm ch cng khng nhhng g n li sng ca chng ta. Nhng ngay t bui bnh minh ca nnvn minh, loi ngi khng bng lng nhn nhng s kin nh nhng th

ri rc v khng gii thch c. H khao kht hiu bit ci trt t nmsu kn trong th gii. Ngy hm nay chng ta cng vn trn tr mun bitti sao chng ta li y v chng ta t u ti. Kht vng tri thc, khtvng su xa nht ca loi ngi, bin minh cho s tm kim lin tcca chng ta. V mc ch ca chng ta khng g khc hn l s m t y v tr, ni chng ta ang sng.

---o0o---

Chng 2: Khng gian v thi gian

Nhng nim ca chng ta hin nay v chuyn ng ca vt th bt ngunt Galileo v Newton. Trc h, ngi ta tin Aristotle, ngi ni rngtrng thi t nhin ca mt vt l ng yn, v n ch chuyn ng di tcdng ca mt lc hoc mt xung lc. T suy ra rng, vt nng s rinhanh hn vt nh, bi v n c mt lc ko xung t ln hn.

Truyn thng Aristotle cng cho rng ngi ta c th rt ra tt c cc nhlut iu khin v tr ch bng t duy thun ty, ngha l khng cn kim tra

bng quan st. Nh vy, cho ti tn Galileo khng c ai bn khon th quan

st xem c thc l cc vt c trng lng khc nhau s ri vi vn tc khcnhau hay khng. Ngi ta k rng Galieo chng minh nim tin caAristotle l sai bng cch th nhng vt c trng lng khc nhau t thpnghing Pisa. Cu chuyn ny chn hn l khng c tht, nhng Galileo lm mt vic tng ng: ng th nhng vin bi c trng lng khc nhautrn mt mt phng nghing nhn. Tnh hung y cng tng t nh tnhhung ca cc vt ri theo phng thng ng, nhng c iu n d quan st


19/172

hn v vn tc ca cc vt nh hn. Cc php o ca Galileo ch ra rng ccvt tng tc vi mt nhp nh nhau bt k trng lng ca n bng baonhiu. V d, nu bn th mt vin bi trn mt mt phng nghing c nghing sao cho c 10 m dc theo mt phng th cao li gim 1m, thvin bi s ln xung vi vn tc 1m/s sau 1 giy, 2m/s sau 2 giy... bt kvin bi nng bao nhiu. Tt nhin, vin bi bng ch s ri nhanh hn mtchic lng chim, nhng chic lng chim b lm chm li ch v sc cn cakhng kh m thi. Nu th hai vt khng chu nhiu sc cn khng kh, vd nh hai vin bi u bng ch, nhng c trng lng khc nhau, th chngs ri nhanh nh nhau.

Nhng php o ca Galileo c Newton s dng lm c s cho nhngnh lut v chuyn ng ca ng. Trong nhng thc nghim ca Galileo,khi mt vt ln trn mt phng nghing, n lun lun chu tc dng ca cng

mt lc (l trng lc ca n) v kt qu l lm cho vn tc ca n tng mtcch u n. iu chng t rng, hu qu thc s ca mt lc l lunlun lm thay i vn tc ca mt vt, ch khng phi l lm cho n chuynng nh ngi ta ngh trc . iu ny cng c ngha l, bt c khi novt khng chu tc dng ca mt lc, th n vn tip tc chuyn ng thngvi cng mt vn tc. tng ny c pht biu mt cch tng minhln u tin trong cun Principia Mathematica (Cc nguyn l ton hc),c cng b nm 1867, ca Newton v sau ny c bit nh nh lut thnht ca Newton. nh lut th hai ca Newton cho bit iu g s xy rai vi mt vt khi c mt lc tc dng ln n. nh lut ny pht biu rngvt s c gia tc, hay ni cch khc l s thay i vn tc t l vi lc tcdng ln n. (V d, gia tc s tng gp i, nu lc tc dng tng gp i).Gia tc cng s cng nh nu khi lng (lng vt cht) ca vt cng ln.(Cng mt lc tc dng ln vt c khi lng ln gp hai ln s to ra mtgia tc nh hn hai ln). Mt v d tng t ly ngay t chic t: ng ccng mnh th gia tc cng ln, nhng vi cng mt ng c, xe cng nngth gia tc cng nh.

Ngoi nhng nh lut v chuyn ng, Newton cn pht minh ra nh lut

v lc hp dn. nh lut ny pht biu rng mi vt u ht mt vt khcvi mt lc t l vi khi lng ca mi vt. Nh vy lc gia hai vt smnh gp i nu mt trong hai vt (v d vt A) c khi lng tng gp hai.y l iu bn cn phi trng i bi v c th xem vt mi A c lm thai vt c khi lng ban u, v mi vt s ht vt B vi mt lc banu. Nh vy lc tng hp gia A v B s hai ln ln hn lc ban u. Vnu, v d, mt trong hai vt c khi lng hai ln ln hn v vt kia c khi


20/172

lng ba ln ln hn th lc tc dng gia chng s su ln mnh hn. Bygi th ta c th hiu ti sao cc vt li ri vi mt gia tc nh nhau: mt vtc trng lng ln gp hai ln s chu mt lc hp dn ko xung mnh gphai ln, nhng n li c khi lng ln gp hai ln. Nh vy theo nh lut 2ca Newton, th hai kt qu ny b tr chnh xc cho nhau, v vy gia tcca cc vt l nh nhau trong mi trng hp.

nh lut hp dn ca Newton cng cho chng ta bit rng cc vt cng xanhau th lc hp dn cng nh. V d, lc ht hp dn ca mt ngi sao ng

bng mt phn t lc ht ca mt ngi sao tng t, nhng khong cchgim i mt na. nh lut ny tin on qu o ca tri t, mt trng vcc hnh tinh vi chnh xc rt cao. Nu nh lut ny khc i, chng hn,lc ht hp dn ca mt ngi sao gim theo khong cch nhanh hn, th quo ca cc hnh tinh khng cn l hnh elip na, m chng s l nhng

ng xon c v pha mt tri. Nu lc li gim chm hn, th lc hpdn t cc ngi sao xa s ln t lc hp dn t mt tri.

S khc bit to ln gia nhng t tng ca Aristotle v nhng t tng caGalileo v Newton l ch Aristotle tin rng trng thi ng yn l trngthi c a thch hn ca mi vt - mi vt s ly trng thi , nukhng c mt lc hoc xung lc no tc dng vo n. c bit, ng cho rngtri t l ng yn. Nhng t nhng nh lut ca Newton suy ra rngkhng c mt tiu chun n nht cho s ng yn. Ngi ta hon ton cquyn nh nhau khi ni rng, vt A l ng yn v vt B chuyn ng vi

vn tc khng i i vi vt A hoc vt B l ng yn v vt A chuynng. V d, nu tm gc ra mt bn chuyn ng quay ca tri t quanhtrc ca n v qu o ca n xung quanh mt tri, ngi ta c th ni rngtri t l ng yn v on tu trn n chuyn ng v pha bc vi vn tc90 dm mt gi hoc on tu l ng yn cn tri t chuyn ng v phanam cng vi vn tc . Nu ngi ta tin hnh nhng th nghim cachng ta vi cc vt chuyn ng trn con tu th tt c cc nh lut ca

Newton vn cn ng. V d, khi nh bng bn trn con tu , ngi ta sthy rng qu bng vn tun theo cc nh lut ca Newton ht nh khi bn

bng t cnh ng ray. Nh vy khng c cch no cho php ta ni cl con tu hay tri t ang chuyn ng.

Vic khng c mt tiu chun tuyt i cho s ng yn c ngha l ngita khng th xc nh c hai s kin xy ra hai thi im khc nhau ccng mt v tr trong khng gian hay khng. V d, gi s qu bng bntrn con tu ny ln v ri xung chm bn cng mt ch sau khong thi


21/172

gian 1 giy. i vi ngi ng cnh ng ray th hai ln chm bn xyra hai v tr cch nhau 40 m v con tu chy c qung ng trongkhong thi gian gia hai ln qu bng chm bn. S khng tn ti s ngyn tuyt i, v vy, c ngha l ngi ta khng th gn cho mt s kinmt v tr tuyt i trong khng gian, nh Aristotle tm nim. V tr cacc s kin v khong cch gia chng l khc nhau i vi ngi trn tuv ngi ng cnh ng ray v chng c l do g thch v tr ca nginy hn v tr ca ngi kia.

Newton l ngi rt bn khon v s khng c v tr tuyt i, hay nhngi ta vn gi l khng c khng gian tuyt i, v iu khng ph hpvi nim ca ng v Thng tuyt i. Thc t, Newton chi b,khng chp nhn s khng tn ti ca khng gian tuyt i, mc d thm chiu ngm cha trong nhng nh lut ca ng. ng b nhiu ngi

ph phn nghim khc v nim tin phi l , m ch yu nht l bi Gimmc Berkeley, mt nh trit hc tin rng mi i tng vt cht v c khnggian ln thi gian ch l mt o nh. Khi ngi ta k cho tin s Johnson niting v quan im ca Berkeley, ng ku ln: Ti s bc b n nh thny ny! v ng ngn chn ci vo mt hn ln.

C Aristotle ln Newton u tin vo thi gian tuyt i. Ngha l, h tin rngngi ta c th o mt cch ng hong khong thi gian gia hai s kin,rng thi gian hon ton nh nhau d bt k ai tin hnh o n, min lh dng mt chic ng h tt. Thi gian hon ton tch ri v c lp vi

khng gian. l iu m nhiu ngi xem l chuyn thng tnh. Tuynhin, n lc chng ta phi thay i nhng nim ca chng ta v khnggian v thi gian. Mc d nhng quan nim thng thng ca chng tavn c kt qu tt khi cp ti cc vt nh qu to hoc cc hnh tinh lnhng vt chuyn ng tng i chm, nhng chng s hon ton khngdng c na i vi nhng vt chuyn ng vi vn tc bng hoc gn

bng vn tc nh sng.

Nm 1676, nh thin vn hc an Mch Ole Christensen Roemer l ngi

u tin pht hin ra rng nh sng truyn vi vn tc hu hn, mc d rtln. ng quan st thy rng thi gian cc mt trng ca sao Mc xuthin sau khi i qua pha sau ca hnh tinh khng cch u nhau nhngi ta ch i, nu cc mt trng chuyn ng vng quanh sao Mcvi vn tc khng i. Khi tri t v sao Mc quanh xung quanh mt tri,khong cch gia chng thay i. Roemer thy rng s che khut cc mttrng ca sao Mc xut hin cng mun khi chng ta cng xa hnh tinh .


22/172

ng l lun rng iu xy ra l do nh sng t cc mt trng nchng ta mt nhiu thi gian hn khi chng ta xa chng hn. Tuy nhin,do nhng php o ca ng v s bin thin khong cch gia tri t v saoMc khng c chnh xc lm, nn gi tr vn tc nh sng m ng xcnh c l 140.000 dm/s, trong khi gi tr hin nay o c ca vn tcny l 186.000 dm/s (khong 300.000 km/s). D sao thnh tu ca Roemercng rt ng k, khng ch trong vic chng minh c rng vn tc canh sng l hu hn, m c trong vic o c vn tc , c bit n lic thc hin 11 nm trc khi Newton cho xut bn cun PrincipiaMathematica.

Mt l thuyt ch thc v s truyn nh sng phi mi ti nm 1865 mi rai, khi nh vt l ngi Anh James Clerk Maxwell thnh cng thngnht hai l thuyt ring phn cho ti thi gian vn c dng m t

ring bit cc lc in v t. Cc phng trnh ca Maxwell tin on rngc th c nhng nhiu ng ging nh sng trong mt trng in t kthp, rng nhng nhiu ng s c truyn vi mt vn tc c nhging nh nhng gn sng trn h. Nu bc sng ca nhng sng (khong cch ca hai nh sng lin tip) l mt mt hoc ln hn, th chngc gi l sng radio (hay sng v tuyn). Nhng sng c bc sng ngnhn c gi l sng cc ngn (vi bc sng vi centimet) hoc sng hngngoi (vi bc sng ln hn mi phn ngn centimet). nh sng thyc c bc sng nm gia bn mi phn triu n tm mi phn triucentimet. Nhng sng c bc sng cn ngn hn na l tia t ngoi, tia - Xv cc tia gamma.

L thuyt ca Maxwell tin on cc sng v tuyn v sng nh sng truynvi mt vn tc c nh no . Nhng l thuyt ca Newton gt b khinim ng yn tuyt i, v vy nu nh sng c gi thit l truyn vimt vn tc c nh, th cn phi ni vn tc c nh l i vi ci g. Do ngi ta cho rng c mt cht gi l ether c mt khp mi ni, thmch c trong khng gian trng rng. Cc sng nh sng truyn qua ethernh sng m truyn trong khng kh, v do vy, vn tc ca chng l i vi

ether. Nhng ngi quan st khc nhau chuyn ng i vi ether s thynh sng i ti mnh vi nhng vn tc khc nhau, nhng vn tc ca nhsng i vi ether lun lun c mt gi tr c nh. c bit, v tri tchuyn ng qua ether trn qu o quay quanh mt tri, nn vn tc canh sng c o theo hng chuyn ng ca tri t qua ether (khi chngta chuyn ng ti gn ngun sng) s phi ln hn vn tc ca nh snghng vung gc vi phng chuyn ng (khi chng ta khng chuyn


23/172

ng hng ti ngun sng). Nm 1887, Albert Michelson (sau ny trthnh ngi M u tin nhn c gii thng Nobel v vt l) v EdwardMorley thc hin mt thc nghim rt tinh xo ti trng Khoa hc ngdng Case Cleveland. H so snh vn tc nh sng theo hng chuynng ca tri t vi vn tc nh sng hng vung gc vi chuyn ngca tri t. V h v cng ngc nhin khi thy rng hai vn tc honton nh nhau!

Gia nm 1887 v nm 1905 c mt s nh, m ch yu l ca vt lngi H Lan Hendrik Lorentz, nhm gii thch kt qu ca th nghimMichelson - Morley bng s co li ca cc vt v s chm li ca ng hkhi chng chuyn ng qua ether. Tuy nhin, trong bi bo cng b vo nm1905, Albert Einstein, mt nhn vin thuc vn phng cp bng sng ch

pht minh Thy S, ngi m trc cn cha ai bit ti, ch ra rng

ton b tng v ether l khng cn thit nu ngi ta sn lng vt b tng v thi gian tuyt i. Quan nim tng t cng c mt nh tonhc hng u ca Php l Henri Poincar a ra ch t tun sau. Tuy nhin,nhng l l ca Einstein gn vi vt l hn Poincar, ngi xem vn ny nh mt vn ton hc. Cng lao xy dng nn l thuyt mi nythng c tha nhn l ca Einstein, nhng Poincar vn thng cnhc nh ti v tn tui ca ng gn lin vi mt phn quan trng ca lthuyt .

Tin c bn ca l thuyt mi - m ngi ta thng gi l thuyt tng

i - c pht biu nh sau: mi nh lut ca khoa hc l nh nhau ivi tt c nhng ngi quan st chuyn ng t do bt k vn tc ca h l

bao nhiu. iu ny ng i vi cc nh lut ca Newton v chuyn ng,nhng by gi l thuyt c m rng ra bao hm c l thuyt caMaxwell v vn tc nh sng: mi ngi quan st u o c vn tc nhsng c gi tr hon ton nh nhau bt k h chuyn ng nhanh, chm nhth no. tng n gin c mt s h qu rt ng ch . C l niting nht l h qu v s tng ng ca khi lng v nng lng cc kt trong phng trnh ni ting ca Einstein: E = mc2 v nh lut ni

rng khng c vt no c th chuyn ng nhanh hn nh sng. V c stng ng gia nng lng v khi lng nn nng lng m vt c thnh chuyn ng s lm tng khi lng ca n. Ni mt cch khc, n slm cho vic tng vn tc ca vt tr nn kh khn hn.

Hiu ng ny ch trc s quan trng i vi cc vt chuyn ng vi vn tcgn vi vn tc nh sng. V d, vn tc ch bng 10 % vn tc nh sng


24/172

khi lng ca vt ch tng 0,5 % so vi khi lng bnh thng, trong khivn tc bng 90 % vn tc nh sng khi lng ca n cn tng nhanh hn,v vy s cng mt nhiu nng lng hn tng vn tc ca n ln na.Thc t khng bao gi c th t ti vn tc ca nh sng v khi khilng ca vt s tr thnh v hn v do s tng ng gia nng lng vkhi lng, s phi tn mt lng v hn nng lng t c iu .V l do , mt vt bnh thng vnh vin b tnh tng i gii hn chuynng ch chuyn ng vi vn tc nh hn vn tc nh sng. Ch c nhsng hoc cc sng khc khng c khi lng ni ti l c th chuyn ngvi vn tc nh sng.

Mt h qu cng ng ch khng km ca thuyt tng i l n lmcch mng nhng nim ca chng ta v khng gian v thi gian. Trong lthuyt ca Newton, nu mt xung nh sng c gi t ni ny n ni

khc th nhng ngi quan st khc nhau u nht tr vi nhau v thi giantruyn xung nh sng (v thi gian l tuyt i). V vn tc nh sngchnh bng khong cch m n truyn c chia cho thi gian tn iht qung ng , nn nhng ngi quan st khc nhau s o c vntc ca nh sng c gi tr khc nhau. Trong thuyt tng i, tri li, mingi quan st u phi nht tr v gi tr vn tc ca nh sng. Tuy nhin,h vn cn khng nht tr v khong cch m nh sng truyn, v vy hcng phi khng nht tr v thi gian m nh sng tn (thi gian ny bngkhong cch nh sng truyn - iu m cc nh quan st khng nht tr -chia cho vn tc nh sng - iu m cc nh quan st u nht tr). Ni mtcch khc, l thuyt tng i co chung cho tng v thi gian tuyti! Ha ra l mi ngi quan st cn phi c mt b o thi gian ring camnh nh c ghi nhn bi ng h m h mang theo v cc ng hging ht nhau c mang bi nhng ngi quan st khc nhau khng nhtthit phi ch nh nhau.

Mi mt ngi quan st c th dng radar bit mt s kin xy ra uv khi no bng cch gi mt xung nh sng hoc sng v tuyn. Mt phnca xung phn x t s kin tr v v ngi quan st o thi gian m h

nhn c ting di. Thi gian xy ra s kin khi s bng mt na thigian tnh t khi xung c gi i n khi nhn c ting di tr li, cnkhong cch ti s kin bng na s thi gian cho hai lt i-v nhn vivn tc nh sng. (Mt s kin, theo ngha ny, l mt iu g xy ra mt im duy nht trong khng gian v mt im xc nh trong thigian).


25/172

tng ny c minh ha trn hnh 2.1, n l mt v d v gin khng-thi gian. Dng th tc ny, nhng ngi quan st chuyn ng i vi nhaus gn cho cng mt s kin nhng thi gian v v tr khc nhau. Khng cnhng php o ca ngi quan st c bit no l ng hn nhng ngikhc, nhng tt c cc php o u quan h vi nhau. Bt k mt ngiquan st no cng tnh ra c mt cch chnh xc thi gian v v tr m mtngi quan st khc gn cho mt s kin, min l ngi bit c vntc tng i ca ngi kia.

Hnh 2.1: Thi gian c o theo trc ng v khong cch t ngi quanst c o theo trc ngang. ng i ca ngi quan st trong khng-thigian c biu din bng ng thng ng bn tri; ng i ca cc tiasng ti v phn x t s kin l cc ng cho.

Ngy hm nay o khong cch mt cch chnh xc, chng ta vn cndng phng php ni trn, bi v chng ta c th o thi gian chnh xchn o chiu di. Thc t, mt c nh ngha l khong cch m nh sngi c trong khong thi gian 0,000000003335640952 giy o theo ngh nguyn t xesi. (Nguyn nhn dn ti con s l lng ny l n tngng vi nh ngha c tnh cht lch s ca mt: l khong cch gia haivch trn mt ci thc c bit lm bng bch kim c gi Paris). Nhvy chng ta c th dng mt n v mi thun tin hn, c gi l giy-nh-sng. N n gin l khong cch m nh sng i c trong mt giy.Trong l thuyt tng i, by gi ta nh ngha khong cch thng qua thigian v vn tc nh sng, nh vy phi t ng suy ra rng mi ngi quanst o vn tc ca nh sng s nhn c cng mt gi tr (theo nh nghal 1 mt trong 0,000000003335640952 giy). Khi cn phi a vo khinim ether, v li s c mt ca n khng th c ghi nhn bng cch no,nh th nghim ca Michelson - Morley chng t.


26/172

Tuy nhin, l thuyt tng i buc chng ta phi thay i mt cch cn bnnhng nim ca chng ta v khng gian v thi gian. Chng ta buc phichp nhn rng thi gian khng hon ton tch ri v c lp vi khng gianm kt hp vi n thnh mt i tng gi l khng - thi gian.

Theo kinh nghim thng thng, ngi ta c th m t v tr ca mt imtrong khng gian bng ba con s, hay ni cch khc l ba ta . V d,ngi ta c th ni: mt im trong phng cch mt bc tng 7 b, cchmt bc tng khc 3 b, v cao so vi sn 5 b. Hoc ngi ta c th ch rmt im kinh tuyn no, v tuyn bao nhiu v cao no so vi mcnc bin. Ngi ta c th thoi mi dng ba ta thch hp no m mnhmun, mc d chng ch c phm vi ng dng hn ch. Chng hn, chng tas khng ch v tr ca mt trng bng khong cch theo phng bc v

phng ty so vi rp xic Piccadilly v chiu cao ca n so vi mc nc

bin. Thay v th, ngi ta cn phi m t n qua khong cch t mt tri,khong cch t mt phng qu o ca cc hnh tinh v gc gia ng nimt trng vi mt tri v ng ni mt tri ti mt ngi sao gn nh saoAlpha ca chm sao Nhn M. Nhng thm ch nhng ta ny cngkhng c dng nhiu m t v tr ca mt tri trong thin h ca chngta hoc ca thin h chng ta trong qun th thin h khu vc. Thc t,ngi ta c th m t ton b v tr bng mt tp hp cc mng gi lnnhau. Trong mi mt mng, ngi ta c th dng mt tp hp ba ta khcnhau ch v tr ca cc im.

Mt s kin l mt ci g xy ra mt im c bit trong khng gian v mt thi im c bit. Nh vy, ngi ta c th ch n bng 4 con s hayl 4 ta . V ln ny cng th, vic la chn cc ta l ty , ngi tac th dng ba ta khng gian bit v mt o no ca thi gian.Trong thuyt tng i, khng c s phn bit thc s gia cc ta khng gian v thi gian, cng ht nh khng c s khc bit thc s giahai ta khng gian. Ngi ta c th chn mt tp hp ta mi, trong, chng hn, ta khng gian th nht l t hp ca ta khng gianc th nht v th hai. V d, thay v o v tr ca mt im trn mt t

bng khong cch theo phng bc v ty ca n i vi rp xic Piccadillyngi ta c th dng khong cch theo hng ng bc v ty bc i viPiccadilly. Cng tng t nh vy, trong thuyt tng i, ngi ta c thdng ta thi gian mi l thi gian c (tnh bng giy) cng vi khongcch (tnh bng giy - nh sng) theo hng bc ca Piccadilly.


27/172

Mt cch rt hu ch suy ngh v bn ta ca mt s kin l ch v trca n trong mt khng gian 4 chiu, c gi l khng -thi gian. Chng takhng th tng tng ni mt khng gian 4 chiu. Ring bn thn ti hnhdung mt khng gian 3 chiu cng vt v lm ri. Tuy nhin v mt s v khng gian 2 chiu th li kh d dng, chng hn nh v b mt catri t (B mt ca tri t l hai chiu v v tr ca mt im trn c thc ghi bng hai ta , kinh v v ). Ti s thng s dng nhnggin trong thi gian tng theo phng thng ng hng ln trn, cnmt trong nhng chiu khng gian c v theo phng nm ngang. Haichiu khng gian cn li s b qua, hoc i khi mt trong hai chiu c v theo phi cnh. (Nhng gin ny c gi l gin khng-thigian, ging nh hnh 2.1). V d, trong hnh 2.2 thi gian c t hngln trn vi n v l nm, cn khong cch nm dc theo ng thng nimt tri vi sao Anpha ca chm sao Nhn m c t nm ngang vi n

v l dm. Nhng con ng ca mt tri v sao Alpha qua khng - thigian l nhng con ng thng ng bn tri v bn phi ca gin . Tiasng t mt tri i theo ng cho v phi mt 4 nm mi ti c saoAlpha.

Hnh 2.2: Tia sng t mt tri i theo ng cho v phi mt 4 nm mi tic sao Alpha

Nh chng ta thy, cc phng trnh Maxwell tin on rng vn tc canh sng s l nh nhau bt k vn tc ca ngun sng bng bao nhiu, viu ny c khng nh bng nhiu php o chnh xc.

iu ny suy ra t s kin l nu mt xung nh sng c pht ra mt thiim c bit, ti mt im c bit trong khng gian, th sau vi thigian n s lan ra nh mt mt cu nh sng vi kch thc v v tr khng

ph thuc vo vn tc ca ngun sng. Sau mt phn triu giy, nh sng slan truyn, to thnh mt mt cu c bn knh 300 mt, sau hai phn triu


28/172

giy, bn knh l 600 mt, v c nh vy mi. iu ny cng ging nhnhng gn sng truyn trn mt nc khi c hn nm xung h.

Nhng gn sng truyn nh mt vng trn c ln dn mi theo thi gian.Nu ta ngh v mt m hnh ba chiu gm b mt hai chiu ca h v mtchiu thi gian th vng trn ln dn ca cc gn sng s to thnh mt nnc nh nm ng ti ch v ti thi im hn chm vo mt nc (hnh2.3).

Hnh 2.3: vng trn ln dn ca cc gn sng s to thnh mt nn c nhnm ng ti ch v ti thi im hn chm vo mt nc.

Tng t, nh sng lan truyn t mt s kin s to nn mt mt nn bachiu trong khng-thi gian 4 chiu. Mt nn c gi l mt nn nhsng tng lai ca s kin ang xt. Cng bng cch nh vy ta c th dngmt mt nn khc, gi l mt nn nh sng qu kh - l tp hp cc skin m t chng mt xung nh sng c th ti c s kin ang xt ( hnh

2.4).


29/172

Hnh 2.4: Mt nn nh sng qu kh l tp hp cc s kin m t chng mtxung nh sng c th ti c s kin ang xt.

Nhng mt nn nh sng qu kh v tng lai ca mt s kin P chia khnggian thnh ba min (hnh 2.5.). Tng lai tuyt i ca s kin l vng nmtrong mt nn nh sng tng lai ca P. y l tp hp ca tt c cc s kinc th chu nh hng ca nhng iu xy ra P.

Hnh 2.5: Nhng mt nn nh sng qu kh v tng lai ca mt s kin Pchia khng gian thnh ba min.

Nhng tn hiu t P khng th ti c nhng s kin nm ngoi nn nhsng ca P bi v khng g c th chuyn ng nhanh hn nh sng. Do vym cc s kin khng chu nh hng nhng g xy ra P. Qu kh tuyti ca P l vng nm trong nn nh sng qu kh. y l tp hp cc skin m t nhng tn hiu truyn vi vn tc bng hoc nh hn vn tcca nh sng c th ti c P. Do , tp hp nhng s kin ny c th nh

hng ti nhng g xy ra P. Nu bit c mt thi im c bit no nhng g xy ra mi ni trong vng khng gian nm trong nn nhsng qu kh ca P th ngi ta c th tin on nhng g s xy ra P.

Phn cn li l vng khng - thi gian khng nm trong nn nh sng tnglai hoc qu kh ca P. Cc s kin trong phn cn li ny khng th nhhng hoc chu nh hng bi nhng s kin P. V d, nu mt tringng chiu sng chnh thi im ny, th n s khng nh hng ti ccs kin trn tri t ngay thi im bi v chng nm ngoi nn nhsng ca nh sng khi mt tri tt (hnh 2.6). Chng ta s bit v s kin ch sau 8 pht - l thi gian nh sng i t mt tri n tri t. V chkhi ny nhng s kin trn tri t mi nm trong nn nh sng tng laica s kin mt tri tt. Tng t nh vy, thi im hin nay chngta khng th bit nhng g ang xy ra nhng ni xa xi trong v tr, biv nh sng m chng ta thy t nhng thin h xa xi ri chng t hng


30/172

triu nm trc. Nh vy, khi chng ta quan st v tr th thc ra l chng taang thy n trong qa kh.

Hnh 2.6: Nn nh sng khi mt tri tt.

Nu ngi ta b qua nhng hiu ng hp dn, nh Einstein v Poincar lm nm 1905, th ta c thuyt tng i c gi l thuyt tng i hp.

i vi mi s kin trong khng-thi gian ta u c th dng mt nn nhsng (l tp hp mi con ng kh d ca nh sng trong khng-thi gianc pht ra s kin ), v v vn tc nh sng l nh nhau mi s kinv theo mi hng, nn tt c cc nn nh sng l nh nhau v cng hngtheo mt hng. L thuyt ny cng ni vi chng ta rng khng g c thchuyn ng nhanh hn nh sng. iu c ngha l ng i ca mi vtqua khng-thi gian cn phi c biu din bng mt ng nm trong nnnh sng mi mt s kin trn n (hnh 2.7.).

Hnh 2.7: Nn nh sng ca cc s kin trn ng i ca vt th trongkhng gian.

L thuyt tng i hp rt thnh cng trong vic gii thch s nh nhau cavn tc nh sng i vi mi ngi quan st (nh th nghim Michelson -Morley chng t) v trong s m t nhng iu xy ra khi cc vt chuynng vi vn tc gn vi vn tc nh sng. Tuy nhin, l thuyt ny li


31/172

khng ha hp vi thuyt hp dn ca Newton ni rng cc vt ht nhau vimt lc ph thuc vo khong cch gia chng. iu ny c ngha l, nulm cho mt vt chuyn ng th lc tc dng ln cc vt khc s thay ingay lp tc. Hay ni mt cch khc, cc tc dng hp dn truyn vi vntc v hn, thay v n bng hoc nh hn vn tc nh sng nh thuyt tngi hp i hi.

Trong khong thi gian t nm 1908 n nm 1914, Einstein nhiu lnth tm mt l thuyt hp dn ha hp c vi thuyt tng i hp, nhng khng thnh cng. Cui cng, vo nm 1915, ng a ra c mt lthuyt m ngy nay chng ta gi l thuyt tng i rng (hay thuyt tngi tng qut). ng a ra mt gi thit c tnh cht cch mng cho rnghp dn khng phi l mt lc ging nh nhng lc khc m n l kt quca s kin l: khng - thi gian khng phi phng nh trc kia ngi ta

vn tng, m n cong hay vnh i do s phn b ca khi lng v nnglng trong n. Cc vt nh tri t khng phi c to ra chuyn ngtrn cc qu o cong bi lc hp dn, m thay v th, chng chuyn ngtheo ng rt gn vi ng thng trong khng gian cong m ngi ta gil ng trc a. ng trc a l ng ngn nht (hoc di nht) giahai im cnh nhau. V d, b mt tri t l mt khng gian cong hai chiu.

ng trc a trn mt tri t chnh l vng trn ln v n l ng ngnnht gia hai im trn mt t (H.2.8). V ng trc a l ng ngnnht gia hai sn bay, nn n l ng m nhng ngi dn ng hng

khng hng cc phi cng bay theo. Trong l thuyt tng i rng, cc vtlun lun chuyn ng theo cc ng thng trong khng-thi gian 4chiu, nhng i vi chng ta, chng c v chuyn ng theo nhng ngcong trong khng gian 3 chiu. (iu ny rt ging vi vic quan st chicmy bay trn mt vng i g. Mc d n bay theo ng thng trongkhng gian 3 chiu, nhng ci bng ca n li chuyn ng theo mt ngcong trn mt t hai chiu).

Hnh 2.8: ng trc a trn mt tri t chnh l vng trn ln v n lng ngn nht gia hai im trn mt t.


32/172

Khi lng ca mt tri lm cong khng-thi gian theo cch sao cho mc dtri t chuyn ng theo ng thng trong khng-thi gian 4 chiu, nhngn li th hin i vi chng ta l chuyn ng theo qu o trn trongkhng gian ba chiu. V thc t, qu o ca cc hnh tinh c tin on

bi l thuyt tng i rng cng chnh xc nh c tin on bi lthuyt hp dn ca Newton. Tuy nhin, trong trng hp i vi sao Thy,hnh tinh gn mt tri nht, do cm thy hiu ng hp dn mnh nht vc qu o thun di hn, th thuyt tng i rng tin on rng trc dica elip qu o quay quanh mt tri vi vn tc 1 trong 10 ngn nm.Mc d hiu ng l rt nh, nhng n c ghi nhn t trc nm 1915v c dng nh mt bng chng u tin khng nh l thuyt caEinstein. Trong nhng nm gn y, nhng lch thm ch cn nh hnna ca qu o cc hnh tinh khc so vi nhng tin on ca l thuyt

Newton cng c o bng rada v cho thy chng ph hp vi nhng

tin on ca thuyt tng i rng.

Nhng tia sng cng cn phi i theo nhng ng trc a trong khng-thigian. Cng li do khng gian b cong nn nh sng khng cn th hin ltruyn theo ng thng trong khng gian na. Nh vy thuyt tng irng tin on rng anh sng c th b b cong bi cc trng hp dn. Vd, l thuyt ny tin on rng nn nh sng ca nhng im gn mt tris hi b un hng vo pha trong do tc dng ca khi lng mt tri.iu ny c ngha l nh sng t mt ngi sao xa khi i qua gn mt tri cth b lch i mt gc nh, khin cho i vi nhng ngi quan st trn mtt, ngi sao dng nh mt v tr khc (H.2.9). Tt nhin, nu nhsng t ngi sao lun lun i qua gn mt tri, th chng ta khng th nitia sng c b lch hay khng hoc thay v th ngi sao c thc s nm ng ch chng ta nhn thy n hay khng. Tuy nhin, v tri t quayquanh mt tri nn nhng ngi sao khc nhau c lc dng nh i qua phasau mt tri v nh sng ca chng b lch. V th nhng ngi sao ny thayi v tr biu kin ca chng i vi cc ngi sao khc.


33/172

Hnh 2.9: iu ny c ngha l nh sng t mt ngi sao xa khi i qua gnmt tri c th b lch i mt gc nh.

Thng th rt kh quan st hiu ng ny, bi v nh sng ca mt tri lmcho ta khng th quan st c nhng ngi sao c v tr biu kin gn mttri trn bu tri. Tuy nhin, iu ny c th lm c trong thi gian cnht thc, khi m nh sng mt tri b mt trng chn mt. Nhng tin onca Einstein khng c kim chng ngay lp tc trong nm 1915 v cucchin tranh th gii ln th nht lc ang lan rng, v phi ti tn nm1919 mt on thm him Anh khi quan st nht thc Ty Phi chng tc rng nh sng thc s b lch do mt tri ng nh l thuyt don. S chng minh l thuyt ca mt ngi c bi cc nh khoa hcAnh c nhit lit hoan nghnh nh mt hnh ng ha gii v i giahai nc sau chin tranh. Do , tht l tr tru khi kim tra li sau

nhng bc nh m on thm him chp, ngi ta pht hin ra rng sai scng ln c hiu ng m h nh o. Php o ca h hon ton ch l maymn hoc mt trng hp bit trc kt qu m h mun nhn c -mt iu cng thng xy ra trong khoa hc. Tuy nhin, s lch ca tia sng c khng nh hon ton chnh xc bi nhiu quan st sau ny.

Mt tin on khc ca thuyt tng i rng l thi gian dng nh chychm hn khi gn nhng vt c khi lng ln nh tri t. l bi vmt mi lin h gia nng lng ca nh sng v tn s ca n (tn s lsng nh sng trong mt giy): nng lng cng ln th tn s cng cao. Khi

nh sng truyn hng ln trong trng hp dn ca tri t, n s mt nnglng v v th tn s ca n gim. (iu ny c ngha l khong thi giangia hai nh sng lin tip tng ln). i vi ngi trn cao mi chuyn

pha di xy ra chm chp hn. iu tin on ny c kim chngvo nm 1962 bng cch dng hai ng h rt chnh xc: mt t nh vmt t chn mt thp nc. ng h chn thp, gn tri t hn, chychm hn - hon ton ph hp vi thuyt tng i rng. S khc bit catc ng h nhng cao khc nhau trn mt t c mt tm quantrng c bit trong thc tin hin nay khi ngi ta s dng nhng h thng

o hng chnh xc da trn nhng tn hiu t v tinh. Nu khi ny ngi tab qua nhng tin on ca thuyt tng i rng, th v tr tnh ton cc th sai khc ti vi ba dm!

Nhng nh lut v chuyn ng ca Newton t du chm ht cho nim v v tr tuyt i trong khng gian. Thuyt tng i vt b khinim thi gian tuyt i. Ta hy xt hai a tr sinh i. Gi s rng mt


34/172

a c a ln sng trn nh ni v mt a sng ngang mc ncbin. a th nht s gi nhanh hn a th hai. Nh vy, nu gp li nhaumt a s gi hn a kia. Trong trng hp ny s khc nhau v tui tcs rt nh, nhng n s ln hn rt nhiu nu mt a thc hin chuyn duhnh di trong con tu v tr chuyn ng vi vn tc gn vn tc nh sng.Khi tr v n s tr hn rt nhiu so vi a li tri t. iu ny c gil nghch l hai a tr sinh i, nhng n l nghch l ch nu nim vthi gian tuyt i vn cn ln qut trong u c chng ta. Trong l thuyttng i khng c mt thi gian tuyt i duy nht, m thay v th mi cnhn c mt o thi gian ring ca mnh v o ph thuc vo nih ang v h chuyn ng nh th no.

Trc nm 1915, khng gian v thi gian c xem l mt sn khu c nhni din ra mi s kin v khng chu nh hng bi nhng iu xy ra

trong n. iu ny ng thm ch c vi thuyt tng i hp. Cc vtchuyn ng, cc lc ht v y, nhng khng gian v thi gian vn lin tcv khng b nh hng g. V ngh cho rng khng gian v thi gian ctip tc nh th mi mi cng l chuyn t nhin.

Tuy nhin, tnh hnh hon ton khc trong thuyt tng i rng. By gikhng gian v thi gian l nhng i lng ng lc: khi mt vt chuynng, hoc mt lc tc dng, chng u nh hng ti cong ca khnggian v thi gian v p li, cu trc ca khng - thi gian s nh hng ticch thc m cc vt chuyn ng v cc lc tc dng. Khng gian v thi

gian khng ch c tc ng m cn b tc ng bi mi iu xy ra trong vtr. Chnh v ngi ta khng th ni v cc s kin trong v tr m khng ckhi nim v khng gian v thi gian, nn trong thuyt tng i rng s trnn v ngha nu ni v khng gian v thi gian ngoi gii hn ca v tr.Trong nhng thp k tip sau, s nhn thc mi ny v khng gian v thigian lm cch mng quan nim ca chng ta v v tr. tng xa ccho rng mt v tr cn bn khng thay i c th tn ti v c th cntip tc tn ti vnh vin c thay th bng khi nim mt v tr ng,ang gin n, mt v tr dng nh bt u mt thi im hu hn

trong qu kh v c th chm dt mt thi im hu hn trong tng lai.Cuc cch mng ny l ti ca chng tip sau. V nhng nm sau ncng l im xut pht cho hot ng ca ti trong lnh vc vt l lthuyt. Roger Penrose v ti chng t c rng chnh thuyt tng irng ng v tr cn phi c im bt u v c th c im kt thcna.


35/172

---o0o---

Chng 3: V tr gin n

Nu ta nhn ln bu tri vo nhng m quang ng, khng trng, nhng vt

sng nht m chng ta nhn thy c l l cc hnh tinh: sao Kim, sao Ha,sao Mc v sao Th. Cng c rt nhiu cc ngi sao tng t nh mt trica chng ta nhng rt xa. Mt s nhng ngi sao c nh , thc t, lidng nh thay i - d l rt t - v tr tng i ca chng vi nhau khi trit quay xung quanh mt tri: chng hon ton khng phi l c nh! S dc iu ny l do chng tng i gn chng ta. Khi tri t quanh xungquanh mt tri, t nhng v tr khc nhau chng ta thy chng trn nn canhng ngi sao xa hn. l mt iu may mn, v n cho php chng tao c mt cch trc tip khong cch t nhng ngi sao n chng ta:

chng cng gn th cng c v di chuyn nhiu hn.Ngi sao gn chng ta nht l sao Proxima ca chm sao Nhn M c tmthy cch chng ta khong 4 nm nh sng (ngha l nh sng t n phi mt4 nm mi ti c tri t), hay khong hai mi ba triu triu dm. a scc ngi sao khc thy c bng mt thng nm cch chng ta trongkhong vi trm nm nh sng. so snh, bn cn bit rng mt tri chcch chng ta c 8 pht nh sng! Nhng ngi sao thy c dng nhnm ri rc trn ton b bu tri m, nhng chng c bit tp trung trongmt di m ngi ta gi l di Ngn h (Milky Way). Rt lu v trc, vo

khong nm 1750, a s cc nh thin vn cho rng s xut hin ca diNgn h c th gii thch c nu phn ln cc sao nhn thy nm trongmt cu hnh a duy nht - mt v d v ci m hin nay chng ta gi lthin h xon c. Phi my chc nm sau, nh thin vn William Herschelmi khng nh c tng ca mnh bng cch cn mn lp mt bsu tp v v tr v khong cch ca mt s rt ln cc ngi sao. Thm chnh th, nhng tng ny ch c chp nhn hon ton vo u th kny.

Bc tranh hin i v v tr khi u ch mi vo nm 1924, khi nh thinvn ngi M Edwin Hubble chng t c rng thin h ca chng takhng phi l thin h duy nht. Thc t cn c nhiu thin h khc v giachng l nhng khong khng gian trng rng rng ln. chng minhiu ny, ng phi xc nh khong cch n cc thin h khc .

Nhng thin h ny qu xa chng ta, nn khng ging nhng ngi sao gn,chng dng nh thc s c nh. Do Hubble buc phi s dng cc


36/172

phng php gin tip o khong cch. Ngi ta bit rng chi biukin ca cc ngi sao ph thuc vo hai yu t: nh sng n pht ra baonhiu (tc trng ca n) v n xa chng ta ti mc no. i vi nhngngi sao gn, chng ta c th o c c chi biu kin ln khongcch ca chng v nh vy chng ta c th tnh c c trng ca chng.

Ngc li nu chng ta bit c trng ca cc ngi sao cc thin hkhc chng ta c th tnh c khong cch bng cch o chi bin kinca chng. Hubble thy rng c mt s loi sao lun lun c cng trngkhi chng gn ta c th o c, do ng rt ra kt lun rng nuta tm thy nhng ngi sao loi cc thin h khc th chng ta c thxem rng chng cng c cng trng - v nh vy c th tnh ckhong cch n thin h . Nu chng ta c th lm iu cho nhiungi sao trong cng mt thin h m kt qu tnh ton u cho mt khongcch nh nhau th hon ton c th tin c vo nh gi ca chng ta.

Theo cch Edwin Hubble xc nh c khong cch n 9 thin hkhc nhau. By gi th chng ta bit rng thin h ca chng ta ch l mttrong s vi trm ngn triu thin h c th nhn thy c bng cc knhthin vn hin i, mi mt thin h li gm khong vi trm ngn triu ngisao. Hnh 3.1. l nh ca mt thin h xon c m chng ta ngh rng thinh ca chng ta s c nhn ging nh th di con mt ca ngi sng mt thin h khc. Chng ta sng trong mt thin h c b ngang rngchng mt trm ngn nm nh sng v quay chm; cc ngi sao nm trongcc nhnh xon ca thin h quay xung quanh tm ca n vi vn tc gcmt vng trong hai trm triu nm. Mt tri ca chng ta cng ch l mtngi sao bnh thng mu vng, c kch thc trung bnh v nm mptrong ca mt nhnh xon c. K t thi Aristotle v Ptolemy, thi mchng ta ngh rng tri t l trung tm ca v tr, cho ti ngy nay, - qutht chng ta i c mt chng ng rt di.

Hnh 3.1: nh ca mt thin h xon c.

Nhng ngi sao xa chng ta n ni, i vi chng ta, chng ch l nhngchm sng nht nht. Chng ta khng th thy c kch thc cng nh


37/172

hnh dng ca chng. Vy th bng cch no ta c th ni v cc loi saoring bit khc nhau? i vi i a s cc ngi sao, ch c mt nt ctrng m chng ta quan st c - l mu nh sng ca chng. Newton pht hin ra rng nu nh sng mt tri i qua mt lng knh n s tchthnh cc mu thnh phn (cn gi l quang ph ca n) nh mu ca cuvng. Bng cch hng knh thin vn vo mt ngi sao ring l hay mtthin h ngi ta c th quan st mt cch tng t quang ph ca nh sngt ngi sao hay thin h . Nhng ngi sao khc nhau c quang ph khcnhau, nhng chi tng i ca cc mu khc nhau lun lun chnh xcht nh ngi ta mong i tm thy trong nh sng ca nhng vt pht sngnng . (Thc t, nh sng c pht ra bi mt vt khng trong sut nng c ph c trng ch ph thuc vo nhit ca n - quang ph nhit.iu ny c ngha l chng ta c th bit nhit ca ngi sao t quang phnh sng ca n). Hn na, chng ta cn tm thy rng mt s mu rt xc

nh khng c mt trong quang ph ca ngi sao, v nhng mu vng mt khc nhau i vi nhng ngi sao khc nhau. V chng ta bit rng minguyn t ha hc hp th mt tp hp c trng nhng mu rt xc nh,nn bng cch i chiu nhng mu ny vi nhng mu vng mt trongquang ph ca mt ngi sao, chng ta c th xc nh c chnh xc nhngnguyn t no c mt trong kh quyn ca ngi sao .

Trong nhng nm 1920, khi cc nh thin vn bt u quan st quang phca cc ngi sao thuc nhng thin h khc, h tm thy mt iu rt c

bit: c nhng tp hp c trng cc mu vng mt ging ht nh i vinhng ngi sao trong thin h chng ta, nhng chng b dch i cng mtlng tng i v pha ca quang ph. hiu c ngha ca iuny, chng ta trc ht cn phi tm hiu v hiu ng Doppler. Nh chng ta thy, nh sng thy c gm nhng thng ging, hay nhng sng, trongtrng in t. Tn s (hay s sng trong mt giy) ca nh sng l rt cao,tri di t bn n by trm triu triu sng trong mt giy. Cc tn s khcnhau ca nh sng c mt ngi nhn thy nh nhng mu khc nhau.

Nhng nh sng c tn s thp nht nm pha ca quang ph v nhngnh sng c tn s cao nht nm pha tm ca n. By gi chng ta hy

hnh dung mt ngun sng cch chng ta mt khong khng i, t nhmt ngi sao, v pht sng nh sng c tn s khng i. R rng l tn sca cc sng m chng ta nhn c cng chnh l tn s m chng cngun pht ra. (Trng hp dn ca thin h cha mnh gy ra hiung ng k). By gi gi th rng ngun sng bt u chuyn ng hngv pha chng ta. Khi ngun pht mt nh sng tip theo th n gn chngta hn, v vy thi gian nh sng ti c chng ta s t hn so vi


38/172

khi ngun sng ng yn. iu ny c ngha l thi gian gia hai nh sngti chng ta l nh hn v do s sng m chng ta nhn c trong mtgiy (tc l tn s) s ln hn so vi khi ngun sng ng im. Tng ng,nu ngun sng i ra xa chng ta th tn s m chng ta nhn c s thphn. Do , trong trng hp nh sng iu ny c ngha l nhng ngi saochuyn ng ra xa chng ta s c quang ph dch v pha ca quang ph(hin tng dch v pha ) v nhng ngi sao chuyn ng v pha chngta s c quang ph dch v pha tm. Mi quan h ny gia tn s v vn tc- c gi l hiu ng Doppler - l mt kinh nghim hng ngy. Hy lngnghe mt chic xe t chy trn ng: khi chic xe tin li gn, ting ngc ca n nghe bng hn (tc l tn s sng m cao hn), cn khi n i ra xam ca n nghe trm hn. i vi cc sng v tuyn cng tng t nh vy.Thc t cnh st dng hiu ng Doppler xc nh vn tc ca cc xe t bng cch o tn s ca cc xung sng v tuyn phn x t cc xe .

Sau khi chng minh c s tn ti ca cc thin h khc, trong nhng nmtip sau, Hubble dnh nhiu thi gian lp mt kho d liu v khongcch gia cc thin h v quan st quang ph ca cc thin h . Vo thigian y, nhiu ngi nh rng cc thin h chuyn ng hon ton ngunhin, cho nn h ch i tm thy nhng quang ph dch v pha tm cngnhiu nh nhng quang ph dch v pha . Do , ngi ta ht sc ngcnhin khi pht hin ra rng a s cc thin h u c quang ph dch v pha: ngha l gn nh tt c chng ang chuyn ng ra xa chng ta! iucn ngc nhin hn na l pht hin m Hubble cng b nm 1929: thm ch dch v pha ca thin h cng khng phi l ngu nhin, m n t lthun vi khong cch gia thin h v chng ta. Hoc ni mt cchkhc, thin h cng xa th n chuyn ng ra xa cng nhanh! C ngha lv tr khng phi l tnh nh trc kia ngi ta vn tng, m n thc tang gin n, khong cch gia cc thin h ngy cng tng ln theo thigian.

Pht minh v tr ang gin n l mt trong nhng cuc cch mng tr tu vi ca th k 20. Vi nhn thc mun mng, th vic ch ngc nhin m t

hi ti sao trc kia khng ai ngh ti iu l chuyn qu d dng.Newton v nhng ngi khc l ra phi thy rng v tr tnh sm hay munri cng s co li di nh hng ca hp dn. Nhng by gi, ta hy c gith rng v tr ang gin n. Nu n gin n chm, th lc hp dn slm cho n cui cng s ngng gin n v sau s bt u co li. Tuynhin, nu v tr gin n vi vn tc nhanh hn mt vn tc gii hn no, th lc hp dn s khng bao gi mnh lm dng n li v v tr


39/172

s tip tc gin n mi mi. iu ny cng hi ging nh khi ngi taphng mt tn la ln khng trung t mt t. Nu n c vn tc nh th lchp dn cui cng s lm n dng li v bt u ri xung. Ngc li, nutn la c vn tc ln hn mt vn tc ti hn no (khong by dmtrong mt giy), th lc hp dn s khng cn mnh ko n li na, vn s tip tc ri xa tri t mi mi.

Tnh cht ca v tr l ra c th hon ton c tin on t l thuythp dn ca Newton bt k thi im no ca th k 19, 18, thm ch cui th k 16. Nhng v nim tin vo v tr tnh qu mnh ti mc n vncn dai dng cho ti u th k 20. Thm ch ngay c Einstein, khi xy dngthuyt tng i rng vo nm 1915, cng inh ninh rng v tr cn phi ltnh. V th ng phi sa i l thuyt ca mnh iu c th xy ra,

bng cch a vo nhng phng trnh ca mnh ci c gi l "hng s v

tr". Einstein a vo mt lc phn hp dn mi, m khng ging nhnhng lc khc, n khng c xut x t mt ngun c bit no, m cto dng ngay trong cu trc ca khng-thi gian. ng t ra yu cu lkhng-thi gian c xu hng ni ti l n ra, v iu l cn bng chnhxc vi lc ht ca ton b vt cht trong v tr, sao cho kt qu thu c lmt v tr tnh. Dng nh ch c mt ngi mun chp nhn thuyt tngi rng dng ban u ca n, l nh vt l v ton hc ngi NgaAlexander Friedmann. V trong khi Einstein v cc nh vt l khc tm micch lng trnh s tin on v mt v tr khng tnh, th Friedmann chp nhn v bt tay vo gii thch n.

Friedmann a ra hai gi thit rt n gin v v tr: l v tr ngnht theo mi hng m chng ta quan st, v iu ny cng ng vi bt kv tr quan st no. Ch t hai tng , Friedmann chng t c rngchng ta khng th ch i v tr ch l tnh. Thc t, vo nm 1922, t nmtrc pht minh ca Hubble, Friedmann tin on chnh xc iu mHubble tm ra!

Gi thit cho rng v tr nhn y ht nhau theo mi hng r rng l khng

ng vi thc t. V d, nh chng ta thy, nhng ngi sao khc trongthin h chng ta to nn mt di sng ni bt trn nn tri m, tc l diNgn h. Nhng nu chng ta quan st nhng thin h xa th s lng cachng tng i ging nhau. Nh vy, v i th th v tr c th xem lnh nhau theo mi hng, vi iu kin l ta phi nhn n qui m ln sovi kch thc gia cc thin h, v b qua nhng sai khc qui m nh.Trong mt thi gian di, iu ny bin minh cho gi thit ca


40/172

Friedmann nh mt php gn ng th i vi v tr thc. Nhng gn yhn, mt s tnh c may mn ch ra rng gi thit ca Friedmann thc tl s m t kh chnh xc v tr ca chng ta.

Nm 1965, hai nh vt l M lm vic phng th nghim ca hng BellTelephone New Jersey l Arno Penzias v Robert Wilson ang tin hnhtrc nghim mt my d sng cc ngn rt nhy. (Sng cc ngn cng gingnh nh sng nhng vi tn s ch c 10 ngn triu sng trong 1 giy).Penzias v Wilson rt bn khon khi h pht hin ra rng my d ca h ghi c qu nhiu ting n hn mc cn thit. Ting n ny dng nhkhng n theo mt phng c bit no. u tin h pht hin c phnchim trong my, sau h kim tra mi kh nng c th hng hc, nhngtt c u b loi tr. H cng bit rng mi loi ting n bn trong bu khquyn s mnh hn khi my d khng hng theo phng thng ng, bi

v cc tia sng truyn trong kh quyn s thu c gn ng chn trinhiu hn l trn nh u. Nhng ting n thi qu y li nh nhau theomi phng m h hng u d ti v nh vy n phi ti t bn ngoi khquyn. Ting n ny cng nh nhau c ngy ln m trong sut c nm btk tri t vn quay quanh trc ca n v quay quanh mt tri. iu nychng t bc x phi ti t bn ngoi h mt tri, thm ch t ngoi c thinh chng ta, v nu khng n s thay i khi chuyn ng ca tri t lmcho my d hng theo nhng hng khc nhau. Thc t, chng ta bit rng

bc x ti c chng ta phi i qua phn ln vng v tr quan stc v v n nh nhau theo cc phng khc nhau nn v tr cng cn phinh nhau theo mi phng, nu ch xt trn qui m ln. By gi th chng ta bit rng bt k nhn theo phng no, th ting n cng ch bin thinkhng bao gi vt qu mt phn vn. Nh vy, Penzias v Wilson honton tnh c pht hin c mt bng chng kh chnh xc khng nhgi thit th nht ca Friedmann.

Gn khong thi gian , hai nh vt l M gn i hc Princeton l BodDicke v Jim Peebles cng ang quan tm ti cc sng cc ngn. H anglm vic theo mt xut ca George Gamow (ngi mt thi l sinh

vin ca Alexander Friedmann) cho rng v tr thi k u phi rt nngv c, ng thi pht sng nng, trng. Dicke v Peebles l lun rngchng ta hin nay vn cn c th thy c nh sng chi li ca v tr thi k u, bi v nh sng t nhng phn rt xa ca v tr ch by gi min c ch chng ta. Tuy nhin, s gin n ca v tr c ngha l nhsng phi dch rt mnh v pha khin cho by gi chng ta thy ndi dng bc x viba (sng cc ngn). Dicke v Peebles ang chun b tm


41/172

kim bc x th Penzias v Wilson nghe ni v cng trnh ca h v haing hiu ngay rng mnh pht hin c chnh bc x . V th mPenzias v Wilson c trao gii thng Nobel v vt l nm 1978 (mtiu hi chua cht i vi Dicke v Peebles, y l cha ni ti Gamow!).

Gi y thot nhn th ton b bng chng - bng chng xc nhn rng vtr nhn nh nhau theo bt k hng no m chng ta quan st - c th dnn ngh cho rng c mt ci g c bit v v tr ca chng ta trong vtr. c bit, c th ngh rng nu chng ta quan st thy tt c cc thin hkhc ang chuyn ng ra xa chng ta, th chng ta cn phi trung tm cav tr. Tuy nhin, cng c mt cch gii thch khc: v tr cng phi nhnhau theo mi hng khi n c quan st t bt k mt thin h no khc.

Nhng, nh chng ta thy, chnh l gi thit th hai ca Friedmann.Hin chng ta cha c bng chng khoa hc khng nh hay bc b gi

thit . Chng ta tin n ch trn c s ca s khim tn: s l qu ni btnu v tr l nh nhau theo mi phng xung quanh chng ta, nhng likhng nh th xung quanh cc im khc trong v tr. Trong m hnh caFriedmann tt c cc thin h u chuyn ng ra xa nhau. Tnh hung nykh ging mt qu bng bay, trn mt c v nhiu chm mu, ang cthi cng ln t t. Khi qu bng cng ln, khong cch gia cc chm mutng ln, nhng khng th ni chm mu no l trung tm ca s gin n .Hn na cc chm cng xa nhau th chng chuyn ng ra xa nhau cngnhanh. Tng t nh vy, trong m hnh ca Friedmann vn tc m haithin h chuyn ng ra xa nhau t l vi nhng khong cch gia chng.

Nh vy, m hnh ny tin on rng mi s dch v pha ca mt thinh t l thun vi khong cch t n n chng ta, ng nh Hubble phthin. Mc d thnh cng ca m hnh v tin on ca n v nhng quan stca Hubble, nhng cng trnh ca Friedmann t c bit ti, cho ti khinhng m hnh tng t c pht minh bi nh vt l M HowardRobertson v nh ton hc Anh Arthur Walker, gii thch pht hin caHubble v s gin n u ca v tr.

---o0o---

Chng 4: Nguyn l bt nh

Thnh cng ca nhiu l thuyt khoa hc m c bit l l thuyt hp dnca Newton a nh khoa hc Php, hu tc Laplace, vo th k 19 tilp lun rng v tr l hon ton tt nh. ng cho rng c mt tp hp ccnh lut khoa hc cho php chng ta tin on c mi chuyn xy ra


42/172

trong v tr, min l chng ta phi bit c trng thi y ca v tr mt thi im. V d, nu chng ta bit v tr v vn tc ca mt tri v cchnh tinh mt thi im, th chng ta c th dng cc nh lut Newtontnh c trng thi ca h mt tri bt k thi im no khc. Quyt nhlun dng nh kh hin nhin trong trng hp ny, nhng Laplace cn ixa hn na, ng cho rng c nhng qui lut tng t iu khin mi thkhc na, k c hnh vi ca con ngi.

Hc thuyt v quyt nh lun khoa hc b chng i rt mnh bi nhiungi, nhng ngi cm thy rng n xm phm n s t do can thip caCha vo th gii ny, nhng n vn cn mt s mng vi tnh cch l tiuchun ca khoa hc cho ti tn u th k ny. Mt trong nhng ch dn utin cho thy nim tin cn phi vt b l khi nhng tnh ton ca hai nhkhoa hc Anh, hun tc Rayleigh v ngi James Jeans, cho kt qu l: mt

i tng hay vt th nng, chng hn mt ngi sao, cn phi pht x nnglng vi tc v hn. Theo nhng nh lut m ngi ta tin l ng thi gian th mt vt th nng cn phi pht ra cc sng in t (nh sngv tuyn, nh sng thy c, hoc tia X) nh nhau mi tn s. V d, mtvt th nng cn phi pht x mt lng nng lng nh nhau trong ccsng c tn s nm gia mt v hai triu triu sng mt giy cng nh trongcc sng c tn s nm gia hai v ba triu triu sng mt giy. V v ssng trong mt giy l khng c gii hn, nn iu ny c ngha l tngnng lng pht ra l v hn.

trnh ci kt qu r rng l v l ny, nh khoa hc ngi c MaxPlanck vo nm 1900 cho rng nh sng, tia X v cc sng khc khngth c pht x vi mt tc ty , m thnh tng phn nht nh m nggi l lng t. Hn na, mi mt lng t li c mt lng nng lngnht nh, nng lng ny cng ln nu tn s ca sng cng cao, v vy tn s cao, s pht x ch mt lng t thi cng c th i hi mt nnglng ln hn nng lng vn c ca vt. Nh vy s pht x tn s cao

phi c rt bt i, khi tc mt nng lng ca vt mi cn l huhn.

Gi thuyt lng t gii thch rt tt tc pht x ca cc vt nng,nhng nhng ng ca n i vi quyt nh lun th mi ti tn nm 1926,khi mt nh khoa hc c khc l Werner Heisenberg pht biu nguyn l

bt nh ni ting ca mnh, th ngi ta mi nhn thc c. tin onv tr v vn tc trong tng lai ca mt ht, ngi ta cn phi o v tr vvn tc hin thi ca n mt cch chnh xc. Mt cch hin nhin lm


43/172

vic ny l chiu nh sng ln ht. Mt s sng nh sng b tn x bi ht viu s ch v tr ca n. Tuy nhin, ngi ta khng th xc nh v tr caht chnh xc hn khong cch gia hai nh sng ca nh sng, v vyngi ta phi dng nh sng c bc sng ngn o chnh xc v tr caht. Nhng theo gi thuyt lng t ca Planck, ngi ta khng th dngmt lng nh sng nh ty c, m phi dng t nht mt lng t.Lng t ny s lm nhiu ng ht v lm thay i vn tc ca ht mtcch khng th tin on c. Hn na, cng o chnh xc v tr ca ht, th

phi cn dng nh sng c bc cng ngn, ngha l nng lng ca mtlng t cng cao. V v th vn tc ca ht s b nhiu ng mt lngcng ln. Ni mt cch khc, bn cng c gng o v tr ca ht chnh xc

bao nhiu th bn s o c vn tc ca n km chnh xc by nhiu, vngc li. Heisenberg chng t c rng bt nh v v tr ca htnhn vi bt nh v vn tc ca n nhn vi khi lng ca ht khng

bao gi nh hn mt lng xc nh - lng l hng s Planck. Hn na,gii hn ny khng ph thuc vo cch o v tr v vn tc ca ht hoc voloi ht: nguyn l bt nh ca Heisenberg l mt tnh cht cn bn khngth trnh khi ca th gii.

Nguyn l bt nh c nhng ng su sc i vi cch m chng ta nhnnhn th gii. Thm ch sau hn 50 nm chng vn cha c nhiu nhtrit hc nh gi y v vn cn l ti ca nhiu cuc tranh lun.

Nguyn l bt nh pht tn hiu v s co chung cho gic m caLaplace v mt l thuyt khoa hc, mt m hnh ca v tr hon ton ctnh cht tt nh: ngi ta chc chn khng th tin on nhng s kintng lai mt cch chnh xc nu nh ngi ta khng th d ch l o trngthi hin thi ca v tr mt cch chnh xc! Chng ta vn cn c th chorng c mt tp hp cc nh lut hon ton quyt nh cc s kin dnhring cho mt ng siu nhin no , ngi c th quan st trng thi hinthi ca v tr m khng lm nhiu ng n. Tuy nhin, nhng m hnh nhth khng li lc bao nhiu i vi nhng ngi trn th chng ta. Tt hnl hy s dng nguyn l tit kim c bit nh li dao co ca Occam vct b i tt c nhng nt c bit ca l thuyt m ta khng th quan st

c. Cch tip cn ny dn Heisenberg, Edwin Schrodinger v PaulDirac vo nhng nm 20 xy dng li c hc trn c s ca nguyn l btnh thnh mt l thuyt mi gi l c hc lng t. Trong l thuyt ny,cc ht khng c v tr, khng c vn tc tch bch v khng hon ton xcnh. Thay v th chng c mt trng thi lng t l t hp ca v tr v vntc.


44/172

Ni chung, c hc lng t khng tin on mt kt qu xc nh duy nhtcho mt quan st. Thay v th, n tin on mt s kt cc kh d khc nhauv ni cho chng ta bit mi mt kt cc l nh th no. Ngha l, nu tatin hnh cng mt php o trn mt s ln cc h tng t nhau, mi mth u khi pht mt cch ht nh nhau, th ta s thy rng kt qu ca phpo c th l A trong mt s trng hp, l B trong mt s trng hpkhc...Ngi ta c th tin on c gn ng s ln xut hin A hoc B,nhng ngi ta khng th tin on mt kt qu c bit no ca ch mt

php o. Do , c hc lng t a vo khoa hc mt yu t khng thtrnh khi - l yu t khng th tin on hay yu t ngu nhin. Einstein kch lit phn i iu ny, mc d ng ng vai tr quan trng trongs pht trin nhng tng . Einstein c trao gii thng Nobel vnhng ng gp ca ng i vi thuyt lng t. Tuy nhin ng khng baogi chp nhn rng v tr li c iu khin bi s may ri. Nhng tnh

cm ca ng c c c trong cu ni ni ting sau: Cha khng chitr xc xc. Tuy nhin, phn ln cc nh khoa hc khc li sn sng chpnhn c hc lng t v n ph hp tuyt vi vi thc nghim. Qu tht yl mt l thuyt thnh cng rc r v l c s cho hu ht cc khoa hc vcng ngh hin i. N iu khin hnh vi ca cc tranzito v cc mch tchhp - nhng thnh phn cn bn ca cc dng c in t nh my thu hnhv computer, ng thi cng l nn tng ca ha hc v sinh hc hin i.Lnh vc duy nht ca vt l m c hc lng t cn cha thm nhp vomt cch thch ng l hp dn v cu trc ca v tr qui m ln.

Mc d nh sng c to bi cc sng, nhng gi thuyt lng t caPlanck ni vi chng ta rng trong mt s phng din n x s nh l cto thnh t cc ht: n c th c pht x hoc hp th ch theo tng phnring bit hay theo cc lng t. Cng nh vy, nguyn l bt nhHeisenberg li ng rng trn mt s phng din cc ht li x s nh ccsng: chng khng c v tr xc nh m b nho i vi mt phn b xcsut no . L thuyt c hc lng t c xy dng trn mt loi ton hchon ton mi. N khng m t th gii thc bng cc sng v cc ht nav ch c nhng quan st th gii l c th c m t bng nhng khi

nim . Nh vy l gia sng v ht trong c hc lng t c tnh hai mt:i vi mt s mc ch s rt li ch nu xem ht nh cc sng v i vinhng mc ch khc th s tt hn nu xem sng nh cc ht. Mt h ququan trng ca iu ny l ngi ta c th quan st c ci gi l hintng giao thoa gia hai tp hp sng hoc ht. Tc l, cc nh ca tp hpsng ny c th trng vi cc hm ca tp hp kia. Hai tp hp sng khi s trit tiu ln nhau hn l cng li tr thnh mnh hn nh ngi ta ch


45/172

i (H.4.1). Mt v d quen thuc ca hin tng giao thoa nh sng l ccmu thng thy trn cc bong bng x phng. Hin tng ny c gy

bi s phn x nh sng hai mt bin ca mng mng nc to nn bongbng. nh sng trng gm cc sng nh sng c bc sng khc nhau, tc lc mu sc khc nhau. i vi mt s bc sng, nh ca cc sng phn xt mt mt bin trng vi hm sng c phn x t mt bin kia. Cc mutng ng vi cc bc sng ny s vng mt trong nh sng phn x v do nh sng ny ha ra c mu.

S giao thoa cng c th xy ra i vi cc ht v tnh hai mt c a vobi c hc lng t. Mt v d ni ting l ci c gi l th nghim hai -khe (H.4.2). Xt mt mn chn c hai khe hp song song nhau. mt pha

ca mn chn, ngi ta t mt ngun sng c mu xc nh (tc l c bcsng xc nh). a s nh sng s p vo mn chn, ch c mt lng nhi qua hai khe thi. By gi gi s t mt mn hng pha bn kia ca mnchn sng. Mi im trn mn hng s u nhn c sng nh sng ti thai khe. Tuy nhin, ni chung, l trnh m nh sng i t ngun ti mnhng qua khe s l khc nhau. iu ny c ngha l cc sng nh sng timn hng t hai khe s khng trng pha nhau: mt s ch cc sng s trittiu nhau v mt s ch khc chng s tng cng nhau. Kt qu l ta snhn c bc tranh c trng gm nhng vn ti v sng xen k nhau.

iu ng lu l ngi ta cng nhn c bc tranh cc vn ht nh vynu thay ngun sng bng ngun ht, chng hn nh cc electron c vn tcxc nh (ngha l sng tng ng c bc sng xc nh). iu nay xem raht sc l lng, bi v nu ch c hai khe thi th ta s khng nhn c hvn no ht m ch thu c mt phn b u n ca cc electron trn mnhng. Do ngi ta c th ngh rng vic m thm mt khe na s ch lmtng s electron p vo mi im trn mn hng, nhng do hin tng giaothoa, n li lm gim con s mt s ch. Nu cc electron c gi quahai khe mi ln mt ht, th ngi ta ch i rng mi mt ht s i qua khe

ny hoc khe kia v nh vy s x s ht nh khi ch c mt khe, ngha l scho mt phn b u trn mn hng. Nhng thc t, thm ch c khi gi miln mt electron, cc vn giao thoa vn c xut hin. Do mi electron

phi ng thi i qua c hai khe.

Hin tng giao thoa gia cc ht l hin tng c tnh cht quyt nh ivi s tm hiu ca chng ta v cu trc nguyn t - phn t c bn ca ha


46/172

hc, sinh hc v cc n nguyn to nn bn thn chng ta v cc vt xungquanh chng ta. u th k ny, ngi ta ngh rng nguyn t kh gingvi h mt tri, trong cc electron (mang in m) quay xung quanh mtht nhn trung tm mang in dng, tng t nh cc hnh tinh quayxung quanh mt tri. Lc ht gia in m v in dng c xem l lc gi cc electron trn qu o ca chng ht nh lc ht hp dn gia mttri v cc hnh tinh gi cho cc hnh tinh trn qu o ca chng. Nhng y c mt kh khn, l cc nh lut ca c hc v in hc (trc chc lng t), li tin on rng cc electron s mt dn nng lng v vth s chuyn ng theo ng xoy trn c i vo cho ti khi ri vo htnhn. iu c ngha l nguyn t, v thc t l ton b vt cht, s suysp rt nhanh v trng thi c mt rt cao. Li gii mt phn ca bi tonny c nh khoa hc an Mch Niels Bohr tm ra vo nm 1913. ngcho rng cc electron khng th chuyn ng theo nhng qu o cch ht

nhn mt khong ty m ch theo nhng qu o c khong cch xc nh.V nu cn gi thit thm rng trn mt qu o nh th ch c th c mthoc hai electron th bi ton v s suy sp ca nguyn t xem nh cgii quyt, bi v cc electron khng th chuyn ng xoy trn c i vomi lp y cc qu o vi cc khong cch v nng lng nh hn.

M hnh ny gii thch kh tt cu trc ca nguyn t n gin nht -nguyn t hydro - ch c mt electron quay xung quanh ht nhn. Nhngngi ta cn cha r phi m rng n nh th no cho cc nguyn t phctp hn. Hn na, tng v mt tp hp hn ch cc qu o c phpdng nh l kh ty tin. L thuyt mi - tc c hc lng t - giiquyt c kh khn ny. N pht hin ra rng cc electron quay xungquanh ht nhn c th xem nh mt sng c bc sng ph thuc vo vntc ca n. i vi mt s qu o c chiu di tng ng vi mt snguyn ln bc sng ca electron, nh sng lun lun nhng v tr nhtnh sau mi ln quay, v vy cc sng c cng li: nhng qu o nytng ng vi cc qu o c php ca Bohr. Tuy nhin i vi cc quo c chiu di khng bng s nguyn ln bc sng, th mi nh sngcui cng s b trit tiu bi mt hm sng khi cc electron chuyn ng

trn: nhng qu o ny l khng c php.

Mt cch rt hay hnh dung lng tnh sng/ht l ci c gi l phply tng theo cc lch s qu o do nh khoa hc ngi M RirchardFeynman xut. Trong cch tip cn ny, ht c xem l khng c mtlch s hay mt qu o duy nht trong khng - thi gian. Thay v th, ngita xem n i t A n B theo mi qu o kh d. Mi mt qu o c


47/172

gn lin vi hai con s: mt s biu din bin ca sng, cn s kia biudin v tr trong chu k (tc l nh sng hay hm sng). Xc sut hti t A n B tm c bng cch cng cc sng cho tt c cc qu o. Nichung, nu ngi ta so snh tp hp cc qu o ln cn nhau, th pha hayv tr trn chu k s khc nhau nhiu. iu ny c ngha l cc sng gn linvi nhng qu o s gn nh hon ton trit tiu nhau. Tuy nhin, ivi mt s tp hp cc qu o ln cn nhau, pha khng thay i nhiu lmgia cc qu o. Nhng sng ca cc qu o ny s khng trit tiu nhau.

Nhng qu o tng ng vi cc qu o c php ca Bohr

Documents

Luoc Su Thoi Gian - Steven Hawking - Cao Chi Va Pham Van Thieu Dich