Thuyết tương đối rộng: Quá khứ, hiện tại và tương lai docx

Thuyết tương đối rộng: Quá
khứ, hiện tại và tương lai
Lí thuyết tươngđốirộng của Albert Einsteinlà mộttrong những thành tựu
đỉnh caocủa nền vật lí thế kỉ 20. Côngbố vào năm 1916, nó giải thích cái chúngta
cảm nhận là lực hấp dẫn thực ra phát sinh từ sự cong của khônggian và thời gian.
Einsteinđề xuất rằng các vật thể như mặt trời và trái đấtlàm thayđổi dạng
hình họcnày. Trong sự có mặt của vậtchất vànănglượng, nó có thể tiến triển, kéo
căng ravà cuộn lại, hình thành nêncác gợn, đỉnh và hõm, làmcho cácvậtđang
chuyển động qua nó bị zig zag vàcong đi.Cho nên, mặcdù trái đấtbị hút về phía
mặttrời bởi lực hấp dẫn, nhưngkhôngcó lựcnàonhư vậy cả. Nó đơngiảnlà hình
dạng của không-thờigian xungquanh mặt trời chotrái đất biết phải đi theo hướng
nào màthôi.
Lí thuyết tươngđốirộng có các hệ quả sâu rộng. Nókhông chỉ giải thích
chuyển động của các hành tinh;mà nó còn môtả lịch sử và sự giãn nở của vũ trụ,
cơ sở vậtlí của các lỗ đen và sự congcủa ánh sángphát ra từ những ngôi saovà
thiên hàxa xôi.
Thuyết tương đối rộng: trí tuệ xuất chúng của Einstein
Năm 1905,ở tuổi 26,Albert Einstein đề xuất lí thuyết tươngđối đặcbiệt. Lí
thuyết trên dunghòa cơ sở vật lí củacác vật đang chuyển động do galileo Galilei và
Newton phát triển với các định luậtcủa bứcxạ điện từ. Nó thừanhận rằng tốc độ
của ánh sáng luôn luôn khôngđổi, bất kể chuyển động của người đo nó như thế
nào. Thuyết tươngđối đặc biệt cho rằng không gian vàthời gianhòa quyện với
nhau đến mộtmức độ trước đó chưabao giờ ngườitatưởng tượng ra.
Sangnăm 1907,Einsteinbắt đầu thử mở rộng thuyết tương đối đặc biệtđể
bao hàm cả sự hấp dẫn. Đột phá đầutiên của ông xuất hiệnkhi ôngđang làm việc
tại một phòng cấp bằngsáng chế ở Bern,Thụy Sĩ. “Bất ngờ một ý tưởng nảyđến
với tôi”,ông nhớ lại. “Nếu như một người rơitự do, anh ta sẽ khôngcảm nhận thấy
sức nặng của mình Thí nghiệm tưởng tượngđơn giản này đã đưa tới đến lí
thuyết của sự hấp dẫn”.Ôngnhận rarằng cómột mối liên hệ sâu sắc giữa các hệ bị
ảnh hưởngbởi sự hấp dẫn vàcác hệ đang gia tốc.
Đang rơitự dosẽ không cảm nhận trọng lượng ? (Ảnh:Matt King/Getty)

Bướcphát triển lớn tiếp theo xuất hiệnkhiEinsteinđược giới thiệu cơ sở
hình họcphát triển bởi các nhà toánhọc Đức thế kỉ thứ 19, Carl FriedrichGauss và
BernhardRiemann.Einsteináp dụng công trìnhcủa họ để viết nêncác phương
trìnhliên hệ hình họccủa không-thời gian với lượng năng lượngmà nó chứa. Ngày
nay được gọi làcác phương trìnhtrườngEinstein, và công bố vàonăm 1916,
chúng thaythế cho địnhluật vạnvật hấp dẫn của Newtonvàvẫn sử dụng chođến
ngày nay, sau gần mộtthế kỉ.
Sử dụng thuyết tương đối rộng, Einsteinđã đưa ra mộtloạt dự đoán. Thí dụ,
ông chỉ ra lí thuyết của ôngsẽ dẫn đến sự trôi giạt quan sát thấy của quỹ đạo Thủy
tinh như thế nào. Ôngcòn tiên đoánrằng mộtvật khối lượng lớn, như mặt trời, sẽ
làm méo hànhtrình củaánhsángđi qua gần nó: tóm lại, hình dạng của khônggian
sẽ tác dụng như một thấu kínhvàlàm tậptrung ánh sáng.
Einsteincòn chorằngbướcsóng của ánh sáng phátra ở gần mộtvật thể khối
lượng lớn sẽ bị kéo căng ra,hay lệch đỏ, khinó trèora khỏi không-thời gian bị
cuộn lại ở gần vật thể nặngđó. Nhữngtiênđoán này ngày nay được gọilàba phép
kiểmtra cổ điển của thuyếttương đối rộng.
Mô hình Chuẩn của vũ trụ
Theo Mô hình Chuẩn, cái đã đượccác nhà vật lí chắp ghép trong hơn 70 năm
qua, vũ trụ được tin làcấu tạo từ vật chất (4%nguyên tử và 20% “vật chất tối”
chúng ta không thể quan sáthoặc giải thích) và nănglượng(76%“năng lượng tối”).
Mô hình Chuẩn của ngànhvật lí hạtcơ: AAAS

Xem thêm: Các lực trong tự nhiên
Mô hình Chuẩn giải thích phương thức17 hạt hạ nguyên tử liên kết vớinhau
để tạo ra các nguyêntử và sauđó là vậtchất bởi ba trong số bốn lực cơ bản củatự
nhiên: lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu, vàlực điện từ.Nó ngoại trừ lực thứ tư:
lực hấpdẫn.
Các hạt ấy chia làm hailoại: boson,hạt truyền lực, vàfermion,hạt cấutạo
nên vậtchất.
Fermiongồm có 6 dạng quark và 6 dạng lepton.Mỗi leptoncó mộtneutrino

tương ứng (một hạt mangnăng lượng có khối lượngrất thấpvàvận tốc cao) và tất
cả những hạt này còn có các phiên bản phản vậtchất, chúng hành xử theo kiểu
giống với vật chất, nhưng phânhủykhi tiếp xúcvới vật chất, biến khối lượngcủa
hai hạtthành năng lượngthuần túy.
Gần như toàn bộ vật chất được hình thành bởi hailoại quark:quarklên (up)
và quarkxuống(down)– vàmột loại lepton: electron.Bốnquark còn lại (đỉnh,
duyên,lạ và đáy) vànăm lepton(neutrino electron,muon,neutrino muon, tau và
neutrinotau) đơn giảnlà những phiên bảnlớn hơncủa ba loại hạt cơ bản đó.
Các boson chialàm bốnloại,chúng trungchuyển ba lực cơ bản đã nhắc tớiở
trên.Boson quen thuộc nhất là photontrung chuyểnlực điệntừ, giải thích cho các
hiện tượngđiện, từ và ánhsáng. BosonW vàboson Z trungchuyểnlực hạtnhân
yếu vàcác gluontrung chuyển lực hạt mạnhliên kết các quarkvới nhau thành
những hạt lớnhơn như neutronvà proton.
Mô hình Chuẩn còn tiên đoánsự tồn tại của boson Higgs, nhưng cho đếnnay
nó chưađược tìm ra. Người ta cho rằng hạtnày có thể giải thích chocơ chế màtất
cả các hạt kháccó được khối lượng.
Gravitonlà một boson lí thuyếtkhácnữa có thể trung chuyển lực hấp dẫn.
Nếu nó được tìm thấy,thì Mô hìnhChuẩn cuốicùng đã cóthể bị thay thế Lí thuyết
của Tấtcả, líthuyết thống nhất cả bốn lực cơ bảncủa tự nhiên.