HÀ TƯỜNG CÁT / Người Việt
Sắp tới đây vào tháng 11, thế giới sẽ kỷ niệm 100 năm ngày Albert Einstein công bố Thuyết Tương Đối Rộng, cũng gọi là Thuyết Tương Đối Tổng Quát (Theory of General Relativity), một lý thuyết mà trải qua 100 năm người ta vẫn chưa tìm thấy có một sai sót hay một điểm yếu gì.
Bức tượng Albert Einstein trưng bày tại phòng triển lãm của viên bảo tàng khoa học ở Seoul, Nam Hàn, nhân kỷ niệm 100 năm nhà bác học thiên tài công bố lý thuyết Tương Đối Tổng Quát. (Hình: Chung Sung-Jun/Getty Images)
Albert Einstein, bắt đầu nghiên cứu từ năm 1907 và đến năm 1915 phát triển ra thuyết này. Đây là lý thuyết hình học coi như miêu tả hợp lý nhất về lực hấp dẫn trong vật lý hiện đại, giúp giải thích được những bí ẩn trong thiên nhiên và ứng dụng hiệu quả cho nhiều kỹ thuật mới của khoa học.
Albert Einstein (1879-1955), một trong những thiên tài vĩ đại nhất của nhân loại, là người Đức gốc Do Thái. Khi ông đang làm giáo sư ở viện Hàn lâm Khoa học Berlin và sang thăm Hoa Kỳ thì Hitler lên nắm chính quyền năm 1933. Ông không trở về nước sau đó, xin định cư tại Mỹ và nhập quốc tịch năm 1940.
Tương đối là một khái niệm triết học đúng cho mọi sự việc đến mức “tất cả mọi thứ đều tương đối” không hẳn đã là lời khẳng định chính xác. Chẳng hạn, từ lâu người ta đã khám phá ra nguyên lý tương đối về chuyển động, chuyển động chỉ có nghĩa là sự thay đổi vị trí tương đối giữa hai vật thể và do đó không thể coi cái gì là hoàn toàn bất động. Trong hàng ngàn năm, loài người vẫn tưởng rằng Mặt Trời quay xung quanh Địa Cầu của chúng ta, cho đến khi Galileo Gallilei (1564-1642) xác định là Địa Cầu không phải là trung tâm vũ trụ mà chỉ là một hành tinh chuyển động xung quanh Mặt Trới.
Từ đầu thế kỷ 20, Einstein đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và phát kiến khoa học trong đó nổi tiếng và được biết đến nhiều nhất là Thuyết Tương Đối được quen gọi là thuyết tương đối hẹp để phân biệt với thuyết tương đối rộng về sau. Thuyết tương đối hẹp giải thích được sự chuyển đổi tương đương giữa khối lượng và năng lượng, thể hiện trong công thức E=mc2, trong đó E là năng lượng, m là khối lượng và c là vận tốc ánh sáng trong chân không (299,792,458 metres một giây). Đây là phát kiến là cơ bản cho sự nghiên cứu phản ứng phá vỡ hạt nhân và chế tạo vũ khí nguyên tử.
Khoa học là sự tiếp nối của các lý thuyết mới thay thế cho những cái không thể giải thích được bằng căn bản hiểu biết cũ. Suốt sự nghiệp của mình, Einstein luôn luôn tin rằng một lý thuyết phù hợp duy nhất có thể giải thích được mọi quan sát; lý thuyết này sẽ là một mô tả về cái thật sự diễn ra và những điều ẩn sau nó.
Trong hơn 200 năm, định luật Vạn Vật Hấp Dẫn của Isaac Newton (1642-1726) đã miêu tả được lực hấp dẫn của mọi vật thể và giải thích thành công chuyển động của các hành tinh, thiên thể trong không gian. Nhưng những quan sát và thí nghiệm cho thấy một số hiệu ứng thiên văn, như là đường đi của ánh sáng bị bẻ cong, không thể giải thích được trong mô hình của Newton. Với sự giúp đỡ của người bạn học cũ tại trường ETH ở Thụy Sĩ là nhà toán học Marcel Grossman người Hungary và dùng hình học Riemann có thể miêu tả không gian cong, Einstein đã phát triển ra thuyết Tương Đối Rộng.
Cơ sở của vật lý cổ điển là khái niệm chuyển động của một vật thể, kết hợp giữa chuyển động tự do (hay quán tính) và chuyển động khi có ngoại lực tác dụng. Theo thuyết Tương Đối Rộng, không gian, thời gian là tương đối và ảnh hưởng bởi sự hiện hữu của vật chất. Lý thuyết này giải thích sự hấp dẫn là sự cong của không/thời gian do vật chất, ảnh hưởng tới chuyển động quán tính của các vật chất khác. Tất nhiên những lý thuyết ấy là vô cùng khó, nếu không phải là không thể hiểu, với mọi người đã quen với những hình ảnh và quan sát bình thường trong đời sống hàng ngày. Tuy nhiên nếu không có nó, giới khoa học gia có một lúc sẽ đi tới chỗ bế tắc không thể tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu, ứng dụng vào sự phát minh những kỹ thuật mới.
Thuyết Tương Đối Rộng là một công cụ trong vật lý thiên văn hiện đại. Nó cung cấp những nền tảng cho sự hiểu biết về Lỗ Đen, một vùng không gian trong vũ trụ không thể nào thấy được nhưng không thể phủ nhận mà chỉ bằng ý tưởng chấp nhận sự hiện hữu. Lỗ Đen là nơi lực hấp dẫn vô cùng mạnh ngay đến cả ánh sáng cũng bị tóm bắt vào không thể nào thoát ra được. Bằng lý thuyết của Einstein có thể giải thích được các ngôi sao phát nổ (supernova) và sự chấm dứt chu kỳ tồn tại của nó. Thuyết này còn giúp miêu tả được mô hình cấu trúc của toàn thể vũ trụ và diễn tả được một phần lý thuyết về vụ bùng nổ lớn, ‘Big Bang”, sự khởi đầu hình thành vũ trụ, 13.8 tỷ năm trước đây.
Gần hơn, với sinh hoạt hàng ngày, tất cả những người lái xe bây giờ đều dễ dàng tìm thấy địa chỉ nơi cần đi tới nhờ GPS và GPS là một hệ thống vệ tinh trên không gian nhưng những chi tiết kỹ thuật chỉ có thể điều chỉnh căn cứ trên căn bản thuyết Tương Đối Rộng.
Trọng lực là đường cong sinh ra thời gian và không gian với sự xuất hiện của một khối lượng, như thế thời gian trôi đi chậm hơn bên cạnh một trọng trường lớn, như là Trái Đất, hơn là trong vũ trụ chân không. Do đó, nếu so sánh hai đồng hồ nguyên tử – nghĩa là đồng hồ hết sức chính xác – một đặt trên mặt đất và một đặt trên vệ tinh thì đồng hồ trên vệ tinh sẽ chạy chậm hơn. Dù sai biệt ấy vô cùng nhỏ, thiết bị định vị địa cầu GPS phải được hiệu chính căn cứ vào sự chênh lệch như thế.
Trong rất nhiều cống hiến của Albert Einstein cho khoa học ngoài thuyết Tương Đối (hẹp) và thuyết Lượng Từ (ánh sáng), giá trị to lớn của thuyết Tương Đối Rộng là đem đến một cuộc cách mạng thực sự trong nhận thức khoa học. Bằng khám phá vĩ đại, “không gian và thời gian đều là hai khái niệm tương đối, hai hiện tượng chịu sự vận động như mọi tiến trình khác trong vũ trụ”, Einstein đã tạo ra một bước nhảy vọt về khoa học so với định luật Vạn Vật Hấp Dẫn của Newton năm 1687. Lý thuyết của ông cũng đưa đến một khái niệm hoàn toàn mới mẻ về triết lý đời sống, ảnh hưởng đến tôn giáo, xã hội và chính trị. (HC)
