Các lý thuyết này được hình thành khi người ta quan sát thấy bức xạ điện từ chuyển động với vận tốc không đổi trong chân không vận tốc ánh sáng trong mọi hệ quy chiếu, không tuân theo cá
Trang 1Lý thuyết tương đối
Phương trình nổi tiếng của Einstein
Lý thuyết tương đối của Albert Einstein bao gồm 2 lý thuyết vật lý: thuyết tương đối
hẹp và thuyết tương đối rộng Các lý thuyết này được hình thành khi người ta quan sát thấy bức xạ điện từ chuyển động với vận tốc không đổi trong chân không (vận tốc ánh sáng) trong mọi hệ quy chiếu, không tuân theo các quy luật trong cơ học cổ điển của Isaac Newton Ý tưởng cơ bản trong hai lý thuyết để giải thích hiện tượng trên là: khi hai người chuyển động tương đối với nhau, họ sẽ đo được những khoảng thời gian và khoảng cách khác nhau giữa cùng những sự kiện, tuy nhiên các định luật vật lý vẫn hiện ra giống nhau đối với cả hai người
Thuyết tương đối hẹp
E = mc2
Bài báo của Einstein vào năm 1905, Zur Elektrodynamik bewegter Körper ("Về điện
động lực học của các vật thể chuyển động") tập 17, xêri 4, đã giới thiệu thuyết tương đối
Trang 2hẹp Thuyết tương đối hẹp dựa trên một tiên đề duy nhất: "mọi định luật vật lý là giống nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính (tức là những hệ quy chiếu chuyển động với vận tốc không đổi so với nhau)" Do các định luật vật lý giống nhau, mọi người nằm trong một hệ quy chiếu quán tính không thể làm bất cứ thí nghiệm vật lý nào để xác định trạng thái chuyển động của mình Với Thuyết tương đối hẹp, không gian và thời gian không phải là bất di bất dịch như trong quan điểm của Isaac Newton - cha đẻ của vật lý học cổ điển, mà trái lại, nó có thể "co" lại tùy tình hình Einstein đã thay không gian, thời gian
tuyệt đối bằng không gian, thời gian tương đối
Phát biểu ban đầu, Einstein còn đề cập "tiên đề thứ hai" được phát biểu là: "ánh sáng luôn chuyển động trong chân không với vận tốc không đổi" Tuy nhiên, đây chỉ là hệ quả của tiên đề phát biểu ở trên khi công nhận lý thuyết điện từ Theo tiên đề trên, lý thuyết điện
từ, một lý thuyết đưa ra công thức tính vận tốc ánh sáng từ các hằng số (xem bài vận tốc ánh sáng), là không thay đổi theo hệ quy chiếu quán tính Vậy hiển nhiên vận tốc ánh sáng, kết quả của lý thuyết điện từ, cũng không thay đổi theo hệ quy chiếu quán tính
Thuyết tương đối rộng
Thuyết tương đối rộng được Einstein công bố vào năm 1916 (trước đó đã nằm trong loạt bài giảng tại Viện Khoa học Phổ 25 tháng 11 năm 1915) Tuy nhiên, nhà toán học người Đức David Hilbert đã viết và công bố các phương trình hiệp biến trước Einstein Có nhiều lý do cả Einstein và Hilbert được xem như đồng phát minh ra thuyết tương đối rộng Lý thuyết này giới thiệu các phương trình thay cho định luật vạn vật hấp dẫn của Newton Nó sử dụng hình học vi phân và tenxo để mô tả trọng trường
Lý thuyết này cũng dựa trên một tiên đề duy nhất: "mọi định luật vật lý là giống nhau trong mọi hệ quy chiếu (gồm cả những hệ quy chiếu chuyển động với vận tốc thay đổi so với nhau)" Trong lý thuyết này, trọng lực không tồn tại như lực riêng (như theo quan niệm của Newton), mà chẳng qua là lực quán tính, hay khái quát hơn là hệ quả của độ cong trong không-thời gian Về mặt trực quan, cảm giác về lực hấp dẫn khi ngồi trên mặt đất giống cảm giác lúc trong thang máy đi lên (hoặc tương tự trong xe khi đang tăng tốc/giảm tốc) Lý thuyết tương đối rộng đã dẫn đến một kết quả là mọi vật chất (hay khối
Trang 3lượng hay năng lượng) đều làm cong không-thời gian, và độ cong này tác động đến đường rơi tự do của các vật chất khác (kể cả đường đi của ánh sáng)
Hiện tượng vật chất bẻ cong đường đi ánh sáng đã được kiểm chứng lần đầu tiên đối với Mặt Trời (nơi tập trung nhiều vật chất nhất trong Hệ Mặt Trời) Trong vũ trụ, đã quan sát thấy có nơi (ví dụ ở gần trung tâm các thiên hà) tập trung nhiều vật chất đến mức ánh sáng đến gần bị hút vào và không ra được nữa, gọi là các lỗ đen vì chúng không phát ra ánh sáng (hay không cho phép ánh sáng thoát ra)