Thuyết Không-Thời Gian

by Yoshimori 11/5/2011, 19:42

Không-thời gian và không gian 4 chiều.

Lý thuyết về không-thời gian là rất rộng, bài viết này chỉ bàn về một mặt nhỏ của nó. Thuyết tương đối rộng cho rằng, một ngôi sao lớn với lực hấp dẫn lớn có thể làm bẻ cong không gian xung quanh. Điều đó làm cho các vệ tinh của nó (nếu có) chuyển động theo quỹ đạo xung quanh nó. Thực chất, các vệ tinh này hay bất kỳ vật thể nào khác có thể đang chuyển động theo quỹ đạo thẳng (hay quỹ đạo ngắn nhất có thể) trong không-thời gian. Tuy nhiên, chúng ta lại nhìn chúng chỉ dưới không gian 3 chiều, do đó, quỹ đạo của chúng lại có dạng cong. Trong cuốn "Lược sử thời gian", Hawking có đưa ra một ví dụ về vấn đề này: Một máy bay chuyển động thẳng trong không gian 3 chiều, nhưng nếu mặt đất không bằng phẳng, cái bóng của máy bay in lên nó lại có dạng cong. Đây là một phép chiếu từ không gian 3 chiều lên không gian 2 chiều. Ta có thể hình dung tương tự với không-thời gian. Một điểm đáng chú ý là không-thời gian có thể bị bẻ cong, nghĩa là với chúng ta, xung quanh vùng hấp dẫn mạnh đó, không gian co ngắn lại và thời gian cũng vậy, nó sẽ trôi qua chậm hơn. Tuy nhiên sự biến thiên này vẫn đảm bảo rằng vận tốc ánh sáng truyền qua vẫn là c = 300000000 m/s. Do đó, thuyết tương đối tổng quát có nói rằng trong mọi hệ quy chiếu, c luôn không đổi. Một hố đen là một vùng mà độ cong của không-thời gian là rất lớn. Từ đó, người ta mới nghĩ đến việc chế tạo các máy có thể lật ngược được thời gian ! Thực tế ta thấy nếu chuyển động với vận tốc v = c, hoặc trong một vùng mà độ cong của không gian (với chúng ta) là vô hạn (như một "điểm kỳ dị", nơi khởi nguồn của vũ trụ cách đây khoảng 13 tỷ năm chẳng hạn), thời gian sẽ đứng lại, hay cũng có thể nói là thời gian bị biến mất. Còn rất nhiều vấn đề thú vị khác xung quanh chủ đề này. Windfeast (thảo luận) 10:14, ngày 15 tháng 4 năm 2008 (UTC)
TỌA ĐỘ CỦA VẬT TRONG KHÔNG - THỜI GIAN

Trong không gian 3 chiều, ta có hệ trục tọa độ gồm 3 đường thẳng vuông góc với nhau tại gốc O. Với hệ trục này, để xác định vị trí một điểm, ta cần 3 tọa độ theo 3 trục Ox, Oy và Oz. Trong hệ trục tọa độ không - thời gian, ta sẽ có thêm một trục (tạm gọi là Ot) vuông góc với cả 3 trục kia. Có thể chúng ta thấy điều này hơi khó khăn, nhưng điều đó cũng giống như việc một thực thể 2 chiều có trí tuệ thường chẳng mấy khi nghĩ đến một trục Oz vuông góc với với cả 2 trục trong hệ tọa độ 2 chiều của chúng. Thực ra, hệ gồm 3 trục vuông góc với nhau không thể được thể hiện đúng trên mặt 2 chiều. Bạn không thể vẽ đúng 3 đường thẳng vuông góc với nhau từng đôi một trên một tờ giấy. Hệ trục tọa độ không - thời gian cho phép ta xác định một cách chính xác không chỉ vị trí của vật trong không gian mà cả trong thời gian. Giả sử ở đó, tọa độ điểm M là (x, y, z, t) thì ta có thể hiểu rằng vào thời điểm t (hay tọa độ theo trục Ot là t, với một thời điểm nào đó được lấy làm gốc tọa độ), vật đang ở vị trí được xác định bởi tọa độ (x, y, z) trong không gian 3 chiều. Một điểm đáng lưu ý là trong hệ tọa độ không - thời gian, một điểm được cho là đứng yên trong 3 chiều không gian thì chúng vẫn liên tục chuyển động trong thời gian. Có nghĩa là điểm này sẽ có quỹ đạo chuyển động là một đường thẳng song song với trục Ot. Windfeast (thảo luận) 01:46, ngày 20 tháng 4 năm 2008 (UTC)
CẤU TRÚC KHÔNG - THỜI GIAN TRONG VŨ TRỤ

Mỗi vùng trong vụ trụ mang một cấu trúc không - thời gian khác nhau. Xung quanh một ngôi sao lớn, nơi không - thời gian bị bẻ cong, các chiều không gian bị co ngắn lại, và cả thời gian cũng trôi qua chậm hơn. Xung quanh một ngôi sao khác, mức độ cong của không - thời gian lại khác. Nhưng theo thuyết tương đối của Einstein thì người quan sát trong khu vực của mình vẫn luôn đo được vận tốc ánh sáng là c. Điều này mang một ý nghĩa khá kỳ quặc thường được gọi là nghịch lý sinh đôi. Chúng ta biết rằng hiệu ứng thời gian trôi chậm lại còn xảy ra với các vật chuyển động với vận tốc lớn. Giả sử có 2 người sinh đôi. Một người du hành trên một tàu vũ trụ với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng so với trái đất, người còn lại ở lại trên trái đất. Theo lý thuyết trên thì khi trở về, người du hành có thể trẻ hơn nhiều so với người ở lại. Thực ra nếu đưa một người lên sống ở đỉnh núi, người còn lại sống ở gần mực nước biển thì hiệu ứng này vẫn xảy ra. Dù sự chênh lệch đó là rất nhỏ, nhưng người ta đã đo được. Một người sống trong vùng có cấu trúc không - thời gian với độ cong lớn thực ra cũng sẽ không thấy gì khác lạ so với người sống ở vùng khác. Tất cả mọi thứ trong vùng đó đều chịu ảnh hưởng của sự cong không - thời gian. Windfeast (thảo luận) 02:11, ngày 20 tháng 4 năm 2008 (UTC)

Soạn giả : Yoshimori (吉森)