Albert Einstein (1879-1955) là một trong những nhà khoa học nổi tiếng nhất mọi thời đại và cái tên của ông luôn gắn liền với danh xưng “thiên tài”. Mặc dù danh tiếng của ông phần nào đến từ vẻ ngoài lập dị và những phát biểu ngược dòng liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau, tuy nhiên Einstein nổi tiếng nhờ những đóng góp của ông đối với lĩnh vực vật lý hiện đại, những thứ đã thay đổi toàn bộ nhận thức của con người về vũ trụ và giúp hình thành nên thế giới chúng ta đang sống ngày nay.
![[IMG]](https://photo2.tinhte.vn/data/attachment-files/2021/10/5669191_einstein-tinhte_2.jpg)
Thành tựu sớm nhất của Einstein khi ông chỉ mới 26 tuổi là Thuyết tương đối hẹp. Nó được gọi như vậy bởi vì lý thuyết này đề cập đến chuyển động tương đối trong trường hợp có thể bỏ qua tác động của lực hấp dẫn. Điều này nghe có vẻ vô thưởng vô phạt nhưng nó đã tạo ra 1 cuộc cách mạng khoa học vĩ đại nhất trong lịch sử, thay đổi hoàn toàn cách các nhà vật lý suy nghĩ về không và thời gian. Trên thực tế, Einstein đã hợp nhất không gian và thời gian thành một khái niệm chung nhất.
Một trong những lý do khiến chúng ta nghĩ về không gian và thời gian hoàn toàn tách biệt là bởi vì chúng được đo bởi những đơn vị khác nhau. Nhưng Einstein cho rằng chúng thật sự có thể hoán đổi cho nhau và liên kết với nhau thông qua tốc độ ánh sáng, xấp xỉ 300.000 km/giây. Có lẽ hệ quả nổi tiếng nhất của thuyết tương đối hẹp là không gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng.
Không-thời gian
Thành tựu sớm nhất của Einstein khi ông chỉ mới 26 tuổi là Thuyết tương đối hẹp. Nó được gọi như vậy bởi vì lý thuyết này đề cập đến chuyển động tương đối trong trường hợp có thể bỏ qua tác động của lực hấp dẫn. Điều này nghe có vẻ vô thưởng vô phạt nhưng nó đã tạo ra 1 cuộc cách mạng khoa học vĩ đại nhất trong lịch sử, thay đổi hoàn toàn cách các nhà vật lý suy nghĩ về không và thời gian. Trên thực tế, Einstein đã hợp nhất không gian và thời gian thành một khái niệm chung nhất.
Một trong những lý do khiến chúng ta nghĩ về không gian và thời gian hoàn toàn tách biệt là bởi vì chúng được đo bởi những đơn vị khác nhau. Nhưng Einstein cho rằng chúng thật sự có thể hoán đổi cho nhau và liên kết với nhau thông qua tốc độ ánh sáng, xấp xỉ 300.000 km/giây. Có lẽ hệ quả nổi tiếng nhất của thuyết tương đối hẹp là không gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng.
Điều đó đồng nghĩa với việc nếu mọi thứ cứ có thể đạt được gần với tốc độ ánh sáng thì những điều kỳ lạ xảy ra. Ví dụ, nếu bạn nhìn thấy một con tàu vũ trụ đang di chuyển với vận tốc bằng khoảng 80% tốc độ ánh sáng, nó sẽ trông ngắn hơn 40% so với khi nó xuất hiện ở trạng thái nghỉ và nếu bạn có thể nhìn thấy vào bên trong, mọi thứ dường như sẽ chuyển động chậm hơn, đồng hồ lúc đó mất 100 giây để chạy được 1 phút. Điều này có nghĩa là phi hành đoàn của tàu vũ trụ sẽ thực sự già đi chậm hơn khi họ di chuyển nhanh hơn.
E = mc^2
Một nhánh khác của thuyết tương đối hẹp là phương trình nổi tiếng E = mc^2. Đây có thể là phương trình toán học duy nhất trở thành một biểu tượng vĩ đại mà ai cũng có thể nằm lòng. Phương trình này biểu thị sự tương đương của khối lượng và năng lượng, 2 đại lượng vật lý trước đây từng được cho là hoàn toàn tách biệt nhau. Trong vật lý truyền thống, khối lượng đo lượng vật chất chứa trong một vật thể, trong khi năng lượng mô tả đặc tính mà vật thể có được nhờ chuyển động của nó và các lực tác động lên nó. Ngoài ra, năng lượng có thể tồn tại trong điều kiện hoàn toàn không có vật chất ví dụ trong ánh sáng hoặc sóng vô tuyến. Tuy nhiên, phương trình của Einstein cho rằng khối lượng và năng lượng về cơ bản là tương đương, miễn là bạn nhân khối lượng với bình phương của tốc độ ánh sáng - một con số lớn đến mức đảm bảo rằng kết quả cho ra kiểu gì cũng sẽ có cùng đơn vị năng lượng.
Hãy nói cách khác, điều này có nghĩa là một vật thể sẽ tăng khối lượng khi nó di chuyển nhanh hơn, đơn giản vì nó đang tăng năng lượng. Ngay cả một vật thể trơ và đứng nghiêng cũng có một năng lượng khổng lồ bị nhốt bên trong nó. Không chỉ là một lý thuyết tuyệt vời, khái niệm này còn có những ứng dụng thực tế trong thế giới vật lý ngày nay. Theo Hội đồng nghiên cứu hạt nhân châu Âu, nếu các hạt đủ năng lượng bị va đập vào nhau, năng lượng của vụ va chạm có thể tạo ra vật chất mới dưới dạng các hạt bổ sung.
Laser
Laser là một phần thiết yếu của các công nghệ hiện đại và được sử dụng trong mọi thứ, từ đầu đọc mã vạch cho đến đến hình ảnh 3D hay cáp quang. Laser không thường được gắn với tên tuổi của Einstein nhưng những công trình nghiên cứu của ông là thứ giúp biến laser trở thành thứ có vai trò quan trọng trong đời sống thực tiễn. Khái niệm laser lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1959, là viết tắt của “light amplification by stimulated emission of radiation” hay “sự khuếch đại ánh sáng bằng cách phát xạ kích thích” và phát xạ kích thích là một khái niệm đã được Einstein nhắc đến từ hơn 40 năm trước đó, theo hiệp hội vật lý Hoa Kỳ. Vào năm 1917, Einstein đã viết một bài báo về lý thuyết lượng tử của bức xạ, trong đó mô tả cách một photon ánh sáng truyền đi qua một chất có thể kích thích sự phát xạ của photon.
Einstein nhận ra rằng các photon mới di chuyển theo cùng một hướng, cùng tần số và cùng pha với photon ban đầu. Điều này dẫn đến các hiệu ứng khác khi ngày càng có nhiều photon gần như giống hệt nhau được tạo ra. Là một nhà vật lý lý thuyết, Einstein đã không đưa ra ý tưởng nào xa hơn trong khi các nhà khoa học khác lại chậm chạp trong việc nhận ra tiềm năng thực tế to lớn của các laser. Nhưng cuối cùng, thế giới hiện tại cũng đã đạt đến cột mốc đó và ngày nay, người ta vẫn đang tìm ra các ứng dụng mới cho tia laser, từ vũ khí đánh chặn máy bay không người lái cho đến những chiếc máy tính với tốc độ xử lý siêu nhanh.
Quảng cáo
Hố đen và hố sâu
Dựa vào thuyết tương đối rộng, Einstein phát hiện ra rằng các vật thể khổng lồ như những hành tinh và các ngôi sao thật sự có thể làm biến dạng cấu trúc của không-thời gian và chính sự biến dạng này tạo ra hiệu ứng mà chúng ta nhận thấy: lực hấp dẫn. Einstein đã giải thích thuyết tương đối rộng thông qua một tập hợp các phương trình phức tạp, và hệ quả của một trong những phương trình đó đã dẫn đến sự ra đời của khái niệm hố đen vũ trụ vào năm 1916. Năm 1935, Einstein cùng với người cộng sự của mình là Nathan Rosen đã cùng nhau nghiên cứu về giải pháp có thể tạo ra 1 con đường đi tắt từ 1 điểm trong không-thời gian đến 1 địa điểm khác. Ngày nay, ý tưởng này được biết đến nhiều với cái tên “hố sâu”.
Vũ trụ đang giãn nở
Một trong những điều đầu tiên mà Einstein đã thực hiện đối với phương trình thuyết tương đối rộng vào năm 1915 đó là ứng dụng nó vào trong lĩnh vực vũ trụ nói chung. Einstein đã phủ nhận ý kiến cho rằng cấu trúc của vũ trụ đang ở trong trạng thái giãn nở liên tục, kéo các thiên hà ra xa để khoảng cách giữa chúng không ngừng tăng lên. Einstein giúp lý thuyết của mình trở nên thuyết phục hơn anh bằng cách thêm vào các phương trình của mình một cái gọi là hằng số vũ trụ, nhằm tạo ra một vũ trụ hoàn toàn tĩnh và và phù hợp với cách lý giải của ông.
Nhưng vào năm 1929, các nhà quan sát của Edwin Hubble cho thấy vũ trụ thật sự đang giãn nở dường như chỉ theo cách mà các phương trình ban đầu của Einstein dự đoán. Điều này đặt dấu chấm hết cho Hằng số vũ trụ và sau này, ông cũng cho đó là sai lầm lớn nhất trong sự nghiệp. Tuy nhiên, câu chuyện không chỉ dừng lại ở đây. Nhờ vào những phép đo ngày càng tinh vi hơn khi công nghệ phát triển, giờ đây chúng ta biết được rằng tốc độ vũ trụ giãn nở đang ngày càng tăng lên thay vì chậm lại khi không có hằng số vũ trụ. Vì vậy, có vẻ sai lầm của anh Einstein không hẳn là một sai lầm.
Quảng cáo
Bom nguyên tử
Phương trình E = mc^2 của Einstein cũng dẫn đến một hệ quả mà mà có lẽ nhiều người không mong muốn đó chính là sự ra đời của bom nguyên tử. Mặc dù cách hoạt động của loại bom này liên quan đến phản ứng phân hạch hạt nhân, thứ không liên quan nhiều đến Einstein, nhưng ông được cho là vẫn đóng một vai trò quan trọng dẫn đến sự ra đời của những quả bom nguyên tử đầu tiên.
Năm 1939, một số đồng nghiệp đã cảnh báo về khả năng phân hạch hạt nhân và nỗi kinh hoàng sẽ xảy ra nếu Đức Quốc xã có trong tay thứ vũ khí như vậy. Sau cùng, theo Quỹ di sản Nguyên tử, Einstein đã bị thuyết phục chuyển những mối quan tâm này trong một bức thư gửi cho tổng thống Hoa Kỳ vào thời điểm đó - Franklin D. Roosevelt.
Kết quả là những bức thư đó đã đưa đến sự ra đời của Manhattan - dự án đã tạo ra những quả bom nguyên tử được sử dụng để chống lại Nhật Bản vào cuối thế chiến thứ 2. Mặc dù nhiều nhà vật lý nổi tiếng đã làm việc trong dự án Manhattan nhưng Einstein không nằm trong số đó. Năm 1947, Einstein nói với tạp chí Newsweek, rằng "Nếu tôi biết rằng người Đức sẽ không thành công trong việc phát triển bom nguyên tử, tôi đã không đưa ra bất kỳ động thái nào".
Sóng hấp dẫn
Einstein qua đời vào năm 1955 và những di sản khoa học khổng lồ ông vẫn tiếp tục gây chú ý ngay cả trong thế kỷ 21. Tháng 2/2016, các nhà khoa học công bố lần đầu tiên tìm thấy sóng hấp dẫn, một hệ quả khác của Thuyết tương đối rộng, thứ mà Einstein đã dự đoán về sự tồn tại của nó từ hơn 100 năm trước.
Khi vật thể di chuyển trong vũ trụ, chúng cũng làm cong không gian - thời gian. Điều này tạo ra những gợn sóng và sóng đó được Einstein gọi là sóng hấp dẫn. Sự di chuyển của mọi đối tượng, từ một người cho đến một lỗ đen khổng lồ, đều tạo ra sóng hấp dẫn.
