5 thí nghiệm của Albert Einstein tạo nên cuộc cách mạng khoa học

Albert Einstein, một trong những bộ óc vĩ đại nhất thế kỷ 20, đã làm thay đổi mãi mãi khoa học bằng cách giới thiệu các khái niệm mang tính cách mạng làm rung chuyển sự hiểu biết của chúng ta về thế giới vật lý.

Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của Albert Einstein là khả năng suy luận vượt trội để đưa ra các khái niệm khoa học phức tạp bằng cách tưởng tượng những kịch bản có thể diễn ra trong cuộc sống thực tế. Những ý tưởng của ông được gọi là Gedankenexperiments, nghĩa là những thí nghiệm tưởng tượng.

Dưới đây là 5 ý tưởng của Albert Einstein tưởng tượng về cuộc sống của mình, cho thấy sự đột phát trong suy nghĩ của ông.

Hãy tưởng tượng bạn đuổi theo chùm tia sáng

Đây là một điều mà anh chàng Einstein nghĩ ra khi anh lên 16 tuổi. Điều gì sẽ xảy ra khi bạn đuổi theo một chùm tia sáng chuyển động trong không gian?

Nếu bạn đuổi kịp chùm sáng đó, bạn sẽ thấy ánh sáng 'đóng băng' trong không gian. Nhưng ánh sáng sẽ không bao giờ 'đông cứng' trong không gian, vì nếu như vậy nó sẽ không còn là ánh sáng.

Cuối cùng, Einstein nhận ra rằng ánh sáng không thể bị chậm lại và phải luôn được di chuyển với tốc độ của ánh sáng. Thế nên, nếu trường hợp này xảy ra, phải có một điều gì đó thay đổi, và đó chính là thời gian. Điều này đã đặt nền móng cho thuyết tương đối của ông.

Hãy tưởng tượng bạn đang ngồi trên xe lửa

Bạn đang đứng trên một chuyến tàu hỏa trong khi bạn của bạn đang ở bên ngoài và quan sát con tàu chạy qua. Nếu sét đánh vào cả hai đầu của tàu, người bạn đó sẽ thấy cả hai tia sét đánh vào cùng một lúc.

Nhưng vì đang đứng trên tàu, bạn đang tiến gần hơn đến với tia sét vì con tàu đang di chuyển theo chiều hướng tới. Vì thế bạn sẽ thấy một trong hai tia sét trước vì bạn mất ít khoảng cách hơn để đến với nó.

Thí nghiệm tưởng tượng này cho thấy thời gian chuyển động khác nhau giữa một người di chuyển và một người đứng yên. Điều này củng cố thêm niềm tin cho Einstein về tính tương đối của không gian-thời gian, cũng như sự đồng thời của chúng là không tồn tại. Đây cũng là một nền tảng trong thuyết tương đối của ông.

Hãy tưởng tượng người anh em sinh đôi của bạn đang trên tên lửa

Thí nghiệm tưởng tượng sau đây là một biến thể nổi tiếng của thí nghiệm đồng hồ ánh sáng của Einstein, cho thấy thời gian trôi qua như thế nào.

Hãy tưởng tượng rằng bạn có người anh em sinh đôi. Nhưng vào thời khắc cả hai được sinh ra, thì người anh em của bạn bị đặt vào phi thuyền và phóng vào không gian để đi trong vũ trụ với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Theo thuyết tương đối của Einstein, bạn và người anh em đó sẽ có tuổi khác nhau. Vì khi bạn càng đi nhanh gần bằng tốc độ ánh sáng, thì thời gian quanh bạn sẽ di chuyển chậm hơn, do đó bạn sẽ lâu già hơn. Khi còn tàu vũ trụ trở về Trái Đất, bạn là một người trung niên vừa bước vào tuổi hưu trí, đến trạm không gian đón người em trai vừa dậy thì của mình.

Hãy tưởng tượng bạn đang đứng trong thang máy

Bạn đang đứng trong một buồng thang máy nằm lơ lửng, không biết được chuyện gì xảy ra ở bên ngoài. Đột nhiên, bạn bị rơi. Chuyện gì đã xảy ra? Buồng thang máy bị kéo xuống bởi trọng lực, hay nó được gia tốc bởi sợi dây kéo lên trên?

Thực tế rằng hai việc này sẽ tạo ra kết quả tương tự. Từ đó, Einstein dẫn đến kết luận rằng không có sự khác biệt giữa trọng lực và gia tốc – chúng là những thứ tương tự nhau.

Bây giờ hãy xét đến khẳng định trước đó của Einstein rằng thời gian và không gian không phải là tuyệt đối. Nếu chuyển động có thể ảnh hưởng đến thời gian và không gian, và trọng lực hay gia tốc là những thứ tương tự, có nghĩa là lực hấp dẫn thực sự có thể ảnh hưởng đến thời gian và không gian.

Và thật vậy, khả năng bẻ cong không-thời gian của trọng lực là một phần rất lớn trong thuyết tương đối tổng quát của ông.

Hãy tưởng tượng bạn có đồng xu hai mặt

Einstein không phải là một người ủng hộ hoàn toàn với lý thuyết lượng tử. Trong thực tế, ông đã luôn phải làm các thí nghiệm để bác bỏ nó. Nhưng đó là các thí nghiệm trong tưởng tượng và khiến những người tiên phong của lý thuyết lượng tử phải hoàn thiện nó đến những chi tiết nhỏ nhất.

Một trong những thí nghiệm tưởng tượng của Einstein khiến lượng tử phải rối loạn, mà ông gọi đó là “tác động ma quái từ xa”.

Bạn đang có trong tay đồng xu hai mặt và có thể dễ dàng chia làm hai nửa. Bạn tung đồng xu lên, không cần nhìn vài nó. Đưa một nửa cho bạn của bạn và một nửa giữ lại cho mình. Sau đó người bạn đó sẽ lên phi thuyền và du hành khắp vũ trụ.

Giờ đây, hãy nhìn vào đồng xu, bạn sẽ biết ngay lập tức mặt đồng xu của người kia, bất kể họ có thể đang ở cách bạn hàng tỷ cây số và không hề có một kết nối vật lý nào với nhau.

Nếu coi các mặt của đồng xu là vô định, có thể thay đổi trạng thái mặt số hay mặt hình cho tới thời điểm được nhìn thấy, nghĩa là sự thay đổi các mặt đồng xu có thể nhanh hơn tốc độ ánh sáng rất nhiều, ngay lập tức ảnh hưởng đến nhau (bên này số thì bên kia phải là hình và ngược lại), bất kể cách nhau bao xa.

Đây là điều trái ngược với thuyết tương đối của Einstein, coi tốc độ ánh sáng là lớn nhất. Tuy nhiên ngày nay, nghịch lý về vướng víu lượng tử này đã được chứng minh là đúng và ứng dụng trong các công nghệ hiện đại như tính toán lượng tử, mật mã lượng tử, viễn tải lượng tử.

Theo Quang Niên