Thuyết tương đối rộng kéo theo lực hấp dẫn.
Một biểu hiện của thuyết tương đối rộng là sóng hấp dẫn, được mô tả ở đây như được tạo ra bởi hai lỗ đen va chạm. kết cấu của không-thời gian. (Tín dụng hình ảnh: R. Hurt / Caltech-JPL)
Thuyết tương đối rộng là sự hiểu biết của nhà vật lý Albert Einstein về cách mà lực hấp dẫn ảnh hưởng đến cấu tạo của không-thời gian.
Lý thuyết mà Einstein công bố năm 1915, mở rộng thuyết tương đối hẹp mà ông đã xuất bản 10 năm trước đó. Thuyết tương đối hẹp cho rằng không gian và thời gian có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, nhưng lý thuyết đó không thừa nhận sự tồn tại của lực hấp dẫn.
Einstein đã dành cả thập kỷ giữa hai lần xuất bản để xác định rằng các vật thể đặc biệt lớn làm cong cấu trúc của không-thời gian, một biến dạng biểu hiện như lực hấp dẫn, theo NASA.
Thuyết tương đối rộng hoạt động thế nào?
Để hiểu thuyết tương đối rộng, trước tiên, hãy bắt đầu với lực hấp dẫn, lực hút mà hai vật tác dụng lên nhau. Sir Isaac Newton lượng trọng lực trong cùng một văn bản, trong đó ông đã xây dựng ba định luật về chuyển động, các ” Principia .”
Lực hấp dẫn kéo giữa hai vật phụ thuộc vào khối lượng của mỗi vật và cách hai vật nằm cách xa nhau. Ngay cả khi tâm Trái đất đang kéo bạn về phía nó (giữ cho bạn vững vàng trên mặt đất), thì khối tâm của bạn đang kéo ngược lại Trái đất. Nhưng cơ thể to lớn hơn hầu như không cảm nhận được sức kéo từ bạn, trong khi với khối lượng nhỏ hơn nhiều, bạn thấy mình bám chắc vào cơ thể nhờ lực tương tự. Tuy nhiên, các định luật của Newton cho rằng lực hấp dẫn là một lực bẩm sinh của một vật thể có thể tác động trên một khoảng cách.
Albert Einstein, trong thuyết tương đối hẹp của mình, đã xác định rằng các định luật vật lý là giống nhau đối với tất cả các quan sát viên không gia tốc và ông đã chỉ ra rằng tốc độ ánh sáng trong chân không là như nhau bất kể tốc độ mà một quan sát viên di chuyển.
Kết quả là, ông nhận thấy rằng không gian và thời gian được đan xen vào một liên tục duy nhất được gọi là không-thời gian. Và những sự kiện xảy ra cùng lúc đối với một người quan sát có thể xảy ra vào những thời điểm khác nhau đối với người khác.
Khi tìm ra các phương trình cho thuyết tương đối rộng của mình, Einstein nhận ra rằng các vật thể khối lượng lớn gây ra sự biến dạng trong không-thời gian. Hãy tưởng tượng đặt một vật thể lớn vào giữa tấm bạt lò xo. Vật thể sẽ đè xuống vải, làm cho nó bị lõm xuống. Sau đó, nếu bạn cố lăn một viên bi quanh mép tấm bạt lò xo, viên bi sẽ xoắn vào trong về phía cơ thể, giống như cách mà lực hấp dẫn của một hành tinh kéo vào đá trong không gian.
Bằng chứng thực nghiệm cho thuyết tương đối rộng
Trong nhiều thập kỷ kể từ khi Einstein công bố lý thuyết của mình, các nhà khoa học đã quan sát thấy vô số hiện tượng phù hợp với các dự đoán của thuyết tương đối.
Thấu kính hấp dẫn
Ánh sáng uốn cong xung quanh một vật thể có khối lượng lớn, chẳng hạn như lỗ đen, khiến nó hoạt động như một thấu kính đối với những thứ nằm phía sau nó. Các nhà thiên văn học thường xuyên sử dụng phương pháp này để nghiên cứu các ngôi sao và thiên hà đằng sau các vật thể có khối lượng lớn.
Einstein Cross, một chuẩn tinh trong chòm sao Pegasus , theo Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), và là một ví dụ tuyệt vời về thấu kính hấp dẫn. Chuẩn tinh được nhìn thấy như cách đây khoảng 11 tỷ năm; thiên hà mà nó nằm phía sau gần Trái đất hơn khoảng 10 lần. Bởi vì hai vật thể sắp xếp quá chính xác, bốn hình ảnh của chuẩn tinh xuất hiện xung quanh thiên hà bởi vì lực hấp dẫn mạnh mẽ của thiên hà đã bẻ cong ánh sáng đến từ chuẩn tinh.
Chữ thập Einstein là một ví dụ về thấu kính hấp dẫn.
Những thay đổi trong quỹ đạo sao Thủy
Theo NASA, quỹ đạo của Sao Thủy đang dịch chuyển rất nhanh theo thời gian do độ cong của không-thời gian xung quanh mặt trời khổng lồ. Trong vài tỷ năm nữa, sự dao động này thậm chí có thể khiến hành tinh trong cùng va chạm với mặt trời hoặc một hành tinh.
Dịch chuyển đỏ hấp dẫn
Bức xạ điện từ của một vật thể bị giãn ra bên trong một trường hấp dẫn. Hãy nghĩ đến sóng âm thanh phát ra từ còi báo động trên xe cấp cứu; khi phương tiện di chuyển về phía một người quan sát, sóng âm thanh bị nén lại, nhưng khi nó di chuyển ra xa, chúng bị giãn ra hoặc bị dịch chuyển đỏ . Được gọi là Hiệu ứng Doppler, hiện tượng tương tự xảy ra với các sóng ánh sáng ở mọi tần số.
Vào những năm 1960, theo Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ, các nhà vật lý Robert Pound và Glen Rebka đã bắn tia gamma xuống đầu tiên, sau đó lên mặt bên của một tòa tháp tại Đại học Harvard. Pound và Rebka nhận thấy rằng các tia gamma thay đổi một chút tần số do sự biến dạng gây ra bởi lực hấp dẫn.
Sóng hấp dẫn
Einstein dự đoán rằng các sự kiện bạo lực, chẳng hạn như vụ va chạm của hai lỗ đen, tạo ra những gợn sóng trong không-thời gian được gọi là sóng hấp dẫn.
Nguồn tham khảo:
