pjhuyenhanh
25-08-2012, 10:29 AM
Hiệu ứng chuyển động bề mặt
- Hiệu ứng chuyển động bề mặt
- Áp dụng ý tưởng về hiệu ứng chuyển động bề mặt giải thích thí nghiệm Michalson-Morley
- Giải thích thí nghiệm Sitter về quan sát hệ sao đôi
- Công thức biến đổi Lorentz có hai điểm chưa chặt chẽ
- Công thức E=mc2 và công thức biến đổi Lorenzt không thể đúng đồng thời
- Sự ngộ nhận trong cách giải thích thí nghiệm fizeau bằng biến đối lorenzt
Hiệu ứng chuyển động bề mặt. Giải thích tại sao không quan sát được vận tốc tuyệt đối của trái đất
Một vật chuyển động sẽ có xu hướng kéo các vật ở bề mặt chuyển động theo dưới tác dụng của lực(lực ma sát, lực hấp dẫn, lực điện từ…)
Áp dụng ý tưởng về hiệu ứng chuyển động bề mặt giải thích thí nghiệm Michalson-Morley
Thí nghiệm Michalson-Morley quan sát thấy vận tốc tương đối của ánh sáng là hằng số dù ánh sáng chuyển động cùng chiều hay ngược chiều quay của trái đất.
- Phô tôn được coi là có khối lượng => nó phải chịu tác động bởi trường hấp dẫn.
- Hình ảnh ánh sáng bẻ cong quan sát được khi nhật thực toàn phần là một minh chứng cho việc phô tôn bị trường hấp dẫn tác động.
- Hạt phô tô chuyển động theo một xu hướng chuyển động ban đầu và có vận tốc là c=300000(km/s), khi đi qua bề mặt trái đất(hay những nơi có trường hấp dẫn đủ lớn) chịu sự hấp dẫn của bề mặt trái đất. Chuyển động của phô tôn sẽ chịu tác động bởi sự chuyển động của bề mặt trái đất thông qua trường hấp dẫn điều đó khiến cho khi quan sát từ trái đất vận tốc của phô tôn là như nhau. Trái đất quay theo chiều từ A đến B với vận tốc là V (km/s).
1- Khi tia sáng chuyển động cùng chiều với chiều quay của trái đất, chuyển động của bề mặt trái đất thông qua trường hấp dẫn tác động nên các hạt phô tôn làm cho các hạt phô tôn cũng chuyển động nhanh hơn với vận tốc là V (km/s) vận tốc ánh sáng lúc này là c+V (km/s) nên trong trường hợp này vận tốc ánh sáng quan sát được vẫn là c (vì người quan sát chuyển động cùng chiều với chiều truyền ánh sáng)
2- Ngược lại tia sáng chuyển động với chiều ngược lại với chiều quay của trái đất, chuyển động của bề mặt trái đất thông qua trường hấp dẫn tác động nên các hạt phô tôn làm cho các hạt phô tôn cũng chuyển động chập hơn với vận tốc là V, vận tốc tuyệt đối của ánh sáng lúc này là c-V nên khi quan sát trong trường hợp này vận tốc ánh sáng vẫn là c (vì người quan sát chuyển động ngược chiều với chiều truyền ánh sáng). Cách giải thích trên hoàn toàn phù hợp với kết quả thí nghiệm Michalson-Morley.
Việc không quan sát được vận tốc tuyệt đối của ánh sáng giống việc từ mặt đất không quan sát được vận tốc tuyệt đối của viên đạn khi viên đạn bắn ra từ một khẩu súng trên mặt đất đi theo chiều quay hay đi ngược chiều quay trái đất. Hay việc một máy bay, nếu để cùng một công suất đẩy thì dù bay ngược chiều hay cùng chiều với chiều quay của trái đất nếu quan sát từ mặt đất thì vận tốc là như nhau. Nhưng nếu quan sát từ một vị trí bên ngoài trái đất không phụ thuộc vào trái đất sẽ cho kết quả là viên đạn hay máy bay chuyển động cùng chiều sẽ có vận tốc nhanh hơn so với viên đạn, và ngược lại máy bay chuyển động ngược chiều.
Giải thích thí nghiệm Sitter về quan sát hệ sao đôi
Năm 1913 de Sitter đã bác bỏ phép cộng vận tốc Galileo đối với ánh sáng trên cơ sở quan sát chuyển động của các ngôi sao đôi. Tức là Sitter quan sát và thấy được vận tốc ánh sáng không phụ thuộc vào sự chuyển động của nguồn phát sáng.
Giải thích thí nghiệm Sitter về quan sát hệ sao đôi
Tiên đề - Vận tốc ánh sáng không được gia tốc bởi sự chuyển động của nguồn phát sáng
Căn cứ đưa ra tiên đề:
- Khi vừa được sinh ra phô tôn đã chuyển động rất nhanh nên không có nguồn phát sáng nào nhanh bằng để đuổi kịp và tương tác lực(do ảnh hưởng của chuyển động) làm gia thêm tốc độ chuyển động cho nó, hoặc hạn chế tốc độ của nó. Sự chuyển động rất nhanh của phô tôn đó tạo ra một lớp đệm khiến cho sự chuyển động của nguồn không thể gia tốc hay hãm tốc các hạt phô tôn.
- Lý do thứ hai là giả sử nếu như vì sự chuyển động của nguồn phát dẫn đến sự va chạm của nguồn phát vào các hạt phô tôn vừa được sinh ra. Như vậy hạt phô tôn này lập tức biến đổi năng lượng của nó thành nhiệt năng, chỉ có hạt phô tôn không bị sự va chạm do chuyển động của nguồn mới bay đi tạo thành tia sáng.
Áp dụng trực tiếp tiên đề: Vận tốc ánh sáng không được gia tốc bởi sự chuyển động của nguồn phát sáng. Vì không tác dụng được lực do chuyển động tác động lên phô tôn (do phô tôn rất nhỏ và có vận tốc rất nhanh) nên việc ông sao có chuyển động lại gần hay ra xa cũng không hưởng gì đến vận tốc ánh sáng. Vận tốc ánh sáng vẫn là c=3.10^8 m/s.
Giải thích thêm
Hầu hết mọi người vận ngộ nhận rằng vật chủ chuyển động thì các vật trên nó phải chuyển động theo với vận tốc tương ứng. Nhưng trường hợp sau chỉ ra không phải như vậy.
- ông sao chuyển động không làm cho vận tốc của ánh sáng tăng nên không có nghĩa là vận tốc của ánh sáng với vì sao đó là hằng số!
1- Ví dụ người đứng trên đoàn tàu, giữa người và đoàn tàu không có ma sát, người được gia tốc với vận tốc ban đầu là V. Anh hưởng lôi kéo chuyển động dưới tác dụng hấp dẫn của người và đoàn tàu là gần như bằng không(để không gây ra hiệu ứng chuyển động).
2- Rõ ràng là khi tàu chuyển động nhanh hay chậm thì cũng không gia tốc cho người đó.
3- Nhưng vận tốc của người đó và tàu rõ ràng là không phải bằng hằng số. vẫn tuân theo công thức cộng vận tốc Galile. Vận tốc của người so với điểm mốc đứng yên bên ngoài là V; vận tốc đoàn tàu so với điểm mốc đó là U. Thì vận tốc người đó so với tàu vẫn là V+U
Ví dụ trên không vi phạm công thức Galile, không vi phạm kết quả thí nghiệm của Sitter, tiên đề 2 của einstein hoàn toàn sai.
Tiên đề 2 có hai ý:
- ý thứ nhất là vận tốc ánh sáng là vận tốc giới hạn(nếu so với một mốc đứng yên tuyệt đối thì mình không có ý kiến gì).
- ý thứ hai là vận tốc này không phụ thuộc vào hệ quy chiếu điều này mình bác bỏ thông qua hai cách giải thích về thì nghiệm của Michalson-Morley và sitter ở trên
Công thức biến đổi Lorentz có hai điểm chưa chặt chẽ
1. Trình bày nội dung cách xây dựng công thức biến đổi lorentz theo sách giáo khoa vật lý đại cương
Lorentz tìm ra phép biến đổi các tọa độ không gian và thời gian khi chuyển từ hệ xu hướng chuyển động này sang hệ xu hướng chuyển động khác, thỏa mãn các yêu cầu của thuyết tương đối Einstein. Phép biến đổi này được gọi là phép biến đổi Lorentz. Phép biến đổi Lorentz dựa trên hai tiên đề của Einstein.
Xét hai hệ qui chiếu xu hướng chuyển động K và K’. Tại t = 0, hai gốc O, O’ trùng nhau, K’ chuyển động thẳng đều so với K với vận tốc V theo phương x. Theo thuyết tương đối thời gian không có tính chất tuyệt đối mà phụ thuộc vào hệ qui chiếu, nghĩa là t ≠ t’.
Giả sử tọa độ x’ là hàm của x và t theo phương trình:
x’ = f(x,t) (1)
Để tìm dạng của phương trình trên ta hãy viết phương trình chuyển động của hai gốc tọa độ O và O’. Đối với hệ K, gốc O’ chuyển động với vận tốc V. Ta có:
x = Vt hay x – Vt = 0 (2)
x là tọa độ của gốc O’ trong hệ K. Đối với hệ K’, gốc O’ đứng yên, do đó tọa độ x’ của nó sẽ là:
x’ = 0
Phương trình (1) cũng phải đúng đối với điểm O’, điều đó có nghĩa là khi ta thay x’ = 0 vào phương trình (1) thì phải thu được phương trình (2), muốn vậy thì:
x’= α (x-Vt) (4)
trong đó α là hằng số. Đối với hệ K’, gốc O chuyển động với vận tốc –V. Nhưng đối với hệ K, gốc O là đứng yên. Lập luận tương tự như trên ta có
x = β (x’+vt’) (5)
trong đó β là hằng số.
Theo tiên đề thứ nhất của Einstein thì mọi hệ qui chiếu xu hướng chuyển động đều tương đương nhau, nghĩa là từ (4) có thể suy ra (5) và ngược lại bằng cách thay V→-V, x ↔x’, t ↔ t’. Suy ra: . β = α
Theo tiên đề hai: x = ct → t = x/c
x’ = ct’ → t’ = x’/c
Thay t và t’ vào (4) và (5) ta có: x’=α(x-xV/c); x=α(x’+x’V/c)
Nhân vế với vế của hai hệ thức trên, sau đó rút gọn ta nhận được:
α= 1/sqrt(1-V2/c2)
Thay α vào các công thức trên ta nhận được các công thức của phép biến đổi Lorentz.
Phép biến đổi Lorentz:
x’=(x-Vt)/ sqrt(1-V2/c2); x= (x’+Vt’)/sqrt(1-V2/c2) (6)
t’=(t-Vx/c2)/ sqrt(1-V2/c2); t= (t’+Vx’)/ sqrt(1-V2/c2) (7)
Vì hệ K’ chuyển động dọc theo trục x nên y = y’ và z = z’.
Từ kết quả trên ta nhận thấy nếu c → ∞ (tương tác tức thời) hay khi V ⁄c → 0 (sự gần đúng cổ điển khi V << c) thì:
x’ = x –Vt, y’ = y, z’ = z, t’ = t
x = x’ +Vt, y = y’, z = z’, t = t’
nghĩa là chuyển về phép biến đổi Galileo.
Khi V > c, tọa độ x, t trở nên ảo, do đó không thể có các chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng.
Giả sử v là vận tốc của chất điểm đối với hệ xu hướng chuyển động K, v' là vận tốc của cũng chất điểm đó đối với hệ xu hướng chuyển động K'. Hệ K' chuyển động thẳng đều với vận tốc V đối với hệ K dọc theo phương x. Ta hãy tìm định luật tổng hợp vận tốc liên hệ giữa v và v'.
Theo phép biến đổi Lorentz:
dx’= (dx-Vdt)/ sqrt(1-V2/c2); dt’=(dt-V/c2dx)/ sqrt(1-V2/c2)
suy ra:
v’x= dx’/dt’=(dx-Vdt)/ (dt-V/c2dx)= (vx-V)/(1-Vvx/c2)
Nếu V/c <<1 khi đó v’x= vx-V; v’z= vz; v’z= vz như cơ học cổ điển. Nếu vx= c sẽ suy ra:
v’x= (c-V)/(1-Vc/c2)=c
2. Biến đổi lorentz có hai chỗ không chặt chẽ
- Điểm không chặt chẽ thứ nhất là quá trình xây dựng công thức lorentz đã thừa nhận là x = ct và x'=ct' nghĩa là đạo hàm dx/dt=c và đạo hàm dx'/dt'=c sau khi chứng minh được các công thức chuyển đổi giữa x, x’, t, t’ sau đó dẫn ra v và v' lại lấy v=dx/dt và v'=dx'/dt' rõ ràng là với v và v' khác c. Nói cách khác dù gì đi chăng nữa v và v’ không luôn luôn bằng c.
- Điểm không chặt chẽ thứ hai là trong quá trình xây dựng công thức lorentz đã quy ước x là tọa độ của điểm O’ trong hệ K; trong khi dẫn xuất thì công thức v=dx/dt cũng phải là vận tốc của O’ trong hệ K; Mặt khác vận tốc của O’ trong hệ K theo quy ước ban đầu rõ ràng là V; dù gì đi nữa thì V khác v.
Vậy phép biến đổi lorentz về mặt toán học là không chặt chẽ về mặt toán học
Công thức E=mc2 công thức biến đổi Lorenzt không thể cùng đúng
Trước tiên ta thừa nhận một nguyên lý sau:
Trạng thái năng lượng toàn phần của hệ sự vật hiện tượng không phụ thuộc vào việc chúng ta quan sát nó như thế nào, nếu sự quan sát đó không gây ảnh hưởng gì đến hệ.
Theo thuyết tương đối hẹp, khi một vật chuyển động với vận tốc lớn gần bằng vận tốc ánh sáng thì khối lượng của vật không phải là hằng số mà được tính theo công thức:
m(v)= m0γ(v)
Trong đó:
- γ(v)=1/sqrt(1-v2/c2)
- m0 là khối lượng trong hệ quy chiếu mà nó đứng im.
- v là vận tốc của vật
Áp dụng công thức trên trong hai trường hợp là khi vật chuyển động với vận tốc v1 và v2 ta có
m(v1)= m0γ(v1) và m(v2)= m0γ(v2)
Năng lượng toàn phần trong hệ ban đầu là
E=m(v2)c2= m0γ(v2) c2
Mặt khác nếu có một hệ quy chiếu chuyển động với vận tóc v1, lúc đó vật chuyển động với vật tốc v1 được coi là đứng yên vật chuyển động với vận tốc v2 sẽ có vận tốc tính theo công thức biến đổi Lorenzt là:
v’2=(v2-v1)/(1-v2v1/c2)
Lúc đó khối lượng của vật được tính theo công thức
m(v’2) = m(v1) γ(v2’)= m0γ(v1) γ(v2’)
và năng lượng của vật tính theo công thức
E= m(v’2)c2= m0γ(v1) γ(v2’) c2
Theo định luật bảo toàn năng lượng thì năng lượng toàn phần được bảo toàn, Và nguyên lý cơ bản ở trên trạng thái năng lượng của hệ sự vật hiện tượng không phụ thuộc vào việc chúng ta quan sát nó như thế nào, nếu sự quan sát đó không gây ảnh hưởng gì đến hệ. Nên
m0γ(v2) c2= m0γ(v1) γ(v2’) c2
Tương đương với:
γ(v2)= γ(v1) γ(v2’) điều này là vô lý
Do đó công thức biến đổi lorenzt và công thức E=mc2 không thể đồng thời đúng. Nhưng vì chúng là một nên cả hai phải sai.
Sự ngộ nhận trong cách giải thích thí nghiệm fizeau bằng biến đối lorenzt
Vì tôi không thể coppy được những công thức dưới dạng file ảnh mời các bạn vào đọc trang web
http://vietsciences.free.fr/giaokhoa/vatly/vatlyluongtu/chuong1thuyettuongdoi.htm#V-3
Mục 3.
"Giải thích thí nghiệm Fizeau bằng công thức biến đổi Lorentz
Fizeau thực hiện thí nghiệm vào năm 1951 với mục đích là đo vận tốc ánh sáng trong môi trường chuyển động. Ta biết vận tốc của ánh sáng trong một môi trường có chiết suất n bằng v=c/n. Nếu ánh sáng truyền trong môi trường mà bản thân môi trường lại chuyển động với vận tốc u khá lớn gần với vận tốc ánh sáng thì tốc độ truyền của ánh sáng trong môi trường đó so với hệ qui chiếu đứng yên sẽ thay đổi.
Mô tả: Một tia sáng đơn sắc đi từ nguồn sáng laser A đến bản nửa phản xạ và nửa truyền qua B chia làm hai tia. Hệ tia phản xạ BKDEB sau khi phản xạ trên gương B một lần nữa đi vào máy giao thoa F. Hệ tia truyền qua và phản xạ BEDKB sau khi truyền qua gương B một lần nữa đi vào cùng đi vào máy giao thoa F. Hai tia sáng kể trên đi qua một quãng đường như nhau nhưng các tia sáng khi đi qua quãng đường KD và BE thì truyền qua chất lỏng. Nếu môi trường chất lỏng đứng yên thì hiệu quang trình của hai tia sáng vào F là như nhau. Tuy nhiên trong thí nghiệm thì môi trường là đang chuyển động với vận tốc u (hình 1.7) Ðiều nầy làm cho hiệu quang trình của hai tia sáng vào F là thay đổi , dẫn đến sự lệch của vân sáng trung tâm. Ðo độ lệch của vân sáng trung tâm, ta có thể tính lại hiệu quang trình của hai tia. Nếu đo chính xác các khỏang cách KD và BF ta sẽ xác định vận tốc truyền ánh sáng trong chất lỏng đối với hệ qui chiếu đứng yên....(phần.....tôi không insert vào được vì nó là công thức dưới dạng ảnh)
Vậy ta kết luận vận tốc ánh sáng trong các môi trường luôn tuân theo công thức cộng vận tốc Lorentz.”
Sự ngộ nhận trong cách giải thích trên
Ý định muốn chứng minh rằng biến đổi Lorenzt phù hợp với kết quả thí nghiệm này.
Kết quả thí nghiệm được minh họa bằng công thức: 1.38
Biến đổi Lorenzt đi đến công thức 1.40
Vì công thức 1.38 và 1.40 là giống nhau cho nên đạt được thành công trong cách giải thích. Nhưng thực ra công thức 1.40 đã giống một công thức sai 1.38 vì để đi đến công thức 1.38 đã có một chỗ ngộ nhận.
Là ngộ nhận nhận vận tốc ánh sáng trong cả hai trường hợp trong toàn bộ hành trình là c, chỉ khác nhau về thời gian. Do đó kéo theo S1=ct1; S2=ct2 và suy ra ΔS=S2-S1 = cΔt. Điều này rõ ràng là không đúng vì vận tốc ánh sáng khi đi trong chất lỏng, chất lỏng chuyển động là khác c.
Tức là công thức 1.38 sai
Tại sao công thức biến đổi Lorenzt khớp với một công thức 1.38????????????? Vì cả hai đều xuất phát từ s=ct(hay x=ct)
Hướng giải mới
Trong khoảng thời gian 0 đến t1 ánh sáng đi theo chiều BKDEBF sẽ đi được một quãng đường là:
S1=∫_0^t1▒v1dt =∫_0^t0▒v1dt+∫_t0^(t0+(L/(v+ku))▒v1dt=ct0+(v+ku)(t0+L/(v+ku)-t0)=ct0+L
Nếu theo chiều thứ BEDKBF trong khoảng thời gian từ 0 đến t1 ánh sáng mới đi được một quãng đường là:
S2= ∫_0^t1▒v2dt=∫_0^t0▒v2dt+∫_t0^(t0+(L/(v+ku))▒v2dt=ct0+L(v-ku)/(v+ku)
Hiệu quang trình là:
S1-S2=2Lku/(v+ku)
Kết quả thí nghiệm cho thấy
k=Av/(1-Au) (1)
Trong đó:
A=(n^2 (n^2-1)c)/(n^4 v^2-(n^2-1)^2 u^2 )
Lúc này vận tốc ánh sáng là
v±=v±ku
Với k được tính theo công thức (1)
Bây giờ công thức biến đổi Lorenzt liệu có còn giải thích được kết quả thí nghiệm fizeau không?
Kết luận:
- Tại những nơi có trường hấp dẫn lớn như trái đất, mặt trời, các hành tinh lớn… sẽ không quan sát được vận tốc tuyệt đối của ánh sáng, do hiệu ứng chuyển động bề mặt trái đất dưới tác dụng của lực hấp dẫn. Môi trường chất lỏng chuyển động đã góp phần làm thay đổi tốc độ ánh sáng như kết quả thí nghiệm Fizeau. Cũng giống như khi bề mặt trái đất chuyển động đã góp phần làm thay đổi ánh sáng trong thí nghiệm Michalson-Morley. Trường hợp thí nghiệm Fizeau thì quan sát được sự thay đổi đó, trường hợp thí nghiệm Michalson-Morley không quan sát được. Tuy nhiên vận tốc ánh sáng phụ thuộc vào hệ quy chiếu.
- Vận tốc ánh sáng không được gia tốc bởi sự chuyển động của nguồn phát.
- Công thức biến đổi Lorenzt và thuyết tương đối không thể đúng đồng thời
- Nếu có một tàu vũ trụ chuyển động với vận tốc là 10000km/s ngược chiều với tia sáng thì vận tốc của tia sáng so với tàu là 310000km/s
- Hiệu ứng chuyển động bề mặt
- Áp dụng ý tưởng về hiệu ứng chuyển động bề mặt giải thích thí nghiệm Michalson-Morley
- Giải thích thí nghiệm Sitter về quan sát hệ sao đôi
- Công thức biến đổi Lorentz có hai điểm chưa chặt chẽ
- Công thức E=mc2 và công thức biến đổi Lorenzt không thể đúng đồng thời
- Sự ngộ nhận trong cách giải thích thí nghiệm fizeau bằng biến đối lorenzt
Hiệu ứng chuyển động bề mặt. Giải thích tại sao không quan sát được vận tốc tuyệt đối của trái đất
Một vật chuyển động sẽ có xu hướng kéo các vật ở bề mặt chuyển động theo dưới tác dụng của lực(lực ma sát, lực hấp dẫn, lực điện từ…)
Áp dụng ý tưởng về hiệu ứng chuyển động bề mặt giải thích thí nghiệm Michalson-Morley
Thí nghiệm Michalson-Morley quan sát thấy vận tốc tương đối của ánh sáng là hằng số dù ánh sáng chuyển động cùng chiều hay ngược chiều quay của trái đất.
- Phô tôn được coi là có khối lượng => nó phải chịu tác động bởi trường hấp dẫn.
- Hình ảnh ánh sáng bẻ cong quan sát được khi nhật thực toàn phần là một minh chứng cho việc phô tôn bị trường hấp dẫn tác động.
- Hạt phô tô chuyển động theo một xu hướng chuyển động ban đầu và có vận tốc là c=300000(km/s), khi đi qua bề mặt trái đất(hay những nơi có trường hấp dẫn đủ lớn) chịu sự hấp dẫn của bề mặt trái đất. Chuyển động của phô tôn sẽ chịu tác động bởi sự chuyển động của bề mặt trái đất thông qua trường hấp dẫn điều đó khiến cho khi quan sát từ trái đất vận tốc của phô tôn là như nhau. Trái đất quay theo chiều từ A đến B với vận tốc là V (km/s).
1- Khi tia sáng chuyển động cùng chiều với chiều quay của trái đất, chuyển động của bề mặt trái đất thông qua trường hấp dẫn tác động nên các hạt phô tôn làm cho các hạt phô tôn cũng chuyển động nhanh hơn với vận tốc là V (km/s) vận tốc ánh sáng lúc này là c+V (km/s) nên trong trường hợp này vận tốc ánh sáng quan sát được vẫn là c (vì người quan sát chuyển động cùng chiều với chiều truyền ánh sáng)
2- Ngược lại tia sáng chuyển động với chiều ngược lại với chiều quay của trái đất, chuyển động của bề mặt trái đất thông qua trường hấp dẫn tác động nên các hạt phô tôn làm cho các hạt phô tôn cũng chuyển động chập hơn với vận tốc là V, vận tốc tuyệt đối của ánh sáng lúc này là c-V nên khi quan sát trong trường hợp này vận tốc ánh sáng vẫn là c (vì người quan sát chuyển động ngược chiều với chiều truyền ánh sáng). Cách giải thích trên hoàn toàn phù hợp với kết quả thí nghiệm Michalson-Morley.
Việc không quan sát được vận tốc tuyệt đối của ánh sáng giống việc từ mặt đất không quan sát được vận tốc tuyệt đối của viên đạn khi viên đạn bắn ra từ một khẩu súng trên mặt đất đi theo chiều quay hay đi ngược chiều quay trái đất. Hay việc một máy bay, nếu để cùng một công suất đẩy thì dù bay ngược chiều hay cùng chiều với chiều quay của trái đất nếu quan sát từ mặt đất thì vận tốc là như nhau. Nhưng nếu quan sát từ một vị trí bên ngoài trái đất không phụ thuộc vào trái đất sẽ cho kết quả là viên đạn hay máy bay chuyển động cùng chiều sẽ có vận tốc nhanh hơn so với viên đạn, và ngược lại máy bay chuyển động ngược chiều.
Giải thích thí nghiệm Sitter về quan sát hệ sao đôi
Năm 1913 de Sitter đã bác bỏ phép cộng vận tốc Galileo đối với ánh sáng trên cơ sở quan sát chuyển động của các ngôi sao đôi. Tức là Sitter quan sát và thấy được vận tốc ánh sáng không phụ thuộc vào sự chuyển động của nguồn phát sáng.
Giải thích thí nghiệm Sitter về quan sát hệ sao đôi
Tiên đề - Vận tốc ánh sáng không được gia tốc bởi sự chuyển động của nguồn phát sáng
Căn cứ đưa ra tiên đề:
- Khi vừa được sinh ra phô tôn đã chuyển động rất nhanh nên không có nguồn phát sáng nào nhanh bằng để đuổi kịp và tương tác lực(do ảnh hưởng của chuyển động) làm gia thêm tốc độ chuyển động cho nó, hoặc hạn chế tốc độ của nó. Sự chuyển động rất nhanh của phô tôn đó tạo ra một lớp đệm khiến cho sự chuyển động của nguồn không thể gia tốc hay hãm tốc các hạt phô tôn.
- Lý do thứ hai là giả sử nếu như vì sự chuyển động của nguồn phát dẫn đến sự va chạm của nguồn phát vào các hạt phô tôn vừa được sinh ra. Như vậy hạt phô tôn này lập tức biến đổi năng lượng của nó thành nhiệt năng, chỉ có hạt phô tôn không bị sự va chạm do chuyển động của nguồn mới bay đi tạo thành tia sáng.
Áp dụng trực tiếp tiên đề: Vận tốc ánh sáng không được gia tốc bởi sự chuyển động của nguồn phát sáng. Vì không tác dụng được lực do chuyển động tác động lên phô tôn (do phô tôn rất nhỏ và có vận tốc rất nhanh) nên việc ông sao có chuyển động lại gần hay ra xa cũng không hưởng gì đến vận tốc ánh sáng. Vận tốc ánh sáng vẫn là c=3.10^8 m/s.
Giải thích thêm
Hầu hết mọi người vận ngộ nhận rằng vật chủ chuyển động thì các vật trên nó phải chuyển động theo với vận tốc tương ứng. Nhưng trường hợp sau chỉ ra không phải như vậy.
- ông sao chuyển động không làm cho vận tốc của ánh sáng tăng nên không có nghĩa là vận tốc của ánh sáng với vì sao đó là hằng số!
1- Ví dụ người đứng trên đoàn tàu, giữa người và đoàn tàu không có ma sát, người được gia tốc với vận tốc ban đầu là V. Anh hưởng lôi kéo chuyển động dưới tác dụng hấp dẫn của người và đoàn tàu là gần như bằng không(để không gây ra hiệu ứng chuyển động).
2- Rõ ràng là khi tàu chuyển động nhanh hay chậm thì cũng không gia tốc cho người đó.
3- Nhưng vận tốc của người đó và tàu rõ ràng là không phải bằng hằng số. vẫn tuân theo công thức cộng vận tốc Galile. Vận tốc của người so với điểm mốc đứng yên bên ngoài là V; vận tốc đoàn tàu so với điểm mốc đó là U. Thì vận tốc người đó so với tàu vẫn là V+U
Ví dụ trên không vi phạm công thức Galile, không vi phạm kết quả thí nghiệm của Sitter, tiên đề 2 của einstein hoàn toàn sai.
Tiên đề 2 có hai ý:
- ý thứ nhất là vận tốc ánh sáng là vận tốc giới hạn(nếu so với một mốc đứng yên tuyệt đối thì mình không có ý kiến gì).
- ý thứ hai là vận tốc này không phụ thuộc vào hệ quy chiếu điều này mình bác bỏ thông qua hai cách giải thích về thì nghiệm của Michalson-Morley và sitter ở trên
Công thức biến đổi Lorentz có hai điểm chưa chặt chẽ
1. Trình bày nội dung cách xây dựng công thức biến đổi lorentz theo sách giáo khoa vật lý đại cương
Lorentz tìm ra phép biến đổi các tọa độ không gian và thời gian khi chuyển từ hệ xu hướng chuyển động này sang hệ xu hướng chuyển động khác, thỏa mãn các yêu cầu của thuyết tương đối Einstein. Phép biến đổi này được gọi là phép biến đổi Lorentz. Phép biến đổi Lorentz dựa trên hai tiên đề của Einstein.
Xét hai hệ qui chiếu xu hướng chuyển động K và K’. Tại t = 0, hai gốc O, O’ trùng nhau, K’ chuyển động thẳng đều so với K với vận tốc V theo phương x. Theo thuyết tương đối thời gian không có tính chất tuyệt đối mà phụ thuộc vào hệ qui chiếu, nghĩa là t ≠ t’.
Giả sử tọa độ x’ là hàm của x và t theo phương trình:
x’ = f(x,t) (1)
Để tìm dạng của phương trình trên ta hãy viết phương trình chuyển động của hai gốc tọa độ O và O’. Đối với hệ K, gốc O’ chuyển động với vận tốc V. Ta có:
x = Vt hay x – Vt = 0 (2)
x là tọa độ của gốc O’ trong hệ K. Đối với hệ K’, gốc O’ đứng yên, do đó tọa độ x’ của nó sẽ là:
x’ = 0
Phương trình (1) cũng phải đúng đối với điểm O’, điều đó có nghĩa là khi ta thay x’ = 0 vào phương trình (1) thì phải thu được phương trình (2), muốn vậy thì:
x’= α (x-Vt) (4)
trong đó α là hằng số. Đối với hệ K’, gốc O chuyển động với vận tốc –V. Nhưng đối với hệ K, gốc O là đứng yên. Lập luận tương tự như trên ta có
x = β (x’+vt’) (5)
trong đó β là hằng số.
Theo tiên đề thứ nhất của Einstein thì mọi hệ qui chiếu xu hướng chuyển động đều tương đương nhau, nghĩa là từ (4) có thể suy ra (5) và ngược lại bằng cách thay V→-V, x ↔x’, t ↔ t’. Suy ra: . β = α
Theo tiên đề hai: x = ct → t = x/c
x’ = ct’ → t’ = x’/c
Thay t và t’ vào (4) và (5) ta có: x’=α(x-xV/c); x=α(x’+x’V/c)
Nhân vế với vế của hai hệ thức trên, sau đó rút gọn ta nhận được:
α= 1/sqrt(1-V2/c2)
Thay α vào các công thức trên ta nhận được các công thức của phép biến đổi Lorentz.
Phép biến đổi Lorentz:
x’=(x-Vt)/ sqrt(1-V2/c2); x= (x’+Vt’)/sqrt(1-V2/c2) (6)
t’=(t-Vx/c2)/ sqrt(1-V2/c2); t= (t’+Vx’)/ sqrt(1-V2/c2) (7)
Vì hệ K’ chuyển động dọc theo trục x nên y = y’ và z = z’.
Từ kết quả trên ta nhận thấy nếu c → ∞ (tương tác tức thời) hay khi V ⁄c → 0 (sự gần đúng cổ điển khi V << c) thì:
x’ = x –Vt, y’ = y, z’ = z, t’ = t
x = x’ +Vt, y = y’, z = z’, t = t’
nghĩa là chuyển về phép biến đổi Galileo.
Khi V > c, tọa độ x, t trở nên ảo, do đó không thể có các chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng.
Giả sử v là vận tốc của chất điểm đối với hệ xu hướng chuyển động K, v' là vận tốc của cũng chất điểm đó đối với hệ xu hướng chuyển động K'. Hệ K' chuyển động thẳng đều với vận tốc V đối với hệ K dọc theo phương x. Ta hãy tìm định luật tổng hợp vận tốc liên hệ giữa v và v'.
Theo phép biến đổi Lorentz:
dx’= (dx-Vdt)/ sqrt(1-V2/c2); dt’=(dt-V/c2dx)/ sqrt(1-V2/c2)
suy ra:
v’x= dx’/dt’=(dx-Vdt)/ (dt-V/c2dx)= (vx-V)/(1-Vvx/c2)
Nếu V/c <<1 khi đó v’x= vx-V; v’z= vz; v’z= vz như cơ học cổ điển. Nếu vx= c sẽ suy ra:
v’x= (c-V)/(1-Vc/c2)=c
2. Biến đổi lorentz có hai chỗ không chặt chẽ
- Điểm không chặt chẽ thứ nhất là quá trình xây dựng công thức lorentz đã thừa nhận là x = ct và x'=ct' nghĩa là đạo hàm dx/dt=c và đạo hàm dx'/dt'=c sau khi chứng minh được các công thức chuyển đổi giữa x, x’, t, t’ sau đó dẫn ra v và v' lại lấy v=dx/dt và v'=dx'/dt' rõ ràng là với v và v' khác c. Nói cách khác dù gì đi chăng nữa v và v’ không luôn luôn bằng c.
- Điểm không chặt chẽ thứ hai là trong quá trình xây dựng công thức lorentz đã quy ước x là tọa độ của điểm O’ trong hệ K; trong khi dẫn xuất thì công thức v=dx/dt cũng phải là vận tốc của O’ trong hệ K; Mặt khác vận tốc của O’ trong hệ K theo quy ước ban đầu rõ ràng là V; dù gì đi nữa thì V khác v.
Vậy phép biến đổi lorentz về mặt toán học là không chặt chẽ về mặt toán học
Công thức E=mc2 công thức biến đổi Lorenzt không thể cùng đúng
Trước tiên ta thừa nhận một nguyên lý sau:
Trạng thái năng lượng toàn phần của hệ sự vật hiện tượng không phụ thuộc vào việc chúng ta quan sát nó như thế nào, nếu sự quan sát đó không gây ảnh hưởng gì đến hệ.
Theo thuyết tương đối hẹp, khi một vật chuyển động với vận tốc lớn gần bằng vận tốc ánh sáng thì khối lượng của vật không phải là hằng số mà được tính theo công thức:
m(v)= m0γ(v)
Trong đó:
- γ(v)=1/sqrt(1-v2/c2)
- m0 là khối lượng trong hệ quy chiếu mà nó đứng im.
- v là vận tốc của vật
Áp dụng công thức trên trong hai trường hợp là khi vật chuyển động với vận tốc v1 và v2 ta có
m(v1)= m0γ(v1) và m(v2)= m0γ(v2)
Năng lượng toàn phần trong hệ ban đầu là
E=m(v2)c2= m0γ(v2) c2
Mặt khác nếu có một hệ quy chiếu chuyển động với vận tóc v1, lúc đó vật chuyển động với vật tốc v1 được coi là đứng yên vật chuyển động với vận tốc v2 sẽ có vận tốc tính theo công thức biến đổi Lorenzt là:
v’2=(v2-v1)/(1-v2v1/c2)
Lúc đó khối lượng của vật được tính theo công thức
m(v’2) = m(v1) γ(v2’)= m0γ(v1) γ(v2’)
và năng lượng của vật tính theo công thức
E= m(v’2)c2= m0γ(v1) γ(v2’) c2
Theo định luật bảo toàn năng lượng thì năng lượng toàn phần được bảo toàn, Và nguyên lý cơ bản ở trên trạng thái năng lượng của hệ sự vật hiện tượng không phụ thuộc vào việc chúng ta quan sát nó như thế nào, nếu sự quan sát đó không gây ảnh hưởng gì đến hệ. Nên
m0γ(v2) c2= m0γ(v1) γ(v2’) c2
Tương đương với:
γ(v2)= γ(v1) γ(v2’) điều này là vô lý
Do đó công thức biến đổi lorenzt và công thức E=mc2 không thể đồng thời đúng. Nhưng vì chúng là một nên cả hai phải sai.
Sự ngộ nhận trong cách giải thích thí nghiệm fizeau bằng biến đối lorenzt
Vì tôi không thể coppy được những công thức dưới dạng file ảnh mời các bạn vào đọc trang web
http://vietsciences.free.fr/giaokhoa/vatly/vatlyluongtu/chuong1thuyettuongdoi.htm#V-3
Mục 3.
"Giải thích thí nghiệm Fizeau bằng công thức biến đổi Lorentz
Fizeau thực hiện thí nghiệm vào năm 1951 với mục đích là đo vận tốc ánh sáng trong môi trường chuyển động. Ta biết vận tốc của ánh sáng trong một môi trường có chiết suất n bằng v=c/n. Nếu ánh sáng truyền trong môi trường mà bản thân môi trường lại chuyển động với vận tốc u khá lớn gần với vận tốc ánh sáng thì tốc độ truyền của ánh sáng trong môi trường đó so với hệ qui chiếu đứng yên sẽ thay đổi.
Mô tả: Một tia sáng đơn sắc đi từ nguồn sáng laser A đến bản nửa phản xạ và nửa truyền qua B chia làm hai tia. Hệ tia phản xạ BKDEB sau khi phản xạ trên gương B một lần nữa đi vào máy giao thoa F. Hệ tia truyền qua và phản xạ BEDKB sau khi truyền qua gương B một lần nữa đi vào cùng đi vào máy giao thoa F. Hai tia sáng kể trên đi qua một quãng đường như nhau nhưng các tia sáng khi đi qua quãng đường KD và BE thì truyền qua chất lỏng. Nếu môi trường chất lỏng đứng yên thì hiệu quang trình của hai tia sáng vào F là như nhau. Tuy nhiên trong thí nghiệm thì môi trường là đang chuyển động với vận tốc u (hình 1.7) Ðiều nầy làm cho hiệu quang trình của hai tia sáng vào F là thay đổi , dẫn đến sự lệch của vân sáng trung tâm. Ðo độ lệch của vân sáng trung tâm, ta có thể tính lại hiệu quang trình của hai tia. Nếu đo chính xác các khỏang cách KD và BF ta sẽ xác định vận tốc truyền ánh sáng trong chất lỏng đối với hệ qui chiếu đứng yên....(phần.....tôi không insert vào được vì nó là công thức dưới dạng ảnh)
Vậy ta kết luận vận tốc ánh sáng trong các môi trường luôn tuân theo công thức cộng vận tốc Lorentz.”
Sự ngộ nhận trong cách giải thích trên
Ý định muốn chứng minh rằng biến đổi Lorenzt phù hợp với kết quả thí nghiệm này.
Kết quả thí nghiệm được minh họa bằng công thức: 1.38
Biến đổi Lorenzt đi đến công thức 1.40
Vì công thức 1.38 và 1.40 là giống nhau cho nên đạt được thành công trong cách giải thích. Nhưng thực ra công thức 1.40 đã giống một công thức sai 1.38 vì để đi đến công thức 1.38 đã có một chỗ ngộ nhận.
Là ngộ nhận nhận vận tốc ánh sáng trong cả hai trường hợp trong toàn bộ hành trình là c, chỉ khác nhau về thời gian. Do đó kéo theo S1=ct1; S2=ct2 và suy ra ΔS=S2-S1 = cΔt. Điều này rõ ràng là không đúng vì vận tốc ánh sáng khi đi trong chất lỏng, chất lỏng chuyển động là khác c.
Tức là công thức 1.38 sai
Tại sao công thức biến đổi Lorenzt khớp với một công thức 1.38????????????? Vì cả hai đều xuất phát từ s=ct(hay x=ct)
Hướng giải mới
Trong khoảng thời gian 0 đến t1 ánh sáng đi theo chiều BKDEBF sẽ đi được một quãng đường là:
S1=∫_0^t1▒v1dt =∫_0^t0▒v1dt+∫_t0^(t0+(L/(v+ku))▒v1dt=ct0+(v+ku)(t0+L/(v+ku)-t0)=ct0+L
Nếu theo chiều thứ BEDKBF trong khoảng thời gian từ 0 đến t1 ánh sáng mới đi được một quãng đường là:
S2= ∫_0^t1▒v2dt=∫_0^t0▒v2dt+∫_t0^(t0+(L/(v+ku))▒v2dt=ct0+L(v-ku)/(v+ku)
Hiệu quang trình là:
S1-S2=2Lku/(v+ku)
Kết quả thí nghiệm cho thấy
k=Av/(1-Au) (1)
Trong đó:
A=(n^2 (n^2-1)c)/(n^4 v^2-(n^2-1)^2 u^2 )
Lúc này vận tốc ánh sáng là
v±=v±ku
Với k được tính theo công thức (1)
Bây giờ công thức biến đổi Lorenzt liệu có còn giải thích được kết quả thí nghiệm fizeau không?
Kết luận:
- Tại những nơi có trường hấp dẫn lớn như trái đất, mặt trời, các hành tinh lớn… sẽ không quan sát được vận tốc tuyệt đối của ánh sáng, do hiệu ứng chuyển động bề mặt trái đất dưới tác dụng của lực hấp dẫn. Môi trường chất lỏng chuyển động đã góp phần làm thay đổi tốc độ ánh sáng như kết quả thí nghiệm Fizeau. Cũng giống như khi bề mặt trái đất chuyển động đã góp phần làm thay đổi ánh sáng trong thí nghiệm Michalson-Morley. Trường hợp thí nghiệm Fizeau thì quan sát được sự thay đổi đó, trường hợp thí nghiệm Michalson-Morley không quan sát được. Tuy nhiên vận tốc ánh sáng phụ thuộc vào hệ quy chiếu.
- Vận tốc ánh sáng không được gia tốc bởi sự chuyển động của nguồn phát.
- Công thức biến đổi Lorenzt và thuyết tương đối không thể đúng đồng thời
- Nếu có một tàu vũ trụ chuyển động với vận tốc là 10000km/s ngược chiều với tia sáng thì vận tốc của tia sáng so với tàu là 310000km/s