THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP VÀ RỘNG
CỦA ALBERT EINSTEIN
Nguyễn Xuân Xanh
NXB Tổng hợp Thành phố Hồ Chí Minh
2014

Albert Einstein
(14-3-1879 – 18-4-1955)
Tìm đọc cùng tác giả:

EINSTEIN
Nhân vật huyền thoại đã cách mạng ngành vật lý thế giới,
một Copernicus thế kỷ XX
Quyển sách được GIẢI VÀNG SÁCH HAY 2008 Bestseller và
Longseller
tại:
Nhà xuất bản Tổng hợp Thành phố Hồ Chí Minh
62 Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh
Ebook miễn phí tại : www.Sachvui.Com
***
Ebook được hoàn thành với sự tham gia của 1953snake và
4DHN

Nếu một con bọ bò dọc trên một cành cây cong, nó không
biết rằng cành cây bị cong. Bố có diễm phúc nhận ra điều mà
con bọ đã không thấy.
ALBERT EINSTEIN
Từ một cuộc trò chuyện
với cậu con trai chín tuổi
Eduard, năm 1919

Đối với những con người hành động, nhận thức một lần về
chân lý là không đủ; ngược lại, nhận thức này phải được
luôn luôn làm mới lại một cách không mệt mỏi nếu không
muốn nó bị mai một. Nhận thức giống một bức tượng cẩm
thạch đứng giữa sa mạc và luôn có nguy cơ bị gió cát chôn
vùi. Những bàn tay siêng năng phải luôn luôn hoạt động để
cho cẩm thạch có thể tiếp tục lấp lánh dưới ánh mặt trời.
ALBERT EINSTEIN

Mục Lục
Lời Tựa Cho Lần In Thứ Hai: MỘT TRĂM NĂM
Dẫn Nhập: CUỘC LỆCH GIỜ TRĂM NĂM
LỜI NÓI ĐẦU
Phần I THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP (§ 1 - § 17)
§ 1 Ý Nghĩa Vật Lý của các Định Lý Hình Học
§ 2 Hệ Thống Tọa Độ
§ 3 Không Gian và Thời Gian trong Cơ Học Cổ Điển
§ 4 Hệ Tọa Độ Galilei
§ 5 Nguyên Lý Tương Đối (Theo Nghĩa Hẹp)
§ 6 Định Lý Cộng của Vận Tốc Theo Cơ Học Cổ Điển
§ 7 Vẻ Mâu Thuẫn của Định Luật Truyền Ánh Sáng với Nguyên
Lý Tương Đối
§ 8 Khái Niệm Thời Gian trong Vật Lý
§ 9 Tính Tương Đối của Tính Đồng Thời
§ 10 Tính Tương Đối của Khái Niệm Khoảng Cách Không Gian
§ 11 Phép Biến Đổi Lorentz
§ 12 Vận Hành của Thước Đo và Đồng Hồ trong Chuyển Động
§ 13 Định Lý Cộng Vận Tốc - Thí Nghiệm Fizeau
§ 14 Giá Trị Hỗ Trợ Phát Minh của Thuyết Tương Đối
§ 15 Những Kết Quả Tổng Quát của Lý Thuyết
§ 16 Thuyết Tương Đối Hẹp và Kinh Nghiệm
§ 17 Không Gian Minkowski Bốn Chiều
Phần II THUYẾT TƯƠNG ĐỐI RỘNG (§ 18 - § 29)
§ 18 Nguyên Lý Tương Đối Hẹp Và Rộng

§ 19 Trường Hấp Dẫn
§ 20 Đẳng Thức giữa Khối Lượng Quán Tính và Khối Lượng
Hấp Dẫn như Một Lý Lẽ Cho Định Đề Tương Đối Rộng
§ 21 Trong Chừng Mực Nào các Cơ Sở của Cơ Học Cổ Điển và
Thuyết Tương Đối Hẹp Là Không Thỏa Đáng?
§ 22 Vài Suy Diễn Từ Nguyên Lý Tương Đối Rộng
§ 23 Sự Vận Hành của Đồng Hồ và Thanh Đo Trên Một Vật
Thể Quy Chiếu Quay
§ 24 Continum Euclid và Phi-Euclid
§ 25 Tọa Độ Gauss
§ 26 Continum Không-thời-gian của Thuyết Tương Đối Hẹp Là
Euclid
§ 27 Continum Không-thời-gian của Thuyết Tương Đối Rộng
Là Phi-Euclid
§ 28 Sự Diễn Tả Chính Xác của Nguyên Lý Tương Đối Rộng
§ 29 Lời Giải của Bài Toán Lực Hấp Dẫn trên Cơ Sở Nguyên
Lý Tương Đối Rộng
Phần III SUY NGHĨ VỀ VŨ TRỤ NHƯ MỘT TỔNG THỂ (§ 30 - §
32)
§ 30 Những Khó Khăn Vũ Trụ Học của Thuyết Newton
§ 31 Khả Năng của Một Vũ Trụ "Hữu Hạn" nhưng "Không Giới
Hạn"
§ 32 Cấu Trúc của Không Gian Theo Thuyết Tương Đối Rộng
Phần IV PHỤ LỤC
Phụ Lục I
Phụ Lục II
Phụ Lục III
A. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỂM CẬN NHẬT CỦA
SAO THỦY

B. SỰ LỆCH CỦA ÁNH SÁNG TRONG TRƯỜNG
HẤP DẪN
C. SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA CÁC VẠCH QUANG
PHỔ VỀ PHÍA ĐỎ[73]
Phụ Lục IV
Phụ Lục V
TRƯỜNG
Ý TƯỞNG KHÔNG GIAN TRONG THUYẾT TƯƠNG
ĐỐI RỘNG
THUYẾT HẤP DẪN MỞ RỘNG
TƯ LIỆU LỊCH SỬ
1. Albert Einstein
Về Điện Động Học của các Vật Thể Chuyển Động (1905)
Phần Động Học
§ 1. Định nghĩa của tính đồng thời
Thuyết Tương đối Là Gì? (1919)
Về Thuyết Tương Đối (1921)
Hình Học và Kinh Nghiệm (1921)
Tôi Đã Tìm Thấy Thuyết Tương Đối Như Thế Nào (1922)
Đôi Điều về Sự Hình Thành của Thuyết Tương Đối Rộng
(1930)
Về Phương Pháp của Vật Lý Lý Thuyết (1933)
Thuyết Tương Đối (1936)
2. Max Planck
và Thuyết Tương Đối
3. Arthur Stanley Eddington
Thuyết Tương Đối và Ảnh Hưởng của Nó Đối Với Tư
Duy Khoa Học

4. Henri Poincaré
"Các Nguyên Lý của Vật Lý Toán"hay là Cuộc Khủng
Hoảng của Ngành Vật Lý Toán
5. Isaac Newton
Các Nguyên Lý Toán Học của Triết Học Tự Nhiên
BÌNH LUẬN VÀ MINH HỌA
6. Ernst Mach
Lịch Sử Cơ Học - Được Trình Bày Dưới Dạng Phê Phán
TƯ LIỆU THAM KHẢO
CHÚ THÍCH

Lời Tựa Cho Lần In Thứ Hai:
MỘT TRĂM NĂM
Tôi sẽ dẫn dắt người đọc lên một con đường mà chính tôi đã
đi, một con đường khá gồ ghề và uốn khúc, vì nếu khác đi,
tôi không thể hy vọng anh ta sẽ có hứng thú với các kết quả ở
cuối cuộc hành trình.
Albert Einstein
2015 đánh dấu 100 năm Thuyết tương đối rộng của Einstein,
nền tảng của một lý thuyết của vũ trụ học trong thế kỷ XX về nguồn
gốc, cấu trúc và sự tiến hóa của vũ trụ. Cùng với nó, các ngành thiên
văn học và vật lý thiên văn dựa trên quan sát cũng phát triển song
song chưa từng thấy như những minh họa đẹp mắt. Có thể nói tương
tự như nhà di truyền học Theodosius Dobzhansky đã nói về thuyết
tiến hóa của Darwin: "Không có gì trong vũ trụ học có ý nghĩa trừ khi
được đặt dưới ánh sáng của thuyết tương đối rộng." Thuyết tương
đối rộng có những hệ lụy sâu rộng. Nó truyền cảm hứng cả cho các
nhà khoa học giả tưởng, cũng như chạm đến những vấn đề triết học
và tôn giáo ở chiều sâu.
Theo thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn ngày xưa, gravity, nay
không còn là một "lực" nữa, mà là độ cong của không-thời-gian. Hay
nói một cách khác: Độ cong của không-thời-gian chính là sự biểu thị
của lực, đúng như ý tưởng ban đầu của Riemann. Một tờ giấy cong
biểu thị một lực nhất định. Không gian và thời gian mà chúng ta
sống và các vật thể chuyển động trong đó cũng không còn là cố định
hay tuyệt đối, như Newton đã quan niệm. Chúng bị cong và co giãn
bởi sự hiện diện của vật chất và năng lượng như một khu sân golf.
Các vật thể khi được đặt trong đó sẽ chuyển động như các trái banh
trên sân golf với những chỗ cao chỗ thấp. Không gian và thời gian
không phải là cái sân khấu cố định và có sẵn cho vật chất, mà chúng
cùng tồn tại hay cùng biến đi với vật chất. Chúng cũng không phải
không gian Euclid và "tiên nghiệm" như Kant quan niệm, mà là phiEuclid với các độ cong. Quan điểm của Kant dễ hiểu, bởi vì cho đến
khi Kant mất, khái niệm không gian phi-Euclid của Gauss, Riemann
vẫn chưa ra đời cho đến gần nửa thế kỷ sau.

Trong lịch sử phương Tây có hai khám phá thiên văn gây chấn
động mạnh mẽ nhất: Quyển sách Sidereus Nuncius (Thông điệp
sao) của Galilei năm 1610 báo cáo những kết quả quan sát trên bầu
trời bằng viễn vọng kính tự tạo, chứ chưa phải là tác phẩm "Về các
vòng quay" của Copernic 67 năm trước đó. Thông điệp sao đã hé lộ
một thế giới hoàn toàn khác với những gì Aristote, Ptolemy và Giáo
hội La Mã quan niệm, và làm hiện ra chứng cứ càng rõ của thuyết
nhật tâm Copernic. Rồi "Gần cả trăm năm, vũ trụ hoạt động theo bộ
máy đồng hồ của Galilei và Newton - dựa trên các quy luật tuyệt đối
- đã tạo thành nền tảng tâm lý cho Khai sáng, với niềm tin vào quy
luật nhân quả, trật tự, tính hữu lý và cả nhiệm vụ cần thiết" (W.
Isaacson).
Sự kiện thứ hai ba trăm năm sau đó, càng gây chấn động cả thế
giới hơn, là thuyết tương đối rộng của Einstein năm 1915, đã cách
mạng đến nền tảng quan niệm về thế giới, thời gian, không gian, lực
hấp dẫn và năng lượng. Nó giúp con người hiểu sự hình thành và
tiến hóa của vũ trụ, sự "Tạo thiên lập địa" - Creation - Big Bang - và
những hiện tượng huyền bí khác trên trời, như ánh sáng bị cong,
không gian cong, sự chuyển dịch đỏ, đồng hồ chạy chậm hơn ở
những nơi trường hấp dẫn mạnh hơn, thấu kính hấp dẫn, bức xạ
nền của vũ trụ thời trẻ, tuổi của vũ trụ, sự giãn nở, giãn nở gia tốc,
sóng hấp dẫn, các pulsar, quasar, lỗ đen. Sóng hấp dẫn ban sơ của
vũ trụ vẫn còn là một bí ẩn lớn. Chúng là hệ quả của các chấn động
của sự lạm phát, diễn ra vào thời điểm 1035 giây sau Big Bang, như
tiên đoán của Einstein, và truyền đi dọc theo tấm thảm của khôngthời-gian. Nhưng các nhà vật lý rất hy vọng tìm thấy các sóng này
trong những năm tới, và cùng với bức xạ nền vào thời điểm 300.000
năm sau Big Bang, một khám phá có ý nghĩa rất to lớn, chúng sẽ
hoàn thiện bức tranh tráng lệ và vĩ đại của thuyết Big Bang.

Chân dung Albert Einstein của Hermann Struck đăng trong
bản dịch tiếng Anh 1920 theo đòi hỏi của Robert W. Lawson
Thuyết tương đối rộng được Einstein trình bày trước Hàn lâm
viện khoa học Phổ cuối 1915, và được công bố trên tạp chí Annalen
der Physik đầu năm sau. Cuối năm đó, Einstein cũng viết xong tác
phẩm bất hủ cho đại chúng về các ý tưởng chính của thuyết này
cũng như của thuyết tương đối hẹp có tên Thuyết tương đối hẹp và
rộng mà quý độc giả đang có trong tay. Quyển sách được xuất bản
vào đầu năm 1917 tại Nhà xuất bản Vieweg & Sohn, nước Đức.
Sau sự kiện độ lệch của ánh sáng mà Einstein tiên đoán trong
trường hấp dẫn của mặt trời được hai đoàn thám hiểm Anh xác
nhận đúng, gây tít lớn trên báo Times Luân Đôn: "Cách mạng trong
Khoa học - Lý thuyết mới của Vũ trụ - Ý tưởng của Newton bị lật
đổ" vào ngày 7, thảng 11, năm 1919, truyền đi những chấn động dữ
dội, quyển sách của Einstein lọt vào tầm ngắm của thế giới. Nó được
dịch ngay sang tiếng Anh (1920), tiếng Pháp (1921), tiếng Ý
(1921), tiếng Nhật (1921), tiếng Nga (1921), tiếng Hoa (1922),
tiếng Hebrew (1928), và nhiều thứ tiếng khác nữa. Việt Nam suýt
cũng được đi vào lịch sử thế giới: năm 1929 một đoàn các nhà thiên

văn Pháp cũng đã từng đến Côn Đảo để đo đạc lại độ lệch ánh sáng
và kiểm tra thuyết tương đối Einstein vào lúc nhật thực toàn phần
diễn ra, nhưng không may thời tiết bị xấu nên không có được kết quả
đo đạc như mong muốn.
Bản dịch tiếng Anh được Einstein ủy thác cho Robert W. Lawson,
một giảng viên vật lý tại Đại học Sheffield, Anh quốc, là người đầu
tiên đề nghị với Einstein dịch tác phẩm sang tiếng Anh vì tầm quan
trọng của nó. Bản này ra mắt tháng 8, 1920, được phát hành đồng
thời tại Hoa Kỳ.
Một trăm năm qua, thuyết tương đối rộng đã vượt qua mọi phép
thử và đứng vững không lay chuyển. Nhưng đối với Einstein, bản
giao hưởng tác phẩm của đời ông còn dang dở. Ông dành ra ba mươi
năm cuối đời để tìm sự thống nhất thuyết tương đối rộng và thuyết
điện từ trong một cuộc chiến đấu cô đơn và vô vọng. Rồi những thập
kỷ cuối thế kỷ XX, tức không bao lâu sau khi ông mất, các nhà vật lý
lý thuyết và toán học thế giới lại tiếp tục công việc dang dở của ông,
đi tìm sự thống nhất của thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử là
hai cột trụ của vật lý học thế giới nhưng lại đứng quá xa nhau, một
thuyết trị vì thế giới vô cùng lớn, còn thuyết kia thế giới vô cùng nhỏ.
Những nỗ lực thống nhất này đã dẫn đến sự ra đời của nhiều ý
tưởng rất táo bạo và độc đáo với những cái tên như Hấp dẫn lượng
tử, Thuyết siêu dây, hay Thuyết-M, Nguyên lý toàn ảnh, chỉ kể một
số tên. Những đợt sóng mới dâng cao trong nghiên cứu, một "cosmic
landscape" hiện ra những hứa hẹn về một chân trời mới. Nhưng
sương mù vẫn còn nhiều phía trước.
Vượt lên khỏi Einstein, để nới rộng thêm, các nhà vật lý còn đặt
ra những vấn đề như không gian và thời gian đến từ đâu, và những
bí mật nào đang chứa trong lỗ đen? Người ta tin rằng không gian và
thời gian ở cấp độ Planck cực nhỏ sẽ là một cái gì khác, và có điểm
chung gì đó với cơ học lượng tử. Nhà vật lý học John Archibald
Wheeler (1971 - 2008), một trong những người có công lớn làm
sống lại thuyết tương đối rộng sau ba thập niên bị bỏ quên, cho rằng
nếu vật chất và năng lượng được lượng tử hóa, thì không-thời-gian
có lẽ cũng như thế, rằng với một chiếc kính hiển vi siêu mạnh, người
ta có thể thấy "hình học sẽ giống như tấm bọt". Ông thích ví không
gian lượng tử như một đại dương: Nhìn từ trên cao, mặt đại dương
nhẵn (smooth), nhưng nếu chèo thuyền trên đó, "chúng ta sẽ thấy

sóng và bọt nhấp nhô. Đó chính là bức tranh cấu trúc của không
gian ở cấp độ rất nhỏ." Chính Einstein ngay sau khi hoàn tất thuyết
tương đối rộng cũng linh cảm rằng "Dường như thuyết mới về hấp
dẫn cần phải được tu chỉnh".
Mặt khác, sau khi Mô hình chuẩn và hạt Higgs đã trả lời rốt ráo
sự cấu tạo vật chất thông thường, thì câu hỏi "Thế giới được cấu tạo
bằng gì" vẫn còn nằm ở phía trước. Các nhà thiên văn học khám phá
ra rằng vũ trụ thật sự còn chứa một loại "vật chất tối", mục đích để
giữ cho các thiên hà, hay cụm thiên hà ở lại bên nhau, bởi lực hấp
dẫn thôi không đủ, và một loại "năng lượng tối" để đẩy sự giãn nở vũ
trụ lên gia tốc, hiện tượng đã quan sát được ở các siêu sao mới
(supernova). Các vật chất và năng lượng tối này chiếm đến 96%
toàn năng lượng của vũ trụ. Chúng là gì? Đó là những câu hỏi vô
cùng quan trọng. Hằng số lambda, được Einstein đưa ra năm 1917
như một lực đẩy nhằm cân bằng lực hấp dẫn để giữ vũ trụ tĩnh, cái
tưởng chừng như một "ngớ ngẩn lớn nhất của tôi", sau gần 90 năm
bị khuất trong bóng tối bỗng sống lại một cách đầy kịch tính như
một dạng năng lượng tối, hay năng lượng chân không.
Bước vào thế kỷ XXI, với cả một thiên hà những khám phá kỳ thú
vừa thực nghiệm vừa lý thuyết của thế kỷ qua, nhân loại như đặt
chân lên bờ của một lục địa mới kỳ lạ. Một cuộc tìm kiếm các định
luật cuối cùng của vũ trụ tuy là một sự thách thức lớn, nhưng đầy
thú vị và hứa hẹn. Bức tranh của vũ trụ thế kỷ XXI chắc chắn sẽ còn
khác nhiều so với bức tranh của vũ trụ cuối thế kỷ XX, giống như bức
tranh ấy đã từng quá khác biệt giữa thời kỳ cuối thế kỷ XIX và cuối
thế kỷ XX.
Chúng tôi mong rằng quyển sách này truyền cảm hứng đến bạn
đọc, nhất là các bạn trẻ, như nó đã từng truyền cảm hứng cho hàng
triệu người trên thế giới từ học sinh đến người lớn, từ Tây sang
Đông. Một "Tân thế giới" đang nằm trong bàn tay các bạn để khám
phá. Hiểu được vũ trụ, con người cũng sẽ hiểu được cái tôi trong cái
nôi kỳ quan của mình mà sự tồn lại của trái đất và bản thân là một
ân huệ kỳ diệu trong đó. Vũ trụ này có phải được tạo ra, với những
hằng số vật lý tích hợp với nhau một cách tinh tế để tương thích với
sự tồn tại của chúng ta không, để cho con người của nó có ý thức về
nó? Dù có thể có nhiều vũ trụ, nhưng chưa chắc có một bộ hằng số
đặc biệt "hòa điệu tinh tế" như vũ trụ chúng ta? (Nguyên lý vị nhân)

Trong lịch sử, sự hưng vong của các quốc gia phương Tây có lúc
cũng gắn liền với sự hưng vong của thiên văn học, của tri thức về thế
giới như một khoa học đích thực. Và như nhà khoa học và sử học đầy
tính nhân văn Mỹ Jacob Bronowski viết "Tri thức là định mệnh của
chúng ta". Tò mò, hay dùng từ của Augustin, "sự không yên" của trái
tim, luôn luôn muốn đi xa hơn, khám phá và chấp nhận thách thức,
đó là "nét cơ bản của con người". "Xã hội nào ngăn chặn, kềm hãm
nó, sẽ suy thoái hay tiêu vong" (Edmund Phelps). Con người từng
được tôn giáo nâng lên là "đồng tác giả" với Thượng đế để thực hiện
"những tiềm năng mà Đấng sáng tạo đã giấu bên trong". Nói một
cách nhân văn và hiện sinh như Michio Kaku: "Một số người đi tìm ý
nghĩa của cuộc đời bằng lợi ích cá nhân, bằng các mối quan hệ cá
nhân, hay bằng những trải nghiệm cá nhân. Tuy nhiên, đối với tôi
dường như rằng được ban cho trí tuệ như một ân huệ để đoán ra
được những bí mật chung cuộc của tự nhiên, điều đó sẽ đem lại ý
nghĩa đủ cho cuộc sống". Hoặc như Steven Weinberg viết trong tác
phẩm Ba phút ban đầu với một chút kịch tính: "Con người không
chịu tự an ủi mình với những câu chuyện về thần linh..., cũng không
chịu giới hạn suy nghĩ mình vào cuộc sống thường nhật. Không chịu
hài lòng, nên con người mới xây dựng viễn vọng kính, vệ tinh và máy
gia tốc, tiêu pha vô số thì giờ ở bàn làm việc để giải mã những dữ
liệu thu thập được. Niềm mong ước của họ là hiểu được vũ trụ, nâng
cuộc sống con người lên khỏi sân khấu hề của đời thường một ít, và
đem lại cho nó một chút nhân phẩm có tính bi kịch."
Đối với người Việt Nam, để có một nền khoa học tự lực để phụng
sự phồn vinh xã hội và những cái đích khoa học cao cả xem ra còn
xa. Khoa học không phải là cái máy có thể nhập về rồi sử dụng để
cho ra sản phẩm nhanh như ta mong muốn. Khoa học là "một cơ thể
(organism), và, như những cơ thể khác, để phát triển tốt, nó cần một
thời tiết đặc biệt, một không khí đặc biệt" như người bác sĩ Đức
Erwin von Bӓlz (1849 - 1913) phát biểu năm 1900, người đã dạy Y
khoa 25 năm tại trường Đại học Tokyo từ 1876. Có thể ví nó như
"cây khoa học". Muốn cho cây phát triển và cho ra quả tốt, cần có
một miếng đất tốt cho nó, một thể chế tốt, định chế tốt, và luôn luôn
được chăm sóc, vun bồi. Bӓlz không muốn làm người "bán trái cây"
để bán quả cho các samurai, mà làm một "người làm vườn" chăm
sóc miếng đất để người phương Tây có thể nhận ra được giống mảnh
đất của họ. Chừng đó, ông tin quả mới ngon.

Ông nói tiếp, ở phương Tây, để đạt được "không khí tinh thần "
thuận lợi cho khoa học như hôm nay, các bộ óc vĩ đại đã phải lao
động cật lực qua nhiều thời đại để giải mã các bí mật của vũ trụ", và
"xa lộ tinh thần con người" của họ đã được tưới bằng mồ hôi và máu,
và thắp sáng bằng lửa của sự hành hình. Cái tinh thần ấy không thể
học một sớm một chiều trong các giảng đường, mà chỉ được truyền
đạt qua lao động "vai sánh vai" với những nhà nghiên cứu khác. Hơn
nữa, khoa học phương Tây không phải hoàn toàn "trung tính " như
người ta tưởng để có thể dăm xuống những miếng đất lạ mà thành
công ngay. Khoa học ẩn chứa các mặt triết học, văn hóa, dĩ nhiên cả
xã hội trong đó. Người Nhật lúc đầu đã nhập khẩu khoa học mà vứt
bỏ các tính chất triết học và văn hóa đi nhiều thập kỷ liền, cho đến
khi họ nhận ra và thay đổi.
Việt Nam chừng nào có một miếng đất và những điều kiện thời
tiết, các định chế và những sự chăm bồi như thế? Chừng nào các nhà
làm khoa học Việt Nam, từ sự đam mê và lý tưởng, tự nguyện góp
phần dăm bồi một nền văn hóa mới then chốt cho cuộc chấn hưng
đất nước trên mảnh đất còn nghèo truyền thống khoa học này, biến
khoa học Việt Nam thành một khu vườn màu mỡ giống nền khoa
học thế giới?
Tháng 10 năm 2015
NGUYỀN XUÂN XANH

Dẫn Nhập:
CUỘC LỆCH GIỜ TRĂM NĂM
Với thuyết tương đối Einstein, tư duy của nhân loại về vũ trụ đã
bước lên tới một bậc thang mới. Tình huống này giống như một
bức tường từng ngăn cách chúng ta với sự thật thình lình bị sụp
đổ: bây giờ các tầm xa và chiều sâu trước mắt chúng ta như
được mở khóa mà những khả năng của chúng chưa được chúng
ta hình dung hết. Chúng ta đã tiến một bước vĩ đại đến gần sự
thấu hiểu bản chất của lý tính vốn nằm trong các diễn biến của
thế giới vật lý.
HERMANN WEYL
Tại sao chúng ta lại phát minh ra các lý thuyết vậy? Câu trả lời
là đơn giản: rằng bởi vì chúng ta thích thú "sự hiểu biết"... Có
một sự đam mê về hiểu biết, cũng như có một sự đam mê về âm
nhạc.
ALBERT EINSTEIN
Bạn đọc quý mến,
Quyển sách "Thuyết tương đối hẹp và rộng" [1] được Einstein
viết năm 1916, và xuất bản lần đầu năm 1917 ở Đức. Quyển sách
trở thành bestseller và longseller. Quyển sách được xuất bản tại
Anh năm 1922 cũng rất thành công. Lần xuất bản thứ 12 vào
năm 1934, lần thứ 13 năm 1944 và lần thứ 14 năm 1946. Từ đó
quyển sách này không bao giờ thiếu vắng trên thị trường sách
phương Tây, ngay cả hôm nay, không chỉ để phục vụ cho giáo
dục đại chúng và các thế hệ trẻ mới lớn lên là chính, mà còn vì
một điều, như GS. Roger Penrose nói, vẫn còn có những người
chống lại thuyết tương đối. Quyển sách này thực sự đã trở thành
một di sản văn hóa thế giới.
Giờ đây, bạn đọc cầm trên tay tác phẩm lịch sử này bằng tiếng
Việt[2], sau một cuộc "lệch giờ" lịch sử ngót 100 năm. Sau một
trăm năm, quyển sách về thuyết tương đối mới có mặt tại Việt

Nam. Việt Nam đã "trăm năm cô đơn" đối với khoa học hiện đại,
nếu không muốn nói là ba trăm năm, hay nhiều hơn nữa, và giờ
đây cần phải nỗ lực phá vỡ "sự cô đơn truyền kiếp" ấy.
Thế kỷ XX đã bước vào giai đoạn phát triển cách mạng của
khoa học với thuyết tương đối và lượng tử.
Đó là cuộc cách mạng khoa học thứ hai, sau cuộc cách mạng
khoa học thứ nhất ba trăm năm trước với Galilei, Kepler và
Newton. Thế kỷ XXI sẽ là thế kỷ của một cuộc cách mạng thứ ba.
Cột trụ thuyết tương đối và lượng tử chưa tỏ ra suy giảm chút
nào. Mô hình Chuẩn và cuộc tìm kiếm hạt Higgs của năm mươi
năm qua luôn luôn sử dụng các lý thuyết đó như những công cụ
nền tảng, được tinh luyện thêm theo nhu cầu. Thuyết tương đối
hẹp được sử dụng như "cơm bữa" trong tất cả các máy gia tốc.
Quyển sách này đã từng là nguồn cảm hứng to lớn cho nhiều
thế hệ sinh viên khoa học trẻ của thế giới phương Tây. Chúng ta
hãy nghe lời tự thuật của Wemer Heisenberg, một trong những
cha đẻ của thuyết lượng tử, khi tiếp xúc với quyển sách:
Lúc đó tôi 15 tuổi (tức khi Einstein viết thuyết tương đối cho đại
chúng năm 1916), là một học sinh của trường trung học MaxGymnasium tại Munich, tôi có mối quan tâm lớn đến những vấn đề
toán học. Một ngày nọ, một quyển sách mỏng đến tay tôi, chứa đựng
các bài viết khoa học mà Einstein đã sửa soạn cho quyển thuyết
tương đối hẹp của ông dưới dạng đại chúng. Cái tên Einstein thỉnh
thoảng tôi đã đọc trên báo chí, tôi cũng đã nghe về thuyết tương đối
và biết rằng nó đặc biệt khó hiểu. Điều đó dĩ nhiên làm cho nó có sức
hấp dẫn đặc biệt đối với tôi. Tôi thấy quyển sách có một sự hấp dẫn
đặc biệt, và do đó tôi cố gắng thâm nhập rất sâu tác phẩm nhỏ này.
Sau một thời gian, tôi tin mình đã hoàn toàn hiểu phần toán học –
rằng sau cùng, đó là một trường hợp đặc biệt đơn giản của Phép biến
đổi Lorentz - nhưng tôi nhận ra ngay rằng các khó khăn thật sự của
thuyết này nằm ở đâu khác. Tôi cảm thấy khái niệm (tính) đồng
thời (simultaneity) là rắc rối, và về bản chất, câu hỏi hai sự kiện
diễn ra tại những chỗ khác nhau có là đồng thời hay không tùy
thuộc vào trạng thái chuyển động của người quan sát. Tôi cảm thấy
đặc biệt khó khăn để thâm nhập vào các vấn đề này, và ngay cả sự
trợ lực của Einstein bằng những câu như "bạn đọc thân mến" để
thêm gia vị cho quyển sách cũng không giúp tôi hiểu dễ hơn. Tuy

nhiên, quyển sách để lại cho tôi cảm giác rõ ràng về điều mà
Einstein muốn nhắm tới, tôi nhận thức rằng những khẳng định của
ông rõ ràng không mắc míu vào những mâu thuẫn nội tại; và sau
cùng, dĩ nhiên, tôi có niềm ham muốn cháy bỏng thâm nhập sâu
hơn vào thuyết tương đối vào một thời điểm sau này. Vi thế tôi
quyết định, trong thời gian học tiếp của tôi trên đại học, bằng mọi
giá đi nghe các bài giảng về thuyết tương đối của Einstein.
Bằng trải nghiệm đó, nguyện vọng ban đầu là học Toán của tôi đã
âm thầm được chuyển sang hướng Vật lý lý thuyết lúc nào không
hay biết, ngành mà tôi lúc đó hầu như không ý thức nó là gì.
Đúng như Heis