Về cơ bản, những gì Thuyết Tương đối phát biểu là: không gian và thời gian không hoàn toàn tuyệt đối mà chỉ mang tính tương đối đối với cả đối tượng quan sát lẫn đối tượng được quan sát, và các đối tượng di chuyển càng nhanh thì những tác động này càng được thể hiện rõ rệt. Chúng ta không bao giờ có thể di chuyển với vận tốc ánh sáng, và chúng ta càng di chuyển nhanh thì những lệch lạc này càng xuất hiện rõ ràng, đối với người quan sát bên ngoài.
Gần như ngay lập tức, các nhà khoa học cố gắng tìm cách để giúp mọi người có thể thấu hiểu và vận dụng được các Thuyết Tương đối này. Một trong những nỗ lực thành công nhất – ít ra cũng về phương diện thương mại – là cuốn The ABC of Relativity của tác giả Bertrand Russell vốn là nhà toán học kiêm triết gia. Trong cuốn sách này, Russell mượn một hình ảnh đã được vận dụng nhiều lần trong lịch sử. Ông yêu cầu độc giả hình dung một đoàn xe lửa dài một trăm yard (1 yard = 0,914 met) di chuyển với tốc độ bằng sáu mươi phần trăm tốc độ ánh sáng. Đối với một người đang đứng tại sân ga để quan sát, đoàn tàu dường như chỉ dài 7,312 met và mọi thứ trên nó dường bị nén lại. Nếu chúng ta có thể nghe được các hành khách trên đoàn xe lửa này trò chuyện, giọng nói của họ sẽ trở thành âm thanh líu nhíu và “nhão”, giống như một bản nhạc được phát với tốc độ quá chậm, và sự chuyển động của họ dường như rất chậm. Ngay cả những chiếc đồng hồ trên đoàn xe lửa cũng dường như chạy với vận tốc bằng bốn phần năm vận tốc bình thường của chúng.
Tuy nhiên – vấn đề là ở đây – những người trên đoàn xe lửa lại không có cảm giác lệch lạc này. Với họ, mọi thứ trên đoàn xe lửa đều dường như khá bình thường. Họ chỉ nhận thấy rằng chúng ta, những người đứng tại sân ga, có vẻ như bị nén nhỏ lại và di chuyển chậm lại. Bạn thấy đấy, tất cả đều tùy thuộc vào vị trí của bạn trong mối quan hệ với đối tượng chuyển động.
Thực ra thì hiệu ứng này xảy ra mỗi khi bạn di chuyển. Bạn hãy bay xuyên Hoa Kỳ, và bạn sẽ bước xuống từ máy bay, lúc này bạn trẻ hơn một phần rất nhỏ của giây so với những người bạn đã bỏ lại phía sau. Ngay cả khi bạn bước ngang qua phòng bạn cũng sẽ thay đổi trải nghiệm về thời gian và không gian của mình. Người ta tính toán được rằng một quả bóng chày được ném với vận tốc một trăm dặm một giờ sẽ tăng thêm 0,000000000002 gam trọng lượng. Thế nên hiệu ứng của Thuyết Tương đối là có thật và đã được đo lường. Vấn đề ở đây là những thay đổi như thế quá nhỏ nên không thể tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào để chúng ta có thể cảm nhận được bằng trực giác. Nhưng đối với các đối tượng khác trong vũ trụ – ánh sáng, trọng lực, và chính vũ trụ – thì vấn đề này lại tác động mạnh đến chúng.
Thế nên nếu những ý tưởng về sự tương đối ở đây có vẻ khó hiểu, đó chỉ là do chúng ta không cảm nhận được những tương tác này trong đời sống bình thường. Tuy nhiên, quay lại với Bodanis, tất cả chúng ta đều chịu tác động của một hình thức tương đối khác – ví dụ với âm thanh. Nếu bạn ngồi tại một công viên và một ai đó đang chơi nhạc ồn ào, bạn biết rằng nếu bạn di chuyển cách xa nơi này thì âm thanh dường như trở nên êm ả hơn. Sở dĩ như thế không phải là vì âm thanh thực sự trở nên êm ả hơn, dĩ nhiên, mà chỉ đơn giản vì vị trí của bạn trong mối quan hệ với nó đã thay đổi.
Thuyết Tương đối khó cảm nhận bằng trực giác nhất và thử thách nhất chính là ý tưởng rằng thời gian là một phần của không gian. Chúng ta có xu hướng cho rằng thời gian là thứ vĩnh cữu, tuyệt đối, bất biến – không gì có thể tác động đến nó. Thực ra, theo Einstein, thời gian có thể thay đổi và liên tục thay đổi. Thậm chí nó còn có hình dạng. Nó gắn liền – “có quan hệ chặt chẽ”, theo lời Stephen Hawking – với ba chiều của không gian trong một phạm trù nghe có vẻ kỳ lạ là không-thời gian.
Không-thời gian thường được giải thích bằng cách yêu cầu bạn hình dung một thứ gì đó phẳng nhưng mềm dẻo – chẳng hạn một tấm đệm, hoặc một tấm cao su được kéo căng ra – trên đó là một vật nặng tròn, chẳng hạn một quả bóng sắt. Trọng lượng của hòn bi sắt khiến mặt phẳng này căng ra và trũng xuống. Điều này có thể so sánh tương tự với tác động của một vật khổng lồ chẳng hạn như mặt trời (quả bóng sắt) đối với không-thời gian (tấm đệm hoặc tấm cao su): nó kéo căng, bẻ cong, và làm oằn không-thời gian. Lúc này nếu bạn lăn một quả bóng nhỏ hơn ngang qua chất liệu này (tấm đệm hoặc tấm cao su), nó cố gắng di chuyển theo một đường thẳng theo đúng các định luật chuyển động của Newton, nhưng khi nó đến gần đối tượng lớn hơn này và gần con dốc của vùng trũng, nó lăn xuống, bị hút thẳng vào vật lớn hơn này. Đây là trọng lực – một sản phẩm được tạo ra bởi sự uốn cong của không-thời gian.

........(Còn tiếp ...)

Vui lòng đọc tiếp đầy đủ trên ứng dụng truyện TYT (iOS, Android).
Trải nghiệm nghe truyện audio, tải truyện đọc offline, đặc biệt hoàn toàn miễn phí.