Nghiên cứu sai sót ở các tài liệu Việt Nam khi viết về thuyết tương đối :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học cấp trường

IUH1819

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU SAI SÓT Ở CÁC TÀI LIỆU VIỆT NAM

KHI VIẾT VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI

Mã số đề tài: 183.CB02

Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ

Đơn vị thực hiện: khoa Khoa Học Cơ Bản

TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2018

1

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu sai sót ở các tài liệu Việt Nam khi viết về Thuyết tương đối

1.2. Mã số: 183.CB02

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ Khoa Khoa học cơ

bản – Trường Đại học

Công nghiệp TPHCM

Chủ nhiệm đề tài

2 TS. Trần Văn Lượng Khoa Khoa học ứng

dụng – Trường Đại

Học Bách Khoa

TPHCM

Thành viên

1.4. Đơn vị chủ trì: khoa khoa Khoa Học Cơ Bản

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng….. năm…..

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên

nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 15 triệu đồng.

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Mặc dù ra đời đã hơn một thế kỷ, nhưng đến nay Thuyết tương đối vẫn còn ảnh hưởng

rất lớn đến khoa học. Thuyết tương đối đã, đang và sẽ tiếp tục định hướng cho những

nghiên cứu của các nhà vật lí học, vũ trụ học và thiên văn học. Với ý nghĩa to lớn của nó,

những kiến thức cơ bản của thuyết tương đối đã được đưa vào hầu hết các giáo trình, bài

giảng có liên quan đến vật lí hiện đại. Nói về vấn đề này, khi khảo sát phần động học tương

đối tính, các biểu thức về tính đồng thời, quan hệ nhân quả, sự co độ dài, sự chậm lại của

đồng hồ chuyển động, tổng hợp vận tốc… hầu như được biểu diễn như nhau ở các tài liệu

trên thế giới. Thế nhưng đối với phần động lực học tương đối tính thì có sự khác biệt. Chẳng

hạn như công thức về khối lượng: tại Việt Nam, hầu như tất cả các giáo trình, bài giảng từ

bậc đại học đến cao đẳng và ngay cả các sách giáo khoa Vật Lý lớp 12 đều cùng chung quan

điểm cho rằng khối lượng phụ thuộc vào tốc độ:

2

0

2 2 1

m

m

v c





với c là tốc độ ánh sáng, m là khối lượng của vật khi nó chuyển động với tốc độ v (khối

lượng tương đối tính), còn m0 là khối lượng của vật khi nó đứng yên (khối lượng nghỉ).

Trong khi đó các tài liệu hiện đại nổi tiếng của Nga, Mỹ thì đều không đề cập đến công thức

này và cho rằng khối lượng là bất biến. Tại sao lại có sự khác biệt như vậy? Đâu mới thật

sự là quan niệm đúng? Với ý nghĩa to lớn của Thuyết tương đối thì việc hiểu đúng về các

đại lượng vật lý trong đó là rất quan trọng, nó giúp hình thành những nền tảng ban đầu để có

định hướng đúng đắn trong việc nghiên cứu các nghành vât lý hiện đại. Hơn nữa, các kiến

thức được đề cập tới còn liên quan trực tiếp đến sách giáo khoa, tài liệu phổ biến kiến thức

chuẩn của quốc gia, một khi sách giáo khoa có sự sai sót thì sẽ kéo theo nhiều hệ lụy. Do đó

việc làm rõ những vấn đề đã nêu là hoàn toàn cấp thiết.

2. Mục tiêu

Đề tài này sẽ nghiên cứu tìm ra những sai sót của một số quan điểm được công nhận

và lưu hành rộng rãi trong các tài liệu Việt Nam về Thuyết tương đối. Tìm hiểu nguyên

nhân dẫn đến sai sót, trên cơ sở đó kiến nghị những vấn đề cần được chỉnh sửa hợp lí và kịp

thời, góp phần hoàn thiện các giáo trình, sách giáo khoa trong nước nhằm đảm bảo chất

lượng giáo dục.

3. Phương pháp nghiên cứu

Tìm kiếm, thu thập các tài liệu tham khảo về Thuyết tương đối hẹp ở những giai đoạn

khác nhau và bằng nhiều thứ tiếng khác nhau. So sánh sự khác biệt được trình bày tại các

tài liệu. Trên cơ sở phân tích tổng hợp các tài liệu chỉ ra những sai lệch, bất hợp lý của một

số quan điểm được trình bày ở các tài liệu Việt Nam. Tìm hiểu về các bài báo do chính

Einstein viết, từ đó rút ra nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch về kiến thức và kiến nghị những

vấn đề cần được chỉnh sửa.

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

Tìm hiểu các tài liệu về Thuyết tương đối hẹp cho thấy giáo trình vật lý đại cương

nổi tiếng của Nga “Курс Обшей Физики” của tác giả Savelʹev ở những phiên bản cũ

trước năm 1989 có đưa ra khái niệm khối lượng tương đối tính với ý nghĩa: khối lượng

của vật có tính tương đối, giá trị của nó phụ thuộc vào hệ quy chiếu, khối lượng của

vật tăng khi tốc độ tăng. Thế nhưng ở các lần tái bản sau năm 1989, khái niệm khối

lượng tương đối tính đã bị loại bỏ khỏi giáo trình của Saveliev. Những giáo trình nổi

tiếng của Mỹ như “Fundamentals of physics” của Halliday et al. hoặc “Physics for

Scientists and Engineers” của Serway and Jewett đều không đưa khái niệm khối lượng

tương đối tính vào chương Thuyết tương đối. Tại sao lại như vậy? Bởi vì theo quan

điểm hiện đại của thuyết tương đối, chỉ có một khối lượng và khối lượng đó không

3

thay đổi với tốc độ. Tuy nhiên, một thực trạng đáng buồn là cho đến nay, ở Việt Nam hầu

như tất cả các giáo trình, bài giảng, sách giáo khoa vẫn còn giữ nguyên quan điểm cho rằng

khối lượng phụ thuộc vào tốc độ.

Nghiên cứu cho thấy, khái niệm khối lượng tương đối tính hoàn toàn không có ý nghĩa

vật lý và không có cơ sở khoa học, nó cũng không được kiểm chứng bằng thực nghiệm như

một số tài liệu đã viết. Einstein không hề đưa ra khái niệm khối lượng tương đối tính và ông

cũng chưa từng sử dụng nó trong thuyết tương đối. Năm 1948, trong một bức thư gửi cho

Barnett, tác giả quyển sách “The Universe and Dr. Einstein”, Einstein viết : “Thật là không

hay khi đưa ra khái niệm khối lượng 2 2 M m v c  1 của một vật chuyển động, bởi vì

không thể có một sự giải thích rõ ràng về nó. Tốt hơn là không đưa ra một khái niệm khối

lượng nào khác với khái niệm “khối lượng nghỉ” m. Thay vì đưa ra khái niệm khối lượng M

thì ta nên đề cập đến biểu thức động lượng và năng lượng của một vật chuyển động”. Rõ

ràng Einstein không ủng hộ việc sử dụng khái niệm khối lượng tương đối tính, ông đã nhận

thấy khái niệm này chứa nhiều bất cập.

Bất cập đầu tiên là chính sự mâu thuẫn bên trong khái niệm khối lượng tương đối tính.

Khối lượng của một vật là một đặc trưng cố hữu của vật, đó là thước đo về số lượng vật chất

tạo thành vật thể. Vậy thì nguyên nhân của sự tăng khối lượng của một vật khi tốc độ

chuyển động của nó tăng là gì? Lẽ nào có sự thay đổi ở cấu trúc bên trong của vật? Làm thế

nào để có thể thật sự đo được sự tăng khối lượng? Giả sử nếu có một tên lửa đi ngang qua

bạn và có một quan sát viên ngồi trong đó nhìn vào bạn, khối lượng của bạn cũng không thể

tăng lên. Hay nói cách khác, bạn không thể trở thành một lỗ đen nếu bạn chuyển động với

tốc độ đủ nhanh. Nếu sử dụng khái niệm khối lượng tương đối tính đối với photon sẽ dẫn

đến kết luận: "khối lượng nghỉ của photon bằng không" - như chúng ta vẫn thường thấy

trong sách giáo khoa và đa số các tài liệu tham khảo của Việt Nam. Kết luận này chứa đầy

mâu thuẫn, rõ ràng photon không bao giờ tồn tại ở trạng thái nghỉ, vậy thì tại sao lại đem

khái niệm khối lượng nghỉ gán cho nó?

Tại sao dù không tồn tại một giải thích rõ ràng nhưng khái niệm khối lượng tương đối

tính vẫn tồn tại? Năm 1906 Planck bắt đầu nghiên cứu động lực học tương đối tính, ông đưa

ra biểu thức động lượng tương đối tính 2 2

 1 .  

p mv v c

Theo cách khảo sát của Planck thì chỉ có một khối lượng đối với chất điểm chuyển động,

nó không phụ thuộc tốc độ và không phụ thuộc hướng chuyển động. Biểu thức động lượng

tương đối tính của Planck về sau đã được một số tác giả viết lại dưới dạng 

 

p mv , với

2 2

0 m m v c  1 . Những tác giả này sử dụng khái niệm khối lượng tương đối tính với

mục đích đưa biểu thức động lượng tương đối tính về dạng cổ điển 

 

p mv . Bên cạnh việc

“cổ điển hóa” biểu thức động lượng tương đối tính thì công thức liên hệ giữa khối lượng

và năng lượng của Einstein đã bị hiểu sai trong nhiều tài liệu. Ba tháng sau khi viết bài báo