Một gam ánh sáng giá bao nhiêu?

56

Một gam ánh sáng giá bao nhiêu?

Mới gần đây thôi, thuyết tương đối chuyên biệt chỉ được một nhóm chuyên gia thu hẹp lại. Mười lăm năm trước, chỉ có các nhà vật lý mới nghiên cứu cụ thể về nó. Dần dần nó bắt đầu thâm nhập vào các chương trình của các trường kỹ thuật. Và hiện nay những kiến ​​thức cơ bản của lý thuyết Einstein được dạy trong các lớp tự chọn dành cho học sinh trung học. Thậm chí còn có nhiều trẻ em đọc tài liệu phổ biến về vấn đề này hơn, vốn đã xuất hiện tràn lan trong vài năm qua.

Nhưng nếu bạn muốn thực sự nghiên cứu thuyết tương đối, chỉ đọc những cuốn sách rất hay thôi cũng chưa đủ. Tiêu chí để biết bạn có nhận thức được mọi thứ hay không, có thực sự hiểu hay không chỉ có thể là một nghiên cứu độc lập nhỏ - lời giải bài toán.

Ở đây chúng ta sẽ nói ngắn gọn về hai cuốn sách giúp bạn học cách giải bài toán trong thuyết tương đối. Một trong số họ đưa ra lý thuyết tương đối, rất rõ ràng và giống như máy chủ, nhưng đồng thời có thể tiếp cận được đối với một học sinh trung học mạnh mẽ. Chúng ta đang nói về cuốn sách “Vật lý không-thời gian”*, xuất bản lần thứ hai vào năm 1971, bởi E. Taylor và J. Wheeler. Tác giả của cuốn sách này là những nhà vật lý nổi tiếng người Mỹ và những giáo viên xuất sắc. Cuốn sách thứ hai là “Tiểu học bài toán-

*) E. Taylor, J. Wheeler, Vật lý không-thời gian, “Mir”, 1971

biệt danh về thuyết tương đối" của Yu. I. Sokolovsky *). Cuốn sách này được xuất bản trong bộ “Thư viện của Trường Vật lý và Toán học”, do nhà xuất bản Nauka xuất bản. Tên của tác giả của bài toán được nhiều độc giả biết đến liên quan đến những cuốn sách nổi tiếng được xuất bản nhiều lần của ông về lý thuyết tương đối. Các cuốn sách của E. Taylor và J. Wheeler và Yu. I. Sokolovsky hoàn toàn khác nhau, và như vậy không hoàn toàn chung chung lời giải - về hai cuốn sách cùng một lúc - được viết để nhấn mạnh điều gì đã đánh lừa chúng. Điều gắn kết những cuốn sách này là bài toán được đặt trong chúng.

Đối với những học sinh trung học quyết định học thuyết tương đối, các em cần đến trường bài toán: ít nhất bộ máy toán học không vượt ra ngoài phạm vi chương trình học ở trường. Nói chung, có khá nhiều trong số bài toán này, nhưng chúng nằm rải rác trong nhiều cuốn sách khác nhau mà học sinh không thể tiếp cận được. Lý thuyết Học sinh trung học và giáo viên đã nhận được một món quà tuyệt vời - bộ sưu tập học đường bài toán về lý thuyết tương đối. Mỗi cuốn sách chúng tôi đã chỉ ra chứa khoảng một trăm bài toán. Một số dễ, dễ tiếp cận đối với người mới bắt đầu, còn một số thì khó, đòi hỏi kiến ​​thức khá sâu. Họ buộc chúng tôi phải làm điều đó

nghĩ về nhiều điều tưởng chừng như bình thường. Đôi khi người đọc sẽ phải đọc lại những gì mình đã đọc trong những cuốn sách khác và có thể đọc những cuốn mới.

Tất nhiên, cuốn sách của E. Taylor và J. Wheeler có thể được sử dụng đồng thời làm sách giáo khoa. Dạy thuyết tương đối là mục tiêu chính của các tác giả và họ đã thực hiện điều đó một cách nhanh chóng. Cuốn sách giải các bài toán của Sokolovsky yêu cầu người đọc mang theo trên bàn một số sách khoa học mang tính giáo dục hoặc phổ thông về thuyết tương đối. Trình độ sách cũng khác nhau; Tuyệt đối không thể có chuyện một người mới đọc sẽ thấy “Vật lý không-thời gian” khó, và sau đó người ta nên đọc một cuốn sách khác, một cuốn sách đơn giản hơn.

Công thức của bài toán trong cuốn sách của E. Taylor và J. Wheeler đôi khi bất ngờ nhưng luôn thú vị. Những thách thức, nghịch lý của thuyết tương đối thường rất hài hước và không hề đơn giản chút nào. Taylor và Wheeler viết: “Khi Einstein còn là một đứa trẻ, ông ấy đã bối rối trước câu đố này: người chạy đường nhìn mình trong gương mà ông ấy cầm trước mặt bằng bàn tay dang rộng; Nếu ông ấy chạy gần như với tốc độ ánh sáng, liệu ông ấy có thể nhìn thấy mình trong gương không? hệ thống báo cáo - tất cả điều này không tuyệt vời sao? Câu hỏi trong tiêu đề của lời giải này hóa ra không phải là vô nghĩa.

Trong cuốn sách vấn đề của Yu. I. Sokolovsky, vấn đề này được trình bày như sau: “Một gram ánh sáng có giá bao nhiêu nếu giá điện là 4 kopecks mỗi kilowatt giờ và hiệu suất của nguồn sáng điện là 10%?” Bạn nghĩ bao nhiêu? Con số đáp số thật đáng kinh ngạc - hóa ra là 10 triệu rúp. Không tin hãy xem thử nhé *).

Đây là một bài toán đơn giản khác từ cùng một bài tập: “Một nhà văn khoa học viễn tưởng (S. Lem trong “Astronauts”, G. Martinov trong “Kalistyans”, v.v.) nói về sự cần thiết phải có một chuyến bay thẳng và hợp pháp của một con tàu cơ giới ở tốc độ gần ánh sáng. Các tác giả thấy lý do dẫn đến tình trạng đau đớn của các phi hành gia là do khối lượng của họ tăng lên “theo thuyết tương đối của Einstein.” Hãy bày tỏ ý kiến ​​của bạn về tính hợp lý của ảnh hưởng của tốc độ gần ánh sáng đến sức khỏe của các phi hành gia.”

Quy tắc cơ bản của Wheeler, được đưa ra trước bài toán trong chương đầu tiên của cuốn sách “Vật lý không-thời gian”, rất đáng đọc. Nó có vẻ như thế này: “Đừng bao giờ bắt đầu tính toán cho đến khi bạn biết đáp số. Trước mỗi phép tính là một phép tính ước tính; thu hút các thông điệp vật lý đã được xử lý (đối xứng! Bất biến! bảo toàn!) trước khi bắt đầu lựa chọn chi tiết; tiếp tục với đáp số có ​​thể cho mỗi câu đố. Hãy dũng cảm lên, vì không có cách nào *)

*) Như nhau bài toán được thảo luận trong cuốn sách của L. D. Landdu và Y. V. Rumer “Thuyết tương đối là gì?”

không quan trọng chính xác bạn đã đề xuất điều gì. Vì vậy hãy đoán một cách nhanh chóng và trực quan. Những dự đoán tốt sẽ củng cố trực giác này. Những phỏng đoán sai mang lại sự sợ hãi hữu ích.” Hãy tuân theo quy tắc hữu ích này cho lời giải trong tổng số bài toán.

Ấn bản thứ hai của “Vật lý không-thời gian” có chứa lời giải bài toán, nhưng đừng vội sửa đổi chúng! Tất cả bài toán, tất nhiên là liệu tổn hại có thể giải quyết được hay không. Có lẽ điều này là không cần thiết, mặc dù lời giải bài toán là đáp số cho một câu hỏi hóc búa khác, tìm hiểu một hiện tượng vật lý mới hoặc giải quyết một nghịch lý cũ.

Nói chung, cách tiếp cận bài toán trong cuốn sách của Yu. I. Sokolovsky khá loại bỏ. Tuy nhiên, đôi khi người ta bị nhầm lẫn bởi thuật ngữ được sử dụng. Ví dụ như những từ “sự kiện đồng thời là tâm chữ cái” (bài toán số 14) hay “sự kết hợp giữa M và N, sự kiện đơn tâm chữ và tâm beta A” (bài toán số 15) nghe khá nặng nề và khó hiểu.

Có lẽ cuốn sách vấn đề nên chú ý nhiều hơn đến vấn đề đại lượng bất biến. Lời giải nhiều khó khăn bài toán Yu. I. Sokolovsky trình bày trong suốt khóa học. Tôi ước gì khi bài toán được phát hành lại, chúng sẽ được viết chi tiết hơn.

Cả hai cuốn sách được thảo luận ở đây đều được viết bởi những người có kinh nghiệm giảng dạy sâu rộng và đã vượt qua thuyết tương đối trong nhiều năm. Không nghi ngờ gì nữa, chúng sẽ hữu ích cho những ai quyết định nghiên cứu chúng trên máy chủ.

A. B. Geller