Chưa có sản phẩm trong giỏ hàng.
Thời gian giãn nở là gì? Giải thích từ A-Z dễ hiểu nhất
Thời gian giãn nở là gì? Hiểu một cách đơn giản, thời gian giãn nở (Time Dilation) là hiện tượng được mô tả trong thuyết tương đối của Albert Einstein. Nó cho thấy thời gian có thể trôi qua với tốc độ khác nhau đối với những người quan sát khác nhau. Sự khác biệt này phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố: vận tốc chuyển động tương đối hoặc sự chênh lệch về cường độ của trường hấp dẫn giữa họ. Trong bài viết này, Watchstore sẽ cùng bạn “bóc tách” khái niệm kỳ diệu này một cách dễ hiểu nhất.
1. Thời gian giãn nở là gì? Thuyết tương đối của Einstein
Để hiểu được gốc rễ của sự giãn nở thời gian, chúng ta phải quay ngược về đầu thế kỷ 20 với nhà vật lý thiên tài Albert Einstein. Ông đã làm thay đổi hoàn toàn cách chúng ta nhìn nhận về không gian và thời gian. Thay vì xem thời gian là một hằng số bất biến, một dòng chảy đều đặn cho tất cả mọi người, Einstein đã chứng minh rằng thời gian thực chất lại linh hoạt và có thể “co giãn”.
Khái niệm đột phá này được xây dựng dựa trên hai lý thuyết nền tảng của ông:
- Thuyết tương đối hẹp (1905): Lý thuyết này mô tả mối quan hệ giữa không gian và thời gian đối với các vật thể chuyển động với vận tốc không đổi, đặt nền móng cho sự giãn nở thời gian do tốc độ.
- Thuyết tương đối rộng (1915): Mở rộng hơn, lý thuyết này mô tả lực hấp dẫn như là sự uốn cong của không-thời gian bởi vật chất và năng lượng, từ đó giải thích sự giãn nở thời gian do hấp dẫn.
Chính từ hai trụ cột này mà hai dạng giãn nở thời gian chính đã được làm sáng tỏ.
2. Phân loại 2 dạng giãn nở thời gian chính
Thuyết tương đối của Einstein đã chỉ ra hai nguyên nhân chính khiến thời gian có thể “co giãn”. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết từng loại để thấy chúng tác động đến vũ trụ và chúng ta một cách đáng kinh ngạc như thế nào.
2.1. Giãn nở thời gian do tốc độ (thuyết tương đối hẹp)
Nguyên lý cốt lõi ở đây rất ấn tượng: Càng di chuyển nhanh trong không gian, bạn càng di chuyển chậm trong thời gian so với một người đang đứng yên. Tốc độ của bạn càng tiến gần đến tốc độ ánh sáng, hiệu ứng này càng trở nên rõ rệt.
Để hình dung điều này, các nhà khoa học thường dùng một thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng là “Nghịch lý cặp song sinh”. Hãy tưởng tượng có hai anh em sinh đôi. Một người ở lại Trái Đất, trong khi người kia bắt đầu một chuyến du hành trên con tàu vũ trụ hiện đại, bay với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng.
Sau một thời gian theo lịch của con tàu, người anh em phi hành gia quay trở về. Một điều kỳ diệu xảy ra: anh ta sẽ thấy người anh em ở nhà đã già đi rất nhiều so với mình. Đối với phi hành gia, có thể chỉ vài năm đã trôi qua, nhưng trên Trái Đất, hàng thập kỷ đã kết thúc. Cả hai đều đúng, bởi thời gian đã thực sự trôi chậm hơn đối với người di chuyển nhanh hơn.
Giảm giá!
Casio 40mm Nam EFV-160D-7AVDF
2.751.200
₫
3.439.000đ
-20%
Giảm giá!
Casio 43.4mm Nữ BA-110AH-6ADR
3.593.600
₫
4.492.000đ
-20%
Giảm giá!
Citizen 42.5 mm Nam CA4610-85M
16.000.000
₫
20.000.000đ
-20%
Giảm giá!
Tissot 33mm Nữ T035.246.11.111.00
5.450.000
₫
8.000.000đ
-32%
• Đã bán 5
Giảm giá!
Seiko 41.2 Nam SSJ013J1
54.000.000
₫
60.000.000đ
-10%
2.2. Giãn nở thời gian do hấp dẫn (thuyết tương đối rộng)
Dạng thứ hai cũng không kém phần kỳ diệu, được chi phối bởi lực hấp dẫn. Nguyên lý của nó là: Càng ở gần một vật thể có khối lượng cực lớn (tức là trường hấp dẫn mạnh), thời gian trôi qua càng chậm.
Ví dụ điển hình và dễ liên tưởng nhất có lẽ đến từ bộ phim bom tấn “Interstellar”. Trong phim, các phi hành gia đáp xuống hành tinh Miller, một hành tinh nằm rất gần lỗ đen siêu khối lượng Gargantua. Do lực hấp dẫn khủng khiếp của lỗ đen này làm bẻ cong không-thời gian một cách dữ dội. Thời gian trên hành tinh Miller trôi chậm đến mức khó tin: một giờ ở đó tương đương với bảy năm trên Trái Đất.
Đây chính là sự giãn nở thời gian do hấp dẫn được khắc họa một cách ngoạn mục trên màn ảnh. Về cơ bản, đồng hồ của bạn sẽ tích tắc chậm hơn ở mực nước biển so với khi ở trên đỉnh núi. Bởi vì ở mực nước biển, bạn ở gần tâm Trái Đất hơn một chút và chịu lực hấp dẫn mạnh hơn.
3. Công thức tính sự giãn nở thời gian
Dành cho những bạn đọc yêu thích toán học và muốn đi sâu hơn vào bản chất vật lý, lý thuyết của Einstein cung cấp một công thức chính xác để tính toán hiện tượng này. Với sự giãn nở thời gian do tốc độ, công thức được viết như sau:
Δt’ = Δt1-v2c2
Trong đó:
- Δt’ là thời gian giãn nở (thời gian đo được của người di chuyển).
- Δt là thời gian của người quan sát đứng yên.
- v là vận tốc của người di chuyển.
- c là tốc độ ánh sáng (khoảng 299,792 km/s).
Nhìn vào công thức, bạn có thể thấy rằng khi vận tốc v tăng lên và tiến gần tới tốc độ ánh sáng c, mẫu số sẽ tiến về 0, khiến cho thời gian Δt’ của người di chuyển trở nên lớn hơn rất nhiều so với người đứng yên.
Xem thêm: Tìm hiểu lực đàn hồi: Đặc điểm, công thức, ứng dụng thực tế
4. Ứng dụng thực tế của giãn nở thời gian
Lý thuyết nghe có vẻ trừu tượng, nhưng sự giãn nở thời gian không chỉ nằm trên giấy mực. Nó hiện hữu và có những ứng dụng vô cùng quan trọng mà nếu thiếu đi, cuộc sống hiện đại của chúng ta sẽ bị ảnh hưởng rất lớn.
4.1. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
Đây là ví dụ thuyết phục nhất về sự tồn tại của giãn nở thời gian. Các vệ tinh GPS bay quanh Trái Đất ở độ cao khoảng 20,200 km với tốc độ gần 14,000 km/giờ. Hoạt động của chúng bị ảnh hưởng bởi cả hai loại giãn nở thời gian:
- Do tốc độ: Vì chúng bay rất nhanh, đồng hồ trên vệ tinh chạy chậm hơn đồng hồ trên Trái Đất khoảng 7 micro giây mỗi ngày.
- Do hấp dẫn: Vì chúng ở xa Trái Đất hơn, chúng chịu trường hấp dẫn yếu hơn, khiến đồng hồ trên vệ tinh chạy nhanh hơn đồng hồ trên mặt đất khoảng 45 micro giây mỗi ngày.
Tổng hợp lại, đồng hồ trên vệ tinh GPS chạy nhanh hơn khoảng 38 micro giây mỗi ngày. Các kỹ sư phải lập trình để hệ thống liên tục hiệu chỉnh sự chênh lệch thời gian này. Nếu không tính đến sự giãn nở thời gian, hệ thống định vị GPS sẽ sai lệch tới 10 km mỗi ngày và trở nên hoàn toàn vô dụng.
4.2. Đồng hồ nguyên tử trên máy bay
Năm 1971, trong một thí nghiệm kinh điển mang tên Hafele–Keating, các nhà khoa học đã đặt những chiếc đồng hồ nguyên tử siêu chính xác lên các máy bay thương mại bay vòng quanh thế giới. Sau chuyến đi, khi so sánh, những chiếc đồng hồ này đã chạy chậm hơn một phần nhỏ của một giây so với những chiếc đồng hồ được giữ lại ở mặt đất. Mặc dù cực nhỏ, sự sai khác này khớp chính xác với những gì thuyết tương đối của Einstein đã dự đoán.
4.3. Tuổi thọ của hạt Muon
Hạt Muon là những hạt hạ nguyên tử được tạo ra khi tia vũ trụ va chạm với tầng khí quyển trên cao. Chúng có thời gian sống cực ngắn, chỉ khoảng 2.2 micro giây. Với thời gian này, chúng đáng lẽ chỉ có thể đi được một quãng đường ngắn trước khi phân rã.
Tuy nhiên, các nhà khoa học lại phát hiện ra chúng với số lượng lớn trên mặt đất. Lý do là vì chúng di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, thời gian đối với chúng bị “giãn ra”, cho phép chúng “sống” đủ lâu để hoàn thành cuộc hành trình xuống mặt đất từ góc nhìn của chúng ta.
Xem thêm: Thiên văn học: khám phá vũ trụ bao la cho người mới
5. FAQs – Các câu hỏi thường gặp về giãn nở thời gian
Sau khi khám phá các lý thuyết và bằng chứng thực tế, chắc hẳn trong đầu bạn đang có rất nhiều câu hỏi thú vị và tò mò về hiện tượng này. Dưới đây là phần giải đáp cho một số thắc mắc phổ biến nhất liên quan đến sự giãn nở thời gian.
5.1. Du hành thời gian tới tương lai có khả thi không?
Trả lời: Về mặt lý thuyết, câu trả lời là có. Dựa trên sự giãn nở thời gian do tốc độ, nếu bạn có thể xây dựng một con tàu vũ trụ di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng, bạn có thể thực hiện chuyến đi trong vài năm. Khi quay trở lại, hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm đã trôi qua trên Trái Đất. Về cơ bản, bạn đã du hành đến tương lai của Trái Đất.
5.2. Sự giãn nở thời gian có ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày không?
Trả lời: Có, nhưng ở một quy mô cực kỳ nhỏ mà chúng ta không thể nhận biết được. Ví dụ, do ảnh hưởng của lực hấp dẫn, đầu của bạn về mặt kỹ thuật sẽ “già” hơn một vài nano giây so với bàn chân của bạn trong suốt cuộc đời. Sự chênh lệch là có thật nhưng quá nhỏ để có bất kỳ ý nghĩa thực tế nào.
5.3. Tại sao chúng ta không cảm nhận được hiện tượng này?
Trả lời: Lý do chúng ta không cảm nhận được sự giãn nở thời gian trong cuộc sống hàng ngày là vì sự chênh lệch về tốc độ và lực hấp dẫn mà chúng ta trải qua là quá nhỏ so với các hằng số vũ trụ. Tốc độ của một chiếc ô tô hay máy bay không là gì so với tốc độ ánh sáng, và sự khác biệt về lực hấp dẫn giữa tầng hầm và tầng áp mái là không đáng kể.
Như vậy, chúng ta đã cùng nhau đi qua một hành trình khám phá để trả lời câu hỏi thời gian giãn nở là gì. Từ những lý thuyết vĩ đại của Einstein, ta thấy rằng thời gian không phải là một dòng chảy bất biến và tuyệt đối như ta vẫn lầm tưởng. Bạn nghĩ sao về khái niệm “hack não” nhưng vô cùng thú vị này? Hãy để lại suy nghĩ của bạn ở phần bình luận bên dưới nhé! Nếu thấy bài viết hữu ích, đừng ngần ngại chia sẻ nó cho bạn bè và người thân cùng khám phá.
