Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC
Văn Nhạn
SVTHV: Lư Thị Bé Bay
TRƯỜNG
ĐẠI Lê
HỌC
CẦN THƠ

KHOA SƯ PHẠM


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NHỮNG HẠN CHẾ CỦA CƠ HỌC
NEWTON VÀ THUYẾT TƯƠNG
ĐỐI HẸP EINSTEIN

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TH.S LÊ VĂN NHẠN

LƯ THỊ BÉ BAY
MSSV:1100196
Lớp: Sư Phạm Vật Lý - K36

Cần Thơ, Tháng 08/2013
[Type text]

Page 1


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Lời cảm ơn!!!
Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm bộ môn, các giảng
viên trong khoa sư phạm, bộ môn vật lý thuộc trường ĐH Cần Thơ. Đã giúp đỡ
em trong những năm học tại bộ môn vật lý và tạo điều kiện cho em được làm
luận văn này.
Đặt biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn ThS.
Lê Văn Nhạn – người đã hết lòng giúp đỡ chỉ bảo tận tình cho em để em có ý
tưởng về đề tài và hoàn thành được luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn
các thầy cô trong bộ môn, trong thư viện khoa sư phạm cũng như thư viện của
trường đã đóng góp cho em nhiều ý kiến, những tài liệu bổ ích để luận văn của
em hoàn thiện hơn. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đã
ủng hộ, động viên để em hoàn thành luận văn này.
Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên thực hiện một đề tài nghiên cứu nên mặc
dù cố gắng hết sức mình nhưng luận văn này không tránh được những sai sót.
Bởi vậy em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn sinh viên
để luận văn hoàn thiện hơn.
Chân thành cảm ơn.
Cần Thơ, Tháng

Năm


Sinh viên làm luận văn
Lư Thị Bé Bay

[Type text]

Page 2


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

A. MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Mọi hiện tượng vật lý đều diễn ra trong không gian và thời gian. Do đó,
khái niệm không gian và thời gian là những khái niện cơ bản.
Trước khi thuyết tương đối Einstein ra đời, khái niệm không gian và thời
gian được xây dựng đầy đủ nhất trong cơ học Newton. Đó là khái niệm không
gian tuyệt đối và thời gian tuyệt đối. Vật lý học cổ điển dựa trên nền tản không
gian tuyệt đối và thời gian tuyệt đối đã phù hợp tốt đẹp với thực nghiệm và dẫn
đến những ứng dụng quan trọng.
Cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, khi nghiên cứu những hiện tượng liên
quan đến ánh sáng hoặc những vận tốc lớn so sánh được với vận tốc ánh sáng,
người ta nhận thấy rằng khái niệm củ không còn phù hợp nữa. Từ đó người ta
đặt vấn đề xem xét lại về các khái niệm không gian và thời gian. Trong tình
hình đó, thuyết tương đối của Einstein ra đời xây dựng lại những khái niệm
không gian và thời gian khác hẵn những khái niệm củ của Newton. Và cũng từ

đó, nó đánh dấu sự ra đời của vật lý học hiện đại.
Với lý do trên nên trong quá trình tìm kiếm đề tài luận văn tốt nghiệp, tôi đã
quyết định chọn đề tài “Những Hạn Chế Của Cơ Học Newton Và Thuyết
Tương Đối Hẹp Einstein “

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
Thông qua việc nghiên cứu đề tài này giúp tôi có được kiến thức vững vàng
hơn về các lý thuyết liên quan đến Cơ Học Newton và Thuyết tương đối . Nắm
được những hạn chế chủ yếu của Cơ Học Newton và những điểm mới quan
trọng trong thuyết tương đối Einstein. So Sánh lý thuyết tìm những điểm mới
và những hạn chế, những hệ quả được rút ra.

3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.
Lý thuyết cơ học Newtơn.
[Type text]

Page 3


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Thuyết tương đối hẹp Eisntein.
Các sách, tài liệu nói về các lý thuyết cơ học Newtơn, thuyết tương đối hẹp
Eisntein.

4. CÁC GIẢ THUYẾT ĐỀ TÀI.

Các vấn đề trong cơ học newton.
Sự ra đời của thuyết tương đối hẹp Eisntein.
Thuyết tương đối hẹp và những hệ quả của nó.

5. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH.
Bước 1: Nghiên cứu lý thuyết, các tài liệu liên quan.
Bước 2: Tìm hiểu các vấn đề trong cơ học Newton.
Bước 3: Tìm hiểu tổng quan về Thuyết tương đối Nghiên cứu sâu thuyết tương
đối hẹp.
Bước 4: So sánh giữa 2 vấn đề tìm ra điểm mới và những hạn chế.
Bước 5: Hoàn thành đề tài.

6. ỨNG DỤNG.

7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến cơ học cổ điển,
thuyết tương đối và các hệ quả của chúng.
Đọc sưu tầm nghiên cứu các tài liệu bài viết liên quan.

8. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI.
Nghiên cứu các khái niệm cơ bản.
Các vấn đề trong cơ học Newton.
Thuyết tương đối hẹp.
Những hệ quả của chúng.

9. CÁC THUẬT NGỮ QUAN TRỌNG.

[Type text]

Page 4



Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. SƠ LƯỢC CƠ HỌC NEWTON.
1.1.

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA CƠ HỌC NEWTON.
Như ta đã biết, Galile là người sáng lập ra phương pháp thực nghiệm,
ông đã làm thí nghiệm một cách có hệ thống, và dựa vào kết quả thí nghiệm và
quan sát để mô tả hiện tượng một cách chính xác, đi đến những định luật định
lượng. Nhưng ông chỉ mới chỉ ra nhưng định luật mang tính chất cục bộ, chưa
nêu lên được những quy luật tổng quát.
Đêcác dùng phương pháp diễn dịch, xuất phát từ những tiên đề tổng
quát nhất để đi đến những kết luận bộ phận, nhằm giải thích nguyên nhân các
hiện tượng. Nhưng ông đã quá đề cao vai trò của lý trí, của sự suy luận, coi nhẹ
thực nghiệm, nên nhiều khi nêu ra những tiên đề có tính tùy tiện và đi đến
những kết quả sai lầm.
Trái với Đêcác, Newton ( 1613-1727) cho rằng thực nghiệm, kinh
nghiệm là nguồn gốc duy nhất của tri thức. Trong khi Đêcác đề cao sự suy luận
và việc xây dựng những nguyên lý làm cơ sở cho suy luận, thì Newton đặt biệt
chú trọng đến thực nghiệm và ít quan tâm đến sự xây dựng lý thuyết. Vì thế,
Newton nhiều khi đã dừng lại ở bước mô tả hiện tượng, không tiến lên bước
giải thích hiện tượng.
Newton đã rút kinh nghiệm của những người đi trước để xây dựng

phương pháp của mình. Ông cũng xuất phát từ thực nghiệm, rất coi trọng vai
trò cảu thực nghiệm, và đã đi đến được những định luật tổng quát. Ông không
nhằm mục đích giải thích bản chất các hiện tượng, không đưa ranhuwgx cách
giải thích gò bó, thiếu căn cứ, nhưng cũng không phản đối việc giải thích khi
có điều kiện làm được.
Phương pháp của Newton có một tiến bộ rất lớn là đề cao thực nghiệm,
đề cao những quy luật có tính chất địh lượng, làm cho vật lý thực sự trở thành

[Type text]

Page 5


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

một khoa học chính xác. Phương pháp này có ảnh hưởng sâu sắc đến các nhà
vật lý của thế kỷ XVIII và XIX.
Cơ học Newton được trình bày đầy đủ và có hệ thống lần đầu tiên trong
cuốn << Nguyên lý toán học của triếc học tự nhiên>> (1687). Trong cuốn sách
đó tác giả trình bày một loạt những định nghĩa các khái niệm cơ bản của cơ
học, những quy luật cơ bản, à nyhuwngx ứng dụng cụ thể của các quy luật đó.
1.1.1.

Khái niệm khối lượng.
Trong << Nguyên lý toán học của triếc học tự nhiên>>, Newton đã
dành định nghĩa đầu tiên nói về khối lượng:

“ Lượng vật chất là số đo vật chất, cùng phát sinh từ mật độ và thể tích
của vật chất”
Và Newton nói thêm : trong các phần sau này, tôi sẽ gọi lượng đó là
“vật “ hoặc là “khối lượng”. Ngoài ra, Newton còn dùng nhiều từ khác để chỉ
“lượng vật chất” đó như: vật chất, trữ lượng vật chất, độ lớn (của vật), lực quán
tính…
Việt dùng quá nhiều từ như vậy dể chỉ “ lượng vật chất” đủ để chứng tỏ
rằng đây là một khái niệm khó định nghĩa, khó quan niệm.
Đối với những vạt cùng loại như nhau có thể hình dug được” lượng vật
chất” tỉ lệ với thể tích của vật, thí dụ như một thùng nước chứa nhiều vật chất
hơn một cốc nước. Nhưng đối với những vật khác loại nhau, thí dụ một miếng
gỗ và một miếng đồng cùng thể tích như nhau, thì vật nào chứa nhiều vật chất
hơn? Theo quan niệm của Newton thì vật chất có tính gián đoạn, và gồm những
hạt như nhau, những “ nguyên tử” như nhau không thể phân chia được nữa.
Vậy lượng vật chất là số lượng các nguyên tử chứa trong vật. Miếng đồng chứa
nhiều “ nguyên tử” hơn miếng gỗ, mật độ nó lớn hơn, và “ lượng vật chất“
của nó nhiều hơn.
Newton nói thêm: “ khối lượng được xác định theo trọng lượng của vật,
vì khối lượng tỉ lệ với trọng lượng”. Người ta dùng cân để đo trọng lượng và

[Type text]

Page 6


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay


đồng thời đo khối lượng của vật. Chính vì thế trước đây người ta vẫn dùng
cùng một đơn vị để đo khối lượng và trong lượng ( thí dụ kilôgam khối và
kilôgram lực), và nhiều khi có sự lẫn lộn giữa khối lượng và trọng lượng. Ta
biết rằng khối lượng của một vật nhất định là không đổi ( nói chính xác hơn,
cho phù hợp với tương đối luận Anhstanh: khối lượng tĩnh là không đổi),
nhưng trọng lượng của nó thay đổi tùy theo vị trí trên trái đất, và trên các con
tàu vũ trụ, vật còn có thể mất trọng lượng “ trạng thái khoobg trọng lượng”. Vì
vậy lấy trọng lượng làm biểu hiện cụ thể cho khối lượng là chưa đầy đủ và
chưa chính xác, nên bên cạnh các định nghĩa khối lượng là lượng vật chất,
Newton còn đưa ra định nghĩa khối lượng là số đo quán tính, định nghĩa này
nói lên được ý nghĩa cơ bản của khối lượng.
1.1.2. Khái niệm quán tính.
Newton định nghĩa: “ Lực bẩm sinh của vật chất là khả năng trở kháng
sẵn có của nó, do khả năng đó, chừng nào một vật riêng lẻ còn được để yên tự
nó , thì nó vẫn để yên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẵng đều” và
Newton nói thêm “ Lực bẩm sinh đó bao giờ cũng tỉ lệ với khối lượng. Nếu
như nó được phân biệt khác với quán tính của khối lượng, đó chẵng qua là do
quan niệm của ta về nó mà thôi”
Như vậy, theo Newton, “ lực bẩm sinh chính” là khối lượng, là số đo
quán tính của vật. Newton đã dùng thuật ngữ “ lực bẫm sinh” để nói đây là một
đặt tính nội tại của vật, gắn liền với vật,khác với những “ lực” khác từ bên
ngoài tác dụng lên vật. Newton quan niệm rằng nêu không có tác dụng khác từ
bên ngoài tác dụng lên vật, thì vật chỉ có thể đứng yên hoặc chuyển động thẳng
đều. Khả năng trở kháng sẵn có của nó chống lại mọi sự thay đổi đưng yên
hoặc chuyển động thẳng đều, và khi có tác dụng từ bên ngoài lên vật, cũng phải
khó khăn mới làm cho vật thay đổi được trạng thái đó. Tác dụng tù ngoài đó
gọi là cái gì, điều đó newton không trả lời được một cách rõ rang, vì thế sau
này, muốn giải thích chuyển động của các hành tinh, Newton phải nêu ra “ cái
hích ban đầu” của Thượng đế để trao cho mỗi hành tinh một vận tốc ban đầu

thích hợp. Quan niệm của Newton về quán tính là một sự đơn giản hóa mức độ
[Type text]

Page 7


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

vận động của vật chất. Chuyển động cơ học đã là một dạng riêng biệt của của
sự vật động của vật chất( theo nghĩa rông) và chuyển động quán tính( thẳng và
đều) lại chỉ là một chuyển động riêng của chuyển động cơ học. Vì vậy không
thể nói được rằng đặt tính nội tại của một vật chất là chỉ có thể chuyển động
thẳng đều thôi. Awngghen đã gọi quán tính là “ biểu hiện của mặt trái của sự
không biến mất của chuyển động”. Vận động là thuộc tính cơ bản của vật chất,
vận động không thể bị hủy diệt và quán tính chỉ là một sự biểu hieenjcuar sự
bảo toàn của vật chất.
Vật lý học hiện đại không còn dùng khái niêm “ lượng vật chất” nữa, vì
khối lượng đó không rõ ràng và không phải ánh một thuộc tính cụ thể nào của
vật chất cả. Ngày nay, chúng ta dùng định nghĩa “ khối lượng là số đo quán
tính của vật”.
Sau này, khi thành lập định luật vạn vật hấp dẫn, Newton cũng đã dùng
khái niệm khối lượng định nghĩa như trên (khối lượng quán tính) để đặt trưng
cho sự hấp dẫn của các vật.Quán tính và hấp dẫn là hai biểu hiện hoàn toàn
khác biệt nhau và độc lập với nhau, tại sau chúng lại cùng được đặc trưng bằng
một loại khối lượng? Đúng ra, phải gọi khối lượng nằm trng công thức định
luạt van vật hấp dẫn là khối lượng hấp dẫn, khác với khối lượng quán tính.

Nhưng thực nghiệm đã chứng tỏ với mức chính xác rất cao rằng hai khối lượng
đó hoàn toàn bằng nhau. Cơ học Newton không giải thích được, và cũng không
đặt vấn đề giải thích vấn đề đó, coi nó như một sự trùng hợp ngẫu nhiên của hai
đại lượng vật lý. Mãi sau này, trong thuyết tương đối rộng, Anhstanh mới
chưng minh được rằng quán tính và hấp dẫn là hai hiện tượng có therethay thế
lẫn nhau, hoặc bù trừ nhau được, và do đó nêu ra “nguyên lý tương đương”:
Khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn là đồng nhất như nhau. Do đó
muốn phát biểu một cách đầy đủ hơn, ta phải định nghĩa “ khối lượng là số đo
quán tính và tính hấp dẫn của vật”.
Tuy nhiên, ngày nay cũng có một số người mốn bảo vệ khối lượng là
lượng vật chất à cho rằng khái niệm đó vẫn có một nội dung vật lý nhất định.
Khi ta nói “ tôi mua một kilôgram thịt” là mua một lượng thịt, một lượng vật
[Type text]

Page 8


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

chất nhất định, chứ không phải mua một kilogram quán tính hay mọt kilogram
hấp dẫn của miếng thịt.
Cách lập luận như thế là chưa đầy đủ. Vật chất có đặc tính chung là nó
tồn tại khách quan, ngoài ý muốn của ta. Nhưng nó lại là đa dạng và các dang
vật chất khác nhau không những về lượng mà cả về chất nữa. Prôtôn khác
electron về chất, thịt khác với gỗ về chất, cho nên nói một kilogram thịt và một
kilogram gỗ cùng chứa cùng một lượng chất như nhau là không có ý nghĩa vật

lý.
Cách nói ‘ mua một kilogram” thịt chũn giống như cách nói “ mua một
mét vải”. Chúng ta không mua quán tính, không mua độ dài, nhưng chúng ta
mua một lượng thịt có quán tính bằng một kilogram , một lượng vải có độ dài
một mét. Quán tính và độ dài ở đây là những đặt trưng dùng để so sánh những
lượng vật chất cùng loại. Vì thế ta có thể so sánh một kilogram thịt với hai
kilogram thịt( cùng một loại thịt), một mét vải với hai mét vải( cùng một loại
vải), nhưng không thể nào đặt vấn đề so sánh một kilogram thịt với hai
kilogram gỗ, hoặc một mét vải với hai mét dây thép.
1.1.3.

Khái niệm động lượng.
Newton đã định nghĩa: “ Động lượng là số đo chuyển động, được xác
định tỉ lệ với vận tốc và khối lượng”. Khái niệm động lượng sau này được sử
dụng trong định luật II của Newton. Ngayd nay chúng ta thường sử dụng “
xung lượng” để chỉ lượng đó (

)

Vào thế kỷ XVII, do yêu cầu của kỹ thuật, các nhà vật lý phải nghiên
cứu sự va chạm của các vật. Khi hai vật va chạm nhau, và sự va chạm đó tuân
theo định luật bảo toàn chuyển động: vật này mất bao nhiêu chuyển động thì
vật kia thu bao nhiêu chuyển động. Nhưng cái gì là số đo chuyển động, lượng
nào được bảo toàn trong suwjva chạm của hai vật? Khoảng cuối thế kỷ XVII,
đầu thế kỷ XVIII, đã nổ ra cuộc luận chiến sôi nổi của hai phái Đêcác và
Lepnich. Phái Đêcác cho rằng số đo chuyển động là động lượng, tức là tích
“m.v”, và động lượng được bảo toàn trong sự va chạm. Phái Lepnich cho rằng
số đo chuyển động là hoạt lực, tức là tích
[Type text]


* mà ngày nay ta gọi là động
Page 9


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

năng, và hoạt lực được bảo toàn trong va chạm. Ngày nay, chúng ta biết rằng
nếu va chạm là tuyệt đối đàn hồi thì động năng và xung lượng được bảo toàn và
truyền từ vật này sang vật kia; neeuas va chạm là tuyệ đối không đàn hồi thì
động năng biến hoàn toàn thành dạng năng lượng khác. Vào thể kỷ XVIII,
khái niệm va chạm tuyệ đối đàn hồi và va chạm tuyệ đối không đàn hồi chưa
được hình thành trong cơ học. Các va chạm thực hiện trong thực nghiệm chỉ
gần đúng là đàn hồi hoặc không đàn hồi, nên sự bảo toàn của các đại lượng
hoặc

chỉ được nghiệm một cách gần đúng. Đó là lý do làm nảy sinh

cuộc tranh luận giữa hai phái Đềcác và Lepnich. Nhưng ngay thời bấy giờ ,
Ăngghen cũng đã nêu rõ một cách sâu sắc rằng chuyển động cơ học có hai số
đo: nếu chuyển động cơ học truyền đi sao cho nó vẫn giữ nguyên là chuyển
động cơ học, thì lượng

được truyền từ vật này sang vật khác, nhưng nếu nó

biến mất, không còn là chyển động cơ học nữa, mà chuyển hóa thành thế năng
,nhiệt ,điện…hoặc nó chung thành một dạng chuyển động khác thì lượng của

dạng chuyển động mới này tỷ lệ với

của vật chuyển động ban đầu. “

Tóm lại,

là chuyển động cơ học đo bằng chính bản than chuyển động cơ

học, còn

là chuyển động cơ học đo bằng khả năng nó có thể chuyển hóa

thành một lượng nhất định của một dạng chuyển động khác”
Như vậy Ăngghen đã nêu lên một cách sâu sắc mối quan hệ mật thiết
giữa các quá trình cơ học với các quá trình không phải cơ học. Nhưng tư tưởng
đó của Ăngghen không được các nhà vật lý học đương thời tiếp thu, và người
ta cho rằng mọi dạng chuyển động đều có thể quy được về chuyển động cơ
học.
Khoa học ngày nay đã có đủ cơ sở để chứng minh nững lý thiết đó của
Ăngghen. Theo quan niệm của triếc họa duy vật biện chứng và của khoa học
hiện đại, chuyển động là đặt tính cơ bản, đặt tính nội tại của vật chất. Chuyển
động theo nghĩa tổngg quát nhất ( thường gọi là vận động) bao gồm các quá
trình vật lý, hóa học, sinh lý….và cả sự sống và tư duy nữa. Chuyển động cơ
học( sự dời chỏ trong không gian và thời gian) là dạng đơn giản nhất của
chuyện động nói chung.
[Type text]

Page 10



Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Trong chyển động cơ học, khi không có tác dụng của vật khác, mõi vật
đều chuyển động theo quán tính, tức là thẳng và đều. Nó giữ nguyên vận tốc
của nó về phương, chiều và độ lớn và tự nó không thể dừng lại được. Không
thể mất hoặc thay đổi vận tốc được, tức là chuyển động của nó được bảo toàn.
Vì thế Ăngghen gọi quán tính là biểu hiện “ mặt trái” của sự không biến mất
của chuyển động. Biểu hiện quan trọng hơn, biểu hiện “ mặt phải”, “ mặt tích
cực” của sự không biến mất chuyển động là sự truyền chuyển động từ vật này
sang vật khác.
Nếu hai vật tương tác với nhau sao cho chuyển động cơ học của vật này
truyền sang vật kia vẫn giữ nguyên là chuyển động cơ học, thì động lượng( và
động năng) của hệ vật được bảo toàn. Động lượng ( và động năng) của vật này
tăng bao nhiêu thì động lượng( và động năng ) của vật kia giảm bất nhiêu. Sự
bảo toàn động lượng ở đây củng có nghiacx là sự bảo toàn chuyển động cơ học.
Vì thế Ăngghen gọi

là “ chuyển động cơ học đo bằng chính bản than

chuyển động cơ học”.
Nếu trong tương tác giữa các vật với nhau, một phần hoặc toàn bộ
chuyển động cơ học biến thành dạng chuyển động khác, thí dụ biến thành
nhiệt, thì động năng của hệ không bảo toàn. Nhưng ta có thể dùng động năng
(và động lượng) để nghiên cứu qua trình biến đổi chuyển động cơ thành chuyển
động nhiệt. Trong trường hợp, này động năng của hệ giảm bao nhiêu lần thì
xuất hiện một lượng nhiệt tương đương với số ddoonhj năng đã bị giảm, và số

đo sự giảm của động năng cũng chính là số đo chuyển động cơ học đã biến
thành chuyển động nhiệt( với điều kiện là để đo chúng bằng cùng một đơn vị).
vì thế Ăngghen gọi

là “chuyển động cơ học đo bằng khả năng của nó có

thể chuyển hóa thành một dạng năng lượng nhất định của một dạng chuyển
động khác”.
Nói tóm lại, chuyển động của vật chất không thể tự nó mất đi, cũng
không thể tự nhiên xuất hiện. Chuyển chỉ có thể sinh ra từ chuyển động, tức là
chuyển hóa từ một dạng chuyển động này thành một dạng chuyển động khác.

[Type text]

Page 11


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

1.1.4. Khái niệm lực.
Sau khi đã định nghĩa khối lượng, động lượng và quán tính, Newton nêu
lên định ngĩa về lực.
“ Lực tác dụng là tác dụng lên một vật để thay đổi trạng thái đứng yên
hoặc chuyển động thẳng đều của nó”.
Như vậy theo Newton “ lực tác dụng” là tác dụng từ bên ngoài lên vật,
nhằm mục đích thay đổi trạng thái đưng yên hoặc chuyển động thẳng đều của

vật. Cách định nghĩa như vậy phản ánh rõ nét ảnh hưởng của kỹ thật vào cơ
học Newton: Muốn cho con tàu chạy nhanh lên hoặc chậm lại, phải tác dụng
vào nó một lực đẩy hoặc lực hãm, muốn cho ói chạy vòng phải tác dụng một
lực hướng tâm, v,v…Nhưng cách định nghĩa đó không đầy đủ và chưa rõ ràng.
Một số nhà khoa học cho rằng khái niệm của Newton là tối nghĩa, thần bí, và
Đabămbe còn quyết định loại trừ khái niệm lực khỏi cơ học.
Vậy nguồn gốc “ lực tác dụng” là cái gì, cái gì là cái từ già tác dụng lên
vật? Newton trả lời: “ lực tác dụng có thể có nhiều nguồn gốc: sự va chạm, sự
nén, hoặc lực hướng tâm”. Lực hướng tâm là những lực tác dụng từ xa, và theo
Newton chúng có thể là trọng lực( lực làm cho mọi vật chuyển động hướng về
trái đất), lực từ( lực hút của sắt về phía nam châm), lực làm cho các hành tinh
luôn bị lệch khỏi phương chuyển động thẳng và bắt buột phải chuyển động
vòng. Và Newton đưa ra định nghĩa: “ Lực hướng tâm là lực làm cho các vật từ
mọi nơi bị hút về một điểm nào đó, giống như về một trung tâm”. Không gian
bao quanh lực gọi là trường tác dụng của lực. Chú ý rằng khái niệm trường
trong thời Newton chỉ là một khái niệm thứ yếu, có tính chất toán học, dùng để
tiện cho việc tính toán.
Khái niệm lực của newton như vậy là đủ thuận tiện cho việc tính toán,
việc vận dụng cơ học trong kỹ thuật, nhưng nó còn tối nghĩa, không đầy đủ,
mang tính chất siêu hình – The quan điểm của duy vật biện chứng, chuyển
động là thuộc tính cơ bản của vật chất, chuyển động là muôn màu muôn vẻ
không thể tách rời khỏi vật chất. vật chất luôn chuyển động và truyền chuyển
động từ vật này sang vật khác, cho nên chuyển động chỉ có thể phát sinh ra từ
chuyển động, không thể phát sinh ra từ một nguồn gốc phi vật chất nào khác.
[Type text]

Page 12


Luận văn tốt nghiệp ĐH


GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Vì thế không thể coi lực là “ nguyên nhân bên ngoài làm thay đổi vận tốc của
vật hoặc làm biến dạng”, mà phải coi lực là biểu hiện tương tác, là số đo tuowg
tác giữa các vật với nhau: “ Lực là đại lượng đặt trưng cho tác dụng của một
vật vào một vật khác, làm cho vật thứ hai này biến đổi chuyển động hoặc biến
dạng đi”
Cũng cần chú ý rằng cách định nghĩa như trên mới chỉ nhấn mạnh đến
một mặt là tác dụng của vật này lên vật kia, và chưa nói đến tác dụng tác dụng
ngược lại. Tác dụng giữa các vật với nhau bao giờ cũng là tương tác, khi vật
thứ nhất tác dụng lên vật thứ hai và làm cho vật thứ hai biến đổi chuyển động
hoắc biến dạng thì ngược lại vật thứ hai cũng tác dụng lên vật thứ nhất và làm
cho vật thứ nhất biến đổi chuyển động hoặc làm biến dạng. Vì vậy lực hấp dẫn
của Mặt Trời làm cho các hành tinh phải chuyển động xung quanh Mặt trời thì
ngược lại lực hấp dẫn của các hành tinh cũng làm cho Mặt trời phải chuyển
động xung quanh khối tâm của cả hệ Mặt Trời. Vì khối lượng của mặt trời rất
lớn, và gấp 1000 lần khối lượng hành tinh lớn nhất ( sao mộc), nên hối tâm của
cả hệ gần trùng với khối tâm của Mặt Trời, và ta có thể coi một cách gần đúng
là Mặt Trời đứng yên. Nhưng khi quan sát các sao đôi, người ta thấy rõ ràng
hai ngôi sao có khối lượng sấp sĩ như nhau quay xung quanh khối tâm của
chúng.
Khi ta xét ác lực tác dụng lên một vật nhất định nào đó, chúng ta dã đơn
giản hóa bài toán, ta chỉ xét một mặt của tương tác, không xét đến mặt kia của
tác dụng ngược lại của vật ta xét lên các vật khác. Nhiều khi chúng ta cũng trừu
tượng hóa vấn đề, và nói rằng có một lực tác dụng lên vật ta xét, không cần nói
rõ lực đó là lực gì, do đâu mà ra. Đó là những biện pháp cần thiếtđể làm đơn
giản bài toán, nhưng khi ta xét về bản chất của lực, cần nhớ rằng lực là số đo

phải ánh tương tác của nhiều vật qua lại với nhau.
Ăngghen đã nói: “ Không thể quan niệm lực cơ học như một cái gì đó
đặt biệt có trước, sản sinh ra chuyển động, độc lập với chuyển động. Lực là số
đo chuyển động cơ học được truyền đi, là số đo tương tác giữa các vật thể vật
chất, do tương tác đó mà trạng thái chuyển động cơ học của chúng thay ddoooir
hoặc chúng bị biến dạng đi”.
[Type text]

Page 13


Luận văn tốt nghiệp ĐH

1.2.

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Hệ quy chiếu- hệ tọa độ.
Muốn xác định vị trí các chất điểm trong không gian thì ta phải biết vị trí

tương đối của phương trình đó là phương trình hiệp biến đối với phép chuyển đổi
đó. chúng so với các vật thể làm móc gọi là hệ qui chiếu. Hệ qui chiếu được gắn lên
một hệ trục tọa độ.
Ví dụ hệ trục toạ độ Descartes 3 trục vuông góc chẳng hạn, khi đó mỗi điểm
được đặt trưng bằng tập hợp ba số (x,y,z) ta gọi là các tọa độ của điểm đã cho. Theo
thời gian, các điểm có thể dịch chuyển cho nên cần phải bổ sung thêm (tọa độ thời
gian) để hình thành khái niệm sự kiện. Sự kiện là một hiện tượng mà nó được xác định
bằng 4 tọa độ (x,y,z,t). Ðó là tọa độ của một điểm vũ trụ (một sự kiện) trong không

gian 4 chiều. Một tập hợp các sự kiện xảy ra liên tục tạo thành đường vũ trụ.
Hệ qui chiếu gắn lên các vật tự do gọi là các hệ qui chiếu quán tính. Các hệ qui
chiếu quán tính có thể chuyển động tương đối với nhau. Khái niệm chuyển động và
đứng yên chỉ có tính chất tương đối.
Tính bất biến (Invariant): Khi chuyển từ hệ qui chiếu quán tính S sang hệ
qui chiếu quán tính S hay ngược lại, nếu một đại lượng vật lý nào đó không đổi thì ta
gọi đại lượng đó là bất biến (Inv) đối với phép chuyển đổi đó. Nếu một phương trình
nào đó là đồng dạng trong phép chuyển đổi ta gọi đại lượng đó là bất biến (Inv) đối
với phép chuyển đổi đó. Nếu một phương trình nào đó là đồng dạng trong phép
chuyển đổi ta gọi phương trình đó là phương trình hiệp biến đối với phép chuyển đổi
đó.
1.3.

Nguyên lý tương đối Galileo.
Hệ quy chiếu quán tính là một hệ ở rất xa các vật khác và không chịu tác dụng

của các lực ngoài do các vật khác tác dụng lên nó.
Trong các hệ quy chiếu quán tính thì định luật quán tính của Newton được
nghiệm đúng. Các hệ quán tính hoặc đứng yên hoặc cuyển động thẳng đều với nhau.

[Type text]

Page 14


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay


Một nguyên lý tương quan trọng trong cơ học Newton là nguyên lý tương đối
Galileo( nguyên lý tương đối cổ điển). Theo nguyên lý này:
“Mọi hiện tượng cơ học diễn ra như nhau trong mọi hệ quán tính.”
Hay:
“ Không thể dùng các thí ngiệm cơ học trong nội bộ một hệ quán tính để
xem xét nó đứng yên hay chuyển động thẳng đều so với một hệ quy chiếu quán tính
khác.”
1.4.

Phép biến đổi toạ độ.
Phép biến đổi tọa độ là một quy tắc cho phép suy ra tọa độ chất điểm ở hệ này

ki biết tọa độ của nó ở hệ khác. Phép biến đổi tọa độ phù hợp với nguyên lý tương đối
Galileo gọi là phép biến đổi Galileo.
Xét hai hệ tọa độ Descartes vuông góc gắn với hai hệ quy chiếu quán tính.
Hệ K được xem là đứng yên, có gốc tọa độ O và các trục Ox, Oy, Oz.
Hệ K’ chuyển động có góc tọa độ O’ và các trục O’x’, O’y’, O’z’. Hệ K’
chuyển động với vận tốc V theo chiều dương của trục Ox. Tại thời điểm t=0, hai hệ
hoàn toàn trùng nhau.
Phép biến đổi Galileo đối với hai hệ như
trên có dạng:
X’=X-Vt
Y’=Y
Z’=Z

Hoặc:

X=X’+Vt


H

1

Y=Y’
Z=Z’
[Type text]

Page 15


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Trong phép biến đổi Galileo chỉ có các công thứ biến đổi tọa độ mà không có
các công thức biến đổi thời gian. Vì theo cơ học Newton, chỉ có một thời gian duy
nhaatscung cho mọi hệ. Tức là:
t=t’

CHƯƠNG 2.
KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN TRONG CƠ HỌC NEWTON

Từ thời cổ đại đến nay, vấn đến nay vấn đề không gian và thời gian là một vấn
đề được các nhà triết học và khoa học quan tâm rất nhiều. Mọi qua trình vật lý đều
diễn ra trong không gian và thời gian, việc tìm hiểu những tín chất của không gian và
thời gian, là thiết yếu để có thể nghiên cứu và giải thích các hiện tượng sảy ra trong vũ
trụ.

Quan niệm của Newton về không gian và thời gian cũng là sự thừa kế các quan
niệm đã được hình thành từ thời các nhà duy vật nguyên tử luận. Những quan niệm đó
đã được Newton xây dựng một cách có hệ thống, và cúng hoàn toàn phù hợp với cơ
học cổ điển là hệ thống khoa học đầu tiên và duy nhất thời bấy giờ nghiên cứu một
cách có hiệu lực chuyển động của các vật. Vì thế chúng đã ăn sâu vào khoa học, đã
tồn tại vững vàng suốt hai thế kỷ, và sau này tương đối luận của Anhstanh cũng phải
khó khăn mới lay chuyển được các quan niệm đó trong tư tưởng các nhà khoa học.
Newton phân biệt ra không gian tuyệt đối và thời gian tương đối, thời gian
tuyệt đối và thời gian tương đối, và do đó cũng phân biệt được chuyển động tuyệt đối
và cuyển động tương đối.

2.1.

Không gian tuyệt đối và không gian tương đối.
Theo Newton, không gian tuyệt đối là cái trống không để chứa mọi vật, nó

tuyệt đối thấu suốt, không tác dụng lên cái gì và cũng koong chịu tác dụng của cái gì.
Nó có ba chiều, nó lên tục, vô hạn, đồng nhất, đẳng hướng, không chuyển động vafcos
[Type text]

Page 16


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

các phần tử hoàn toàn giống nhau. Không gian tuyệt đối tự nó từ xưa đến nay và mãi

mãi về sau vẫn tồn tại như vậy, không bao giờ thay đổi. Hình học của nó là hình học
Ơclit. Sau đây chúng ta sẽ đi sâu hơn vào một số tính chất của không gian tuyệt đối.
Trái với quan niệm của Đêcác đồng nhất hóa vật chất và không gian, Newton
coi không gian tuyệt đối là một cái gì đó không phải là vật chất và tách rời vật chất.
Có thể hình dung nó như một cái thùng khổng lồ không đáy, không nắp và không có
thành bên. Trong cái « thùng » vô hạn đó, có chổ chứ vật này vật khác, và có chổ
hoàn toàn trống rỗng, không chứa gì cả. Không gian là tuyệt đối thấu suốt, nghĩa là nó
hoàn toàn không cản lại sự chuyển động. Vì thế các hành tinh chuyển động trong
không gian tuyệt đối một cách hoàn toàn tự do, không bị mất vận tốc, và ánh
sangscungx tự do truyền đi trong không gian tuyệt đối mà không bị hấp thụ. Vì không
gian tuyệt đối không chịu tác dụng của cái gì và cũng không tác dụng lên cái gì, nên
tương tác của các vật có thể truyền đi tức thời trong không gian mà không bị ảnh
hưởng gì. Theo Newton, nếu như một vật nào đó trong vũ trụ đột ngột biến đổi, thí dụ
nếu như khối lượng Mặt Trăng đột ngột giảm đi một nữa, thì ngay tức thời lực hấp
dẫn mà nó tác dụng lên vũ trụ, kể cả ngối sao xa xuôi nhất trong vũ trụ, sẽ giảm ngay
một nữa, và ngay tức thời trạng thái cân bằng của vũ trụ sẽ thay đổi khác trước. Đó là
một điều sau này tương đối luận sẽ bác bỏ.
Vấn đề số chiều của không gian là vấn đề được tranh luận nhiều trong khoa
học. Kinh nghiệm hàng ngày cho biết rằng không gian có ba chiều , nhưng tại sau lại
nói có đúng ba chiều chứ không hơn, không kém ? Theo quan điểm của trường phái
Newton, không gian( cũng như thời gian), là cái có tước, tù xưa đến nay vẫn tồn tại
như vậy , cho nên việc giải thích tính chất của không gian không ddowcj đặt thành vấn
đề, mà chỉ cần ghi nhận, nghiệm lại các tính chất đó. Nhưng chúng ta biết rằng qua
một điểm trong không gian chỉ có thể dựng được ba đường thẳng vuông góc với nhau,
muốn xác định một điểm trong không gian phải có ba tọa độ v,v…đó là những hiện
tượng thể hiện tính ba chiều của không gian. Ngày nay khoa học chứng minh được
rằng tính ba chiều của không gian là một thực tại có quan hệ mật thiết đến các tính
chất khách quan khác của thế giới vật chất chứ không phải chỉ là một đặt tính sẵn có
của bản thân không gian mà ta chỉ cần ghi nhận. Thí dụ, tính ba chiều của không gian
[Type text]


Page 17


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

có quan hệ tính chất của lực vạn vật hấp dẫn, là một lực giảm tỉ lệ với bình phương
khoảng cách. Nếu không gian có một chiều, lực hấp dẫn sẽ không đổi, không có lý do
gì bắt nó tăng hay giảm theo khoảng cách. Nếu không gian có hai chiều, lực hấp dẫn
càng đi xa tâm hấp dẫn thì phải rải đều ra trên những đường tròn đồng tâm, nên nó
giảm theo tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách ( độ dài vòng tròn tỉ lệ với bán
kính của nó). Nếu không gian có ba chiều, lực hấp dẫn phải rải ra trên những mặt cầu
đồng tâm, và do đó nó giảm theo tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách ( diện tích
mặt cầu tỉ lệ với bình phương khoảng cách). Như vậy việc lực hấp dẫn tỉ lệ nghịch với
bình phương khoảng cách có quan hệ với tính ba chiều của không gian. Một thí dụ
khác của tính ba chiều của không gian có quan hệ bản chất của trường điện từ. trường
điện từ là một dạng của vật chất, là môi trường truyền tương tác giữa các hạt tích điện.
Sóng điện từ tự do được xác định hoàn toàn bằng ba vectơ vuông góc nhau : vectơ
điện trường, vectơ từ trường và vectơ vận tốc truyền sóng. Ta thấy rõ tính ba chiều
của không gian là một đặt tính vật lý, không phải chỉ là một đặt tính ình học không
gian.
Ngày ngay khoa học xác định không gian vật lý, không gian thực( không phải
chỉ không gian tuyệt đối của Newton) có ba chiều. Việc thành lập những không gian
bốn chiều và nói chung là n chiều, chỉ là biện pháp toán học, đó không phải là không
gian có thực.
Không gian là đồng nhất có nghĩa là mọi điểm của nó đều như nhau, không có

điểm nào khác biệt điểm nào. Vì thế khi nghiên cứu các hiện tượng, ta có thể chọn bất
kỳ điểm nào của không gian làm gốc tọa độ và khi đổi gốc tọa độ, các định luật cơ học
nói riêng và các định luật vật lý nói chung không thay đổi. Vì không gian là đồng nhất
nên chuyển động theo quán tính (không có lực nào tác dụng) là chuyển động với vận
tốc không đổi. Tính đồng nhất của không gian có quan hệ với định luật bảo toàn xung
lượng của một hệ cô lập.
Không gian là đẳng hướng có nghĩa là mọi phương của nó đều như nhau,
không có phương nào khác biệt phương nào. Vì thế ta có thể chọn bất kỳ phương nào
làm phương của hệ tọa độ, và khi quay hệ tọa độ thì các định luật vật lý không thay

[Type text]

Page 18


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

dổi. Tính đẳng hướng của không gian có quan hệ với định luật bảo toàn mômen xung
lượng trong chuyển động quay.
Không gian tuyệt đối tuân thao hình học Ơclit. Theo hình học Ơclit (cũng như
mặt phẳng Ơclit) là vô tận, nó đồng nhất đẳng hướng ở bất kỳ kích thước nào. Vì thế
không gian tuyệt đối của Newton la đồng nhất và đẳng hướng không những trong
những miền nhỏ, mà còn trong cả trong những miền lướn hơn bất kỳ nữa. Do đó các
định luật cơ học đúng trên trái đất cũng đúng trên toàn vũ trụ.
Không gian tuyệt đối có các phần tử hoàn toàn giống nhau nên ta không thể
nào đo đạc, nhận biết,và quan sát nó được. Muốn đo đạc, quan sát một vật nào đó, ta

phải phân biệt được điểm này, điểm khác của vật, nhưng điều này không thể thực hiện
được với không gian tuyệt đối. Vì thế những tính chất của không gian tuyệt đối do
Newton nêu lên là những cái phải thừa nhận, có những cái không thể kiểm tra được,
thí dụ, không thể nào biết được không gian tuyệt đối có chuyển động hay không.
Như vậy không gian tuyệt đối chỉ có thể là một khái niệm trừu tượng, nó không
thể là đối tượng nghiên cứu của khoa học. Trong khoa học và trong đời sống, chúng ta
chỉ biết đến không gian tương đối. Không gian tương đối theo Newton là không gian
cụ thể do các vật thể ( tức là chất rắn, chất lỏng và chất khí) chiếm chổ. Đó là không
gian cụ thể của hòn đá, của căn phòng, của Trái Đất và khí quyển của nó,v,v…Không
gian tương đối luôn luôn trùng với một khoảng nào đó của không gian tuyệt đối,
nhưng mỗi lúc có thể trùng với một khoảng, và khoảng đó là khoảng nào ta không thể
biết được. Khoảng không gian tuyệt đối và không gian tương đối trùng với nó là hoàn
toàn như nhau về độ lớn và về hình dạng, vì vậy những tính chất của không gian tuyệt
đối đã kể ở trên đồng thời cũng là tính chất của không gian tương đối.
2.1.

Thời gian tuyệt đối và thời gian tương đối.
Thời gian tuyệt đối theo Newton là sự lâu dài thuần túy, là cái trống rỗng để

chứa các biến cố* không phụ thuộc vào cái gì cũng không chịu ảnh hưởng bởi cái gì.
Nó có một chiều, nó liên tục, vô hạn, đồng nhất và trôi đều đặng từ quá khứ đến tuong
lai. Thời gian tuyệt đối tự nó từ xưa đến nay mà mãi mãi về sau vẫn tồn tại như vậy,

[Type text]

Page 19


Luận văn tốt nghiệp ĐH


GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

không bao giờ thay đổi. Thòi gian tuyệt đối chổ nào cũng như chổ nào, và lúc nào
cũng trôi đều đặn như lúc nào.
Newton là người đầu tiên trong khoa học phát biểu khái niệm về thời gian một
cách đầy đủ và rõ ràng như vậy. Trước thời Newton, do trình đội phát triển của sản
xuất và khoa học kỹ thuật, tĩnh học là ngành học được phát triển trước nhất, trong khi
động học và động lực học tiến còn chậm chạp. vì thế khái niệm không gian có vài trò
trọng yếu, khái niệm thời gian chỉ là thứ yếu nên chưa được hình thành thực rõ nét.
Newton quan niệm thời gian tuyệt đốilà cái trống rỗng để chứa các biến cố.
Điều đó có quan hệ trực tiếp với quan niệm của Newton về vật chất. Giống như các
nhà duy vật- nguyên tử luận thời cổ Hy lạp, newton cho rằng các vật chất rồm các
(nguyên tử) chuyển động trong chân không. Nguyên tử ở đây là phần nhỏ nhất của vật
chất, không thể phân chia hơn nữa và không bao giờ thay đổi. Nếu ta hình dung tại
một nơi nào đó có nguyên tử đứng yên tuyệt đối( theo Newton, điều đó hoàn toàn có
thể sảy ra được), nó không chuyển động, không tương tác với nguyên tử nào khác và
không bị biến đổi, cho nên tại nơi đó không có biến cố nào xẩy ra. Có thể nói rằng tại
đó thời gian là trống rỗng, không chứa biến cố nào, giống như là không gian trống
rỗng không chứa vật thể nào cả. Khi nguyên tử nói trên chịu một tác dụng nào đó, nó
bắt đầu chuyển động va chạm với nguyên tử khác, và một loạt biến cố bắt đầu xẩy ra.
Khi đó thời gian tuyệt đối chứa các biến cố nó không còn trống rỗng nữa, và biến cố
được chứa trong thời gian, giống như vật thể được chứa trong không gian. Thời gian
tuyệt đối chỉ là sự lâu dài thuần túy và sự diễn biến của các biến cố trong thời gian
không ảnh hưởng gì đến tính chất của không gian.
Thời gian có một chiều, và trôi từ quá khứ đến tương lai. Đó là tính không
thuận nghịch của thời gian. Đối với không gian chiều « xuôi » và chiều « ngược »,
chiều « thuận » và chiều « nghịch » chỉ là những quy ước mà chúng hoàn toàn tương
đương với nhau. Nhưng thòi gian chỉ có thể trôi theo một chiều, không thể trôi theo

chiều ngược lại, điều đó đảm bảo tính nhân quả trong khoa học, và có thể nói rằng nó
đảm bảo sự tồn tại của khoa học.Nếu như thời gian có thể trôi ngược lại, nguyên nhân
có thể trỏ thành kết quả, tính nhân quả bị phá vở và khoa học không còn là khoa học
nữa, vì nó không còn giải thích hoặc dự đoán được điều gì. Theo Newton, tính chất
[Type text]

Page 20


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

của thời gian là sẵn có, ta chỉ có thể ghi nhận, không giải thích hoặc chứng minh
được. Nhưng thực ra tính chất của thời gian (cũng như không gian) gắn liền với tính
chất vật chất và các quá trình của vật chất.
Đối với cơ học, sự đổi chiều của thời gian tương đương với sự đổi dấu của vận
tốc, có ngĩa là nếu thời gian « trôi ngược lại » thì chất điểm sẽ chuyển động theo
chiều ngược lại. Nhưng ngay cả trong cơ học, cách nói đó cũng chỉ là một quy ước, vì
thực ra thời gian không trôi ngược lại. không có việc lặp lại lần thứ haai những biến
cố xẩy ra trong quá khứ. Đây chỉ là vấn đề có khả năng xẩy ra tringf tự các biến cố
theo chiều ngược lại, cụ thể là chất điểm có thể chuyển động tự do theo chiều này
hoặc chiều kia trên quỹ đạo. Đối với các hiện tượng khác, nói chung không có khả
năng đó. Thí dụ, các quá trình nhiệt động lực học bao giờ cũng diễn ra theo chiều tăng
của entropi, ta không thể thực hiện một quá trình theo chiều « ngược lại », tức là chiều
làm giảm entropi. Như vậy thời gian chỉ có thể được trôi từ quá khứ đến tương lai, và
điều đó là hệ quả của các tính chất của vật chất, không phải chỉ là một đặc tính dộc lập
của thời gian.

Newton quan niệm rằng thời gian là tuyệt ffoois như nhau ở khắp mọi nơi,
nghĩa là trong toàn thể vũ trụ có một thời gian duy nhất, thời gian phổ biến của nhiều
nơi. Trong cơ học Newton, các công thức biến đổi Galile cho phép chuyển từ tọa độ
quán tính này sang tòa độ quán tính khác. Các công thức đó có dang :
X=X’+Vt
Y=Y’
Z=Z’
Chúng ta thấy rằng ở đây công thức biến đổi của thời gian. Trong mọi hệ quy
chiếu, thời gian đều có giá trị như nhau. Sự tồn tạo của thời gian duy nhất của vũ trụ
gắn liền với quan niệm của Newton về tác dụng xa, tác dụng tức thời giữa các vật.
chính vì có tác dụng tức thời nên khi ta phát đi một tính hiệu, nó có thể truyền tới mội
nơi trong vũ trụ vào cùng một lúc, và tín hiệu đó có thể dùng để thống nhất giờ của
mọi đồng hồ trong vũ trụ.

[Type text]

Page 21


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Vì thời gian tuyệt đối lúc nào cũng trôi đều đặn như lúc nào, nên ta không thể
đo đạc, quan sát, nghiên cứu nó được. Bên cạnh thòi gian tuyệt đối, Newton còn
khẳng định thời gian tương đối là thời gian thông thường, thòi gian biểu kiến( trái với
thòi gian tuyệt đối là thòi gian toán học, thời gian thực). Đó là sự lâu dài cụ thể mà
giác quan ta cảm thấy được, nhờ có một quá trình nào đó. Thí dụ, ta dựa vào sự

chuyển động của Trái Đất quanh Mặt trời mà xác định ra năm, thánh, dựa vào sự tự
quay của Trái Đất mà xác định ra ngày, giờ. Những qua trình đó ta gọi là đều đặn,
được dùng làm đồng hồ để đo thòi gian.
Qua những điều trình bày, ở trên ta thấy rằng theo Newton không gian và thời
gian không những tồn tại độc lập đối với vật chất, mà còn độc lập với nhau nữa. Mọi
vật đều tồn tại trong không gian và thời gian, nhưng hai “ cái trống rỗng” điều chứa
vật chất và biến cố lại hoàn toàn không liên quan gì với nhau, không ảnh hưởng lẫn
nhau. Đó là nét đặt biệt của khái niệm không gian và thòi gian theo Newton.
2.2.

Chuyển động tuyệt đối và chuyển động tương đối.
Khái niệm về chuyển động của Newton được xây dựng một cách thích ứng với

khái niệm về không gian và thời gian. Newton phân biệt ra chuyển động tuyệt đối và
chuyển động tương đối, và do đó nói riêng cũng có trạng thái đứng yên tuyệt đối và
tương đối.
Chuyển động tuyệt đối là sự dời chổ trong không gian tuyệt đối, tức là sự dời
chổ từ một vị trí này trong không gian tuyệt đối đến một vị trí khác. Tỷ số giữa quảng
đường đi trong khôn gian tuyệt đối và khoảng thời gian tuyệt đối để di quảng đường
đó là vận tốc tuyệt đối của vật.
Chuyển động tương đối là sự dời chổ trong không gian tương đối, tức là sự
chuyển từ một vị trí tương đối này( so với mọt vật bất kỳ nào đó) tới một vị trí tương
đối khác. Tỷ số giữa quảng đường đi trong không gian tương đối này và khoảng thời
gian tương đối để đi quảng đường đó là vận tốc tương đối của vật, vận tốc này có thể
hoàn toàn khác với vận tốc tuyệt đối của nó.

[Type text]

Page 22



Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Một vấn đề được đặt ra là: ta không đo đạc, quan sát được không gian tuyệt đối
và thời gian tuyệt đối, vậy ta có nghiên cứu được chuyển động tuyệt đối không, và
chuyển động tương đối khác chuyển động tuyệt đối thế nào? Để giải đáp vấn đề đó
Newton nêu ra sự khác biệt căn bản giữa hai loại chuyển động đó. Chuyển động tuyệt
đối của một vật chỉ xuất hiện hoặc biến đổi vận tốc khi lực ngoài tác dụng trực tiếp
vào vật đó, còn chuyển động tương đối có thể xuất hiện hoặc biến đổi vận tốc khi lực
ngoài không tác dụng vào chính nó, nhưng tác dụng vào vật khác mà ta chọn làm vật
quy chiếu.
Theo nguyên lý tương đối Galilê, mọi hệ quán tính tương đương nhau, mọi quá
trình cơ học đều diễn ra như nhau trong các hệ quán tính.. Do đó về nguyên tắc không
thể nào xác định được vận tốc tuyệt đối của vật và như vậy làm thế nào quan niệm
được chuyển động tuyệt đối của vật khi ta khong xác định được vận tốc tuyệt đối của
nó? Vấn đề đó đã được Newton giải đáp bằng thí nghiệm sau đây mà og đã tự tay làm
để quan sát: thí nghiệm về chiếc thùng quay.

Chúng ta hãy lấy một chiếc thùng và hảy treo nó bằng mọt sợ dây thừng khá
dài( hinh 2). Ta xoắn dây thừng lại, và đổ nước vào trong thùng: mặt nước là mặt nằm
ngang. Sau đó, ta buông tay để dây thừng tự tở ra, làm cho chiếc thùng phải chuyển
động quanh chiều tở của dây. Lúc đầu chỉ có thung quay, nước trong thùng vẫn đứng
yên, mặt nước vẫn là mặt nằm ngang. Lúc đó chuyển động tương đối của nước đối với
thùng là lớn nhất. dần dần, do ma sát nước bị cuốn theo với thùng, nó chuyển đọng
nhanh dần và mặt nức cũng bị lõm dần xuống. Khi nước bị hoàn toàn cuốn theo với
thùng , tức là khi đó nó không còn chuyển động tương đối với thùng nữa, thì mặt nước

bị lõm xuống nhiều nhất. lực ly tâm tác dụng vào các phần tử nước bắt chúng chuyển
động ra xa trục quay là nguyên nhân làm cho mặt nước lõm xuống.
[Type text]

Page 23


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

Ta thấy rằng lúc đầu chuyển động tương đối của nước là lớn nhất, nhưng mặt
nước vẫn là mặt phẳng như lúc thùng chưa quay, lúc cuối không có chuyển động
tương đối, nhưng mặt nước bị lực ly tâm làm lõm xuống. Như vậy, lúc đầu khối nước
tuyệt đối đứng yên, không có lực ngoài tác dụng vào nó, lúc cuối khối nước tuyệt đối
quay tròn, có lực ngoài( lực ly tâm) tác dụng vào nó. Tuy ta không đo được vận tốc
tuyệt đối của vật, nhưng ta có thể xác định được khi nào nó chuyển động theo quán
tính và khi nào nó chuyển động có gia tốc.
Newton cho rằng tính tuyệt đối của gia tốc đã chúng minh rằng chuyển động
tuyệt đối là có thật., và do đó không gian tuyệt đối và thời gian tuyệt đối cũng là có
thật. Gia tốc tuyệt đối của một vật có thể xác định theo những tiêu chuẩn động lực
học, mà không cần phải dùng đến vật quy chiếu nào khác. Newton nói rằng nếu như
trong vũ trụ có hai quả cầu ở rất xa các vật khác và đang quay tương đối với nhau, thì
quả cầu nào bị bẹt lại là đang quay tuyệt đối, quả cầu nào không bị biến dạng là chỉ
qua tương đối. Quả đất của chúng ta quay tuyệt đối nên nó bị bẹt lại ở hai đia cực.
2.4. Đánh giá những khái niệm không gian, thời gian và chuyển động của
Newton.
Khái niệm không gian tuyệt đối và thời gian tuyệt đối là trừu tượng, khó hiểu,

có những điểm như là giả tạo. Mặt khác, trong cơ học chúng ta chỉ tiếp xúc với không
gian tương đối và thời gian tương đối, và khi nghiên cuuws chuyển động của một vật,
ta phải lấy một vật khác làm vật quy chiếu. Tuy vậy, khái niệm hông gian và thời gian
của Newton đã bắt gễ rất xâu trong khoa học, và đã tồn tại suốt hai thể kỷ, cho mãi tới
đầu thế kỷ XX.nguyên nhân chủ yếu là vì những khái niệm đó hoàn toàn phù hợp với
cơ học Newton, mà bản than cơ học Newton lúc bấy giờ lại là hệ thống khoa học duy
nhất nguyên cứu chuyển động của các vật một cách có hiệu quả.
Các định luật của cơ học newton không phải được nghiệm đúng với bất kỳ hệ
quy chiếu nào. Chúng chỉ đúng với những hệ gọi là << hệ quán tính>>. Chúng ta hãy
chú ý đến định luật thứ nhất của Newton: << một vật không có lực ngoài tác dungjthif
chuyển động thẳng đều>> ( chuyển động quán tính). Vậy vật đó chuyển động thẳng
đều đối với vật nào, đối với hệ quy chiếu nào? Lã tức nhiên đối với mọi hệ quy chiếu
[Type text]

Page 24


Luận văn tốt nghiệp ĐH

GVHD: ThS-GVC Lê Văn Nhạn

SVTHV: Lư Thị Bé Bay

không quán tính thì định luật quán tính khong được nghiệm đúng. Nhưng hệ quán tính
là hệ như thế nào?
Ngày nay, chúng ta trả lời rằng hệ quy chiếu quán tính là hệ mà trong đó địh
luật quán tính được nghiệm đúng, tức là chúng ta phải dùng định luật quán tính để
định nghĩa hệ quán tính và dùng hệ quán tính để kiểm tra lại định luật quán tính. Nói
cách khác, chúng ta không thể kiểm tra được định luật quán tính một cách trực tiếp, và
cũng không định ngĩa được hệ quán tính một cách trực tiếp. Nhưng vào thời Newton,

câu trả lời hợp lý nhất được mọi người công nhận là : hệ quy chiếu quán tính là một hệ
chuyển động quán tính (chuyển động thẳng đều hoặc đứng yên) trong khong gian
tuyệt đối và thời gian tuyệt đối. Cách trả lời đó phù hợp với quan niệm của Newton
cho rằng vật chất là gồm các <<nguyên tử>> chuyển động trong chân không, và
chuyển động đó là tuyệt đối, không cần phải so sánh với một cái gi đó khác nữa.
Trong cơ học, chúng ta phải dùng các hệ quy chiếu chẳng qua là do hạn chế trong quá
trình đo đạc trong cơ học, và có thể hy vọng rằng sau này sẽ có phương pháp khác có
hiệu lực hơn đẻ phát hiện ra chuyển động tuyệt đối.
Khái niệm tương tác xa và tức thời của cơ học Newton, được công nhận một
cách rộng rãi, cũng gắn liền với khái niệm không gian va thời gian. Muốn cho tương
tác tức thời truyền đi xa, tức nhiên cần có không gian tuyệt đối trống rỗng. không có
vật chất, không tác dụng lên vật chất và không bị vật chất tác dụng ngược lại, đồng
thời phải có thời gian duy nhất, phổ biến của vũ trụ. Nếu như không gian không phải
là trống rỗng, nó sẽ cản trở tương tác, và ta không thể nào hình dung được tương tác
truyền tức thời đi xa như trong cơ học Newton.
Chính vì có sự phù hợp chặt chẽ như vậy giữa khái niệm không gian và thời
gian và nội dung của cơ học Newton mà các khái niệm đó tồn tại vững chắc, có một
sức sống rất mạnh mẽ, và mãi cho tới thế kỹ XX, khi đã xuất hiện thuyết tương đối và
thuyết lượng tử, chúng vẫn còn để lại một dấu ấn khá sâu sắc trong khoa học và trong
tư tưởng các nhà khoa học.
Khoa hcj hiện đại ngày nay đã hiểu không gian, thời gian và chuyển động một
cách đầy đủ hơn, tổng quát hơn và chính xác hơn cách hiểu của Newton.
[Type text]

Page 25