Sách Einstein, Thuyết tương đối hẹp và rộng

by , under Uncategorized

 

SÁCH EINSTEIN −THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP VÀ RỘNG

(VIẾT CHO ĐẠI CHÚNG)

IN LẦN THỨ NĂM (2014-2018)

 

Với thuyết tương đối Einstein, tư duy của nhân loại về vũ trụ đã bước lên tới một bậc thang mới. Tình huống giống như một bức tường từng ngăn cách chúng ta với sự thật thình lình bị sụp đổ: bây giờ các tầm xa và chiều sâu trước mắt chúng ta như được mở khóa mà những khả năng của chúng chưa được chúng ta hình dung hết. Chúng ta đã tiến một bước vĩ đại đến gần sự thấu hiểu bản chất của lý tính vốn nằm trong các diễn biến của thế giới vật lý.

HERMANN WEYL

Thưa Quý Bà, Quý Ông,

Lý do tôi nhận lời mời của trường Đại học Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) làm một bài diễn thuyết về Einstein là vì ngày nay, Toán học, Khoa học tự nhiên và Triết học đan kết chặt chẽ với nhau đến độ những người không chuyên môn cũng phải nghiên cứu những thắt nút cực kỳ phức tạp này. Bởi vì nếu chúng ta để họ một mình, chúng ta cuối cùng sẽ đuổi họ trở về các Ghetto của các ngành chuyên môn của họ.

FRIEDRICH DÜRRENMATT

Nhà văn và soạn kịch Thụy Sĩ

Cùng bạn đọc thân mến,

Quyển sách Einstein, Thuyết tương đối hẹp và rộng vừa được in lại lần thứ năm tại Nxb Tổng hợp Thành phố trong tháng 8 năm 2018 này. Năm năm, kể từ năm ra mắt lần đầu tiên, 2014, quyển sách trung bình mỗi năm tái bản một lần. Như vậy, sẽ có hơn 5.000 người Việt Nam đọc. Một điều đáng phấn khởi, tuy rằng so với lượng đọc tại nhiều quốc gia khác trên thế giới, con số chúng ta vẫn hãy còn rất khiêm tốn. Với Thuyết tương đối hẹp và rộng, thế giới quan con người đã sang trang. Một thời kỳ mới mở ra cho vật lý học thế giới kéo dài cho đến hôm nay. Nhà văn Anh giải Nobel Văn học Bernard Shaw có những lời tôn vinh dí dỏm sau đây trong một buổi tiệc mừng Einstein tại Luân Đôn năm 1930:

Napoleon và những con người vĩ đại khác là thuộc típ này: họ là những người tạo ra các đế chế. Nhưng có một cấp bậc khác của những người vĩ đại vượt xa hơn. Họ không phải là những người tạo ra đế chế, mà tạo ra các vũ trụ… Ptolemy đã làm một vũ trụ kéo dài 1.500 năm. Newton, cũng thế, làm một vũ trụ kéo dài 300 năm. Còn Einstein đã làm một vũ trụ mà tôi không thể kể cho quý vị biết nó sẽ kéo dài đến bao giờ.

Paul Dirac, nhà vật lý Anh, một trong những cha đẻ của thuyết lượng tử, và được giải Nobel năm 1933, viết về những ấn tượng của thuyết tương đối lên ông khi còn là sinh viên:

Tôi không thể diễn tả bằng những từ khác hơn là nói nó (thuyết tương đối) đã vỡ tung lên chúng tôi. Đó là một ý tưởng mới, một loại triết học mới, và nó dấy lên sự quan tâm và kích động trong mọi con người. […] Mọi thứ cần được xem một cách tương đối đối với một cái khác. Chủ nghĩa tuyệt đối là một ý tưởng tồi người ta cần phải bỏ đi. […] Tôi bị rơi vào sự kích động của thuyết tương đối cùng với các bạn bè sinh viên của tôi. Chúng tôi học ngành kỹ sư, và tất cả những công việc của chúng tôi đều dựa vào Newton.

Chúng tôi chân thành cám ơn các bạn đọc xa gần, trong đó có các bạn trẻ là sinh viên, học sinh, đã hưởng ứng đọc Thuyết tương đối, cũng như quyển EINSTEIN trước đây. Những quyển sách này cũng là những món quà tinh thần quý giá của người lớn, các bậc phụ huynh, nhà hảo tâm, cho các em học sinh, sinh viên, nhất là các học sinh trường chuyên, trường STEM chuyên về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Một quyển sách hay có thể đánh thức cả một cuộc đời người, đặt ra những thước đo mới cho cuộc sống, hay tạo ra những giấc mơ để vươn tới. Sách hay chính là một DNA thứ hai ngoài con người nhưng của con người trong cuộc tiến hóa.

Thuyết tương đối không thể thiếu để tạo một văn hóa khoa học, khai sáng, vun xới tình yêu khoa học và đam mê khám phá. Quyển sách cũng thuộc về tủ sách khai phóng theo đúng nghĩa của nó, như lời phát biểu của văn hào Friedrich Dürrenmatt được trích dẫn ở trên (Xin xem thêm Tại sao cần giáo dục khai phóng?). Số lượng đọc những quyển sách như thế chính là thước đo tinh thần học hỏi khoa học của một quốc gia, cũng như số lượng đọc khổng lồ hàng trăm nghìn bản cho những quyển sách khai minh thời Minh Trị Duy Tân đã là thước đo tinh thần tiếp thu khai minh của người Nhật 150 năm trước. Không có những đợt sóng thần tri thức, sẽ không có đủ xung lực để cất đất nước lên. Sức mạnh của một quốc gia không phải là dân số, diện tích hay tài nguyên, mà chính là kho tàng tri thức và đức hạnh của con người, như nhà khai sáng Fukuzawa Yukichi từng nói.

C:\Users\HP\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCacheContent.Word\Bia 1 Tuong doi Einstein.jpg

Sách Einstein, Thuyết tương đối hẹp và rộng

Dưới đây là lời bình của một số học giả đã có nhã ý điểm sách cho Einstein: Phạm Xuân Yêm, Nguyễn Trung, Phạm Việt Hưng và Nguyễn Trọng Hiền chúng tôi rất cám ơn:

Khoảng gần mươi năm nay ở Pháp các sách giáo khoa vật lý lớp 12 và thi tốt nghiệp Trung học phổ thông đều có một chương bắt buộc dành cho thuyết tương đối hẹp với khái niệm cách mạng về thời gian giãn nở (càng bay nhanh càng trẻ lâu) và phương trình của thế kỷ E= mc2.

Các thày giáo Trung học, Đại học ngoài ngành, hay thậm chí chuyên ngành vật lý cũng nên tham khảo cuốn sách độc đáo và phong phú này của Einstein về thuyết tương đối hẹp và rộng được ông viết cho đại chúng để giải thích một cách trực quan các khái niệm mới lạ mang tính chất cách mạng như thời gian giãn nở, không gian đàn hồi cong uốn, cũng như những hệ quả sâu rộng của những khái niệm đó.

Trải qua hơn một thế kỷ, quyển sách Thuyết tương đối hẹp và rộng vẫn còn là một viên ngọc bích của vật lý hiện đại, và vẫn còn được tiếp tục tái bản và đọc trên thế giới. Nó được liệt vào hàng các tác phẩm “kinh điển” cần phải có trong tủ sách trí thức, nhất là của giới trẻ.

PHẠM XUÂN YÊM

Nguyên giám đốc nghiên cứu CNRS

và Giáo sư đại học Paris 6, Pháp

⁕⁕⁕

Hôm nay sách đã tới, tôi đọc liền phần dẫn nhập. “Sự lệch giờ” lịch sử ngót một trăm năm và “sự cô đơn truyền kiếp” nhiều thế kỷ cho đến tận hôm nay của nước ta trong trào lưu phát triển của thế giới là nỗi đau lớn nhất của dân tộc Việt Nam ta. Đọc khoa học tự nhiên mà lại đau nỗi đau nhân thế! Chỉ còn lại một câu trả lời duy nhất: Mỗi người trong cả cộng đồng dân tộc chúng ta phải làm sao tự thức tỉnh sự cô đơn này và chung tay đưa đất nước vượt qua nó!

Hôm nay tôi đọc lại một lần nữa phần dẫn nhập anh viết cho “Thuyết tương đối hẹp và rộng – Albert Einstein” – tôi chưa muốn đọc vội vào bản thân quyển sách. Tôi có cảm tưởng tôi đang được nghe một tiếng kèn đánh thức đầy thôi thúc mọi người ra khỏi cái ngủ đã quá trễ. Anh viết hay quá, là chuyện khỏi phải nói. Song anh đang thôi thúc mọi người vượt qua “cái trễ trăm năm” – điều này quan trọng hơn nhiều. Cảm nghĩ này khiến tôi đề nghị anh phá cách: Anh nên cho đăng toàn văn phần dẫn nhập trên mọi trang mạng có thể. Tôi tha thiết mong anh làm việc này, vì đất nước này, anh ạ. Chào anh. Thân mến.

NGUYỄN TRUNG

Nguyên trợ lí của cố Thủ tướng Võ Văn Kiệt

⁕⁕⁕

Dường như dịch giả Nguyễn Xuân Xanh cảm thấy vô cùng áy náy và buồn phiền về sự chậm trễ khi một tác phẩm vô cùng quan trọng như tác phẩm Thuyết tương đối hẹp và rộng – một “di sản văn hóa thế giới” như ông nói – được chuyển ngữ sang tiếng Việt. Sự chậm trễ này đồng nghĩa với sự chậm trễ trong việc chấn hưng dân khí và dân trí, mà ông mô tả như một “cuộc lệch giờ trăm năm” trong phần Lời dẫn nhập.

Thật thú vị khi thấy một trăm năm trước, tư tưởng về tương đối tính nẩy sinh từ việc khám phá ra quan niệm sai lầm của con người về tính đồng thời (simultaneity), thì bây giờ, dịch giả Nguyễn Xuân Xanh lại than lên về tính bất đồng thời của sự thức tỉnh tinh thần khoa học giữa chúng ta với thế giới. Ông viết:

“Giờ đây, bạn đọc cầm trên tay tác phẩm lịch sử này bằng tiếng Việt, sau một cuộc ‘lệch giờ’ lịch sử ngót 100 năm. Sau một trăm năm, quyển sách về thuyết tương đối mới có mặt tại Việt Nam. Việt Nam đã ‘trăm năm cô đơn’ đối với khoa học hiện đại, nếu không muốn nói là ba trăm năm, hay nhiều hơn nữa, và giờ đây cần phải nỗ lực phá vỡ ‘sự cô đơn truyền kiếp’ ấy”.

Tôi, một độc giả yêu khoa học, hiểu nỗi lòng của ông – nỗi lòng của một người muốn cộng đồng mình, dân tộc mình, quốc gia mình, được đứng trong hàng ngũ của những cộng đồng, dân tộc, quốc gia văn minh và phát triển.

Chẳng có lý do gì để chúng ta chấp nhận thua kém người. Chúng ta có đủ bằng chứng để chứng minh rằng tư chất của chúng ta, gene di truyền của chúng ta, không kém ai. Vậy tại sao chúng ta thua kém người khác quá xa về khoa học và công nghệ, và do đó quá xa về kinh tế, đời sống?

Câu trả lời: chúng ta chưa thức tỉnh!

Dường như Nguyễn Xuân Xanh muốn lay động và đánh thức chúng ta. Ông kể cho chúng ta một tấm gương thức tỉnh, đó là cậu bé 15 tuổi Werner Heisenberg. Mặc dù lúc ấy cậu bé Heisenberg không hiểu hết cuốn sách của Einstein, nhưng cuốn sách đã đánh thức cậu, mạnh đến nỗi làm cho cậu thay đổi chí hướng, từ bỏ nguyện vọng học toán để chuyển sang vật lý, và để trở thành một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất của thế kỷ 20, tác giả của Nguyên lý Bất định nổi tiếng.

Điều đó cũng có nghĩa là nếu chúng ta hôm nay, nhất là các bạn trẻ, đọc cuốn sách này của Einstein mà nhiều chỗ chưa hiểu, thì điều đó có hề gì?

Chắc gì một cuốn sách đọc hiểu hết đã thú vị hơn một cuốn sách có nhiều chỗ chưa hiểu?

Đây nhé, bạn hãy giở cuốn sách của Einstein ra, “Thuyết tương đối hẹp và rộng”, sẽ có vô số điều có thể kích thích trí tò mò của bạn. Thí dụ, ngay chương mở đầu: “Ý nghĩa vật lý của các định lý hình học”. [vân vân]

Phải nói rõ thêm rằng phần tư liệu lịch sử của cuốn sách là tuyệt vời. Tôi tìm thấy ở đó nhiều tư tưởng sâu sắc mà bất cứ một người yêu vật lý nào, thậm chí bất cứ ai có tư tưởng và quan tâm đến các tư tưởng triết học tự nhiên, cũng cần biết và nên biết.

Ngay cả những người có vốn hiểu biết khoa học ở bậc đại học và trên đại học cũng có thể tìm thấy nhiều bất ngờ thú vị trong cuốn sách này của Einstein, đặc biệt khi nó được bổ sung những lời dẫn nhập của dịch giả Nguyễn Xuân Xanh. Bản thân tôi, một độc giả yêu toán lý và từng có lúc tưởng mình đã hiểu rõ Thuyết tương đối, cũng tìm thấy nhiều bài học sâu sắc hơn qua cuốn sách này.

PHẠM VIỆT HƯNG

Nhà báo khoa học và giảng viên đại học

⁕⁕⁕

Trong quá trình tiếp cận lý thuyết tương đối, điều khó khăn nhất là sự co giãn hay chuyển đổi của không thời gian… đây là điều trừu tượng bậc nhất, có lẽ, trong cuộc hành trình mỗi người học sinh vật lý phải trải nghiệm khi học về lý thuyết tương đối. Người ta nói rất nhiều về không gian cong. Thế nào là không gian cong? Không gian cong thì sao?

Einstein dành ngay chương đầu tiên để bàn đến điều này. Ông nói về ý nghĩa hay giá trị vật lý của các định đề hình học. Ông nói về kinh nghiệm. Và nỗi khó khăn khi tiếp cận chân lý vì rào cản của kinh nghiệm. Ông nói rất ngắn và gọn. Ông dành thời gian cho bạn đọc ngừng lại giây lát và suy gẫm. Khi đọc Einstein tôi thấy mình cũng đã ngưng lại như thế (mà trong lòng thì bồn chồn không nguôi… Khi nào thì đến phương trình Einstein?).

Qua những chương sau, Einstein lần lượt điểm từng vấn đề cơ bản và mấu chốt, ông giải thích cho chúng ta một cách kỹ càng, từ ngọn đến ngành. Ông dọn đường cho chúng ta tiếp cận hình học Riemann ở phần hai. Chính Riemann cũng đã nghĩ rằng bộ môn hình học mới mẻ mà ông đã phát hiện ra phải có mối liên hệ gì đấy với thực tiễn vật lý. Nhưng Riemann đã đi trước thời đại, ông mất vào năm 1866 – 15 năm trước khi Michelson và Morley thực hiện thí nghiệm đo tốc độ ánh sáng. Đến như Hilbert thiên tài đi sau Riemann cũng không để ý. Bạn của Hilbert, Minkowski và là thầy của Einstein đã sớm nhận chân ra điều này, ông cho là phải kết hợp thêm về thời gian… nhưng ông mất quá sớm, khi chưa kịp đi xa hơn. Tôi vẫn thường thắc mắc, nếu Minskowski sống thêm vài năm nữa thì sự thể sẽ ra sao.

Einstein viết ngắn gọn mà chính xác. Một trăm năm sau nhìn lại, khó mà có thể bớt hay thêm điều gì. Nhưng không vì thế mà ông không để lại những khoảng nghi vấn. Và ở những trường hợp này, ông có lối trình bày vừa lý thú vừa tinh tế. Ví dụ như chương 8. “Chương 8: Khái niệm thời gian trong Vật lý”. Đây là một đề tài … sâu thẳm. Ở thời điểm ấy không biết Einstein đã nghĩ gì. Einstein là người đầu tiên hiểu sự chuyển đổi của không thời gian, nhưng công bằng mà nói, điều này chỉ thuần về mặt toán học. Cho đến thời điểm cuốn sách viết ra – 1916 – người ta vẫn chưa biết về sự co giãn của không thời gian. Phát hiện của Hubble về sự giãn nở của vũ trụ còn phải chờ đến 10 năm sau. Nhưng ta hãy trở lại tiêu đề của Einstein. Rõ ràng là ông thấy có điều gì lấn cấn với ý niệm về thời gian. Các nhà vật lý với cung cách làm việc nghiêm túc thường không đặt vấn đề khơi khơi. Họ tránh nói về những điều họ không có những suy nghĩ rõ ràng. Trong chương này Einstein bàn đến một khái niệm về tính đồng thời. Đây là một phát hiện hoàn toàn dựa trên suy diễn vào năm 1905, cái năm “Thần kỳ” – lúc ấy Einstein đã biết đâu về không thời gian Minkowski. Ông nhắc đến tính đồng thời như một hệ quả, một quan sát vật lý. Đây là điểm mạnh mà Einstein lập lại nhiều lần xuyên suốt các công trình khoa học của mình. Ông lấy những điểm mà mình thường bỏ qua – nguyên lý tương đương là một ví dụ sáng chói khác – và nâng mức hiểu biết đến một tầm cao chưa từng có.

Tôi có cảm tưởng rằng Einstein không chỉ muốn bàn đến tính đồng thời. Bàn đến tính đồng thời thì việc gì phải bê “khái niệm về thời gian” để lên đầu chương như thế. Mà trong suốt chương này, là một trong những chương dài nhất, ông không hề bàn đến cái gọi là “khái niệm thời gian” …. Ông chỉ nói về ảo giác “đồng thời gian” hay “đồng vị trí” trong chúng ta. Einstein bàn đến tính đồng thời, nhưng tiêu đề gói ghém đến vấn đề gai góc mà trước ông đã không mấy ai nhắc đến. Có thể ông muốn nhen nhúm cho người đọc suy nghĩ. Có lẽ Einstein muốn nói đến điều sâu rộng hơn, có lẽ ông muốn biết “thời gian là gì.” Nhưng rõ ràng ông không có điều gì để đáng nói. Đến 100 năm sau sự việc vẫn không khá hơn bao nhiêu, chúng ta cũng chưa nói thêm được gì về bản chất của thời gian.

Lý thuyết tương đối không chỉ để giải thích sự nhiễu loạn trong quỹ đạo sao Thuỷ, hay chỉ để tính độ cong của ánh sáng. Lý thuyết tương đối giúp con người đạt những kết quả không thể ngờ. Nó làm ta liên tưởng đến sự thật, đến chân lý. Chân lý có mức độ lan toả rộng, và người ý thức được nó có thể làm nên những điều phi thường. Như đã nắm bắt được chân lý của tự nhiên, Einstein dùng ngay lý thuyết tương đối để làm chuyện phi thường, ông muốn giải quyết bài toán muôn thuở: vũ trụ học. Chính Einstein là người thiết lập nên bộ môn Vũ trụ học. Phải mất gần một trăm năm người ta mới bắt đầu cảm nhận điều này.

Einstein viết “Tương Đối” cho bạn đọc phổ thông rất sớm. Lúc viết cuốn sách này, Einstein hãy còn rất trẻ, 37 tuổi đời. Vậy mà ông đã có lối dạy của những người đã từng nếm trải.

Einstein dạy cho tôi nghi ngờ mấy chữ “cao siêu khó hiểu” … Einstein chỉ cho thấy chẳng có chi khó hiểu cả. Người ta hiểu được thì mình cũng hiểu được.

Chúng ta học từ Einstein rất nhiều. Ngay cả lối giải thích cho quần chúng mình cũng bắt chước ông ấy. Tôi để ý thấy những nhà vật lý hàng đầu về sau, như Feynman, như Weinberg… trong cách nói chuyện khoa học với quần chúng, họ cũng học Einstein: trình bày phải trung thực và thoả đáng. Tôi đọc Einstein thấy ông là bậc thầy ở điều này.

Công trình nguyên thuỷ của Einstein, “Nền tảng của Lý thuyết Tương Đối Tổng Quát” cũng được viết như thế. Ngày nay hàng chục cuốn sách giáo khoa về Tương Đối đã được viết ra, nhưng cốt lõi của chúng vẫn từ những dòng chữ nguyên thuỷ của Einstein. Bạn đọc muốn nếm hương vị đến từ trăm năm trước mà vẫn còn tươi mới, muốn trải nghiệm giá trị kinh điển của một tác phẩm kinh điển? Hãy đọc Einstein.

Có lẽ vì thế mà cuốn sách này đã được dịch ra nhiều thứ tiếng, và tái bản nhiều lần. Như Nguyễn Xuân Xanh đã có lần nói, rằng về thực chất, “cuốn sách của Einstein là di sản văn hoá thế giới.”

NGUYỄN TRỌNG HIỀN

Nhà Vật lý, JPL/Caltech