Bạn sẽ nhìn thấy đèn pha màu gì khi đi ô tô ngang vận tốc ánh sáng?

Tuấn Hưng,  

Hãy cùng vào vai tiến sỹ Brown và Marty trong bộ phim Back to the Future để biết được đèn pha ô tô sẽ có màu gì khi bạn di chuyển ở vận tốc ánh sánh nhé!

Nếu như không có gì nhanh hơn tốc độ ánh sáng và bạn đang ngồi trong một chiếc ô tô đang đi với vận tốc đó, điều gì sẽ xảy ra khi bạn bật đèn pha?

Cách đơn giản nhất để trả lời câu hỏi này là chỉ có những hạt không trọng lượng có thể đạt được vận tốc ánh sáng trong chân không, vậy nên viễn cảnh này là không tưởng, tuy nhiên thế thì còn gì là vui nữa! Chính vì vậy, thay vì cố gắng trả lời theo kiểu đó, chúng ta hãy nhìn vào thuyết tương đối đặc biệt của Einstein.

Điều đầu tiên mà bạn cần biết là một khái niệm được gọi là “Hệ quy chiếu quán tính”, thứ mà Galileo Galilei đã nghĩ ra từ bốn thế kỷ trước, mà trong đó chuyển động của hạt tự do (hạt không chịu tác động của lực nào) là chuyển động thẳng đều.

Lấy một ví dụ gồm 2 người quan sát: một là hành khách trên con tàu chuyển động ở vận tốc không đổi trên đường thẳng và hai là người khác đứng gần đường ray. Nếu như hành khách trên tàu bắn một viên đạn với một vận tốc nhất định, viên đạn sẽ có tốc độ nhanh hơn người ở ngoài tàu, bởi tốc lực của đoàn tàu sẽ được tiếp cho viên đạn.

Tuy nhiên mọi thứ lại không giống như vậy nếu như người hành khách soi đèn pin thay vì bắn súng. Ánh sáng được nhìn thấy bởi người trên tàu và người đứng dưới sẽ là như nhau. Điều này xảy bởi vận tốc của ánh sáng là không đổi. Nó là một giới hạn không thể bị vượt qua. Ví dụ trước với viên đạn và đoàn tàu là một sự mô phỏng của thực tại tương đối, và nó chỉ đúng vì cả đoàn tàu lẫn viên đạn đều chuyển động rất chậm so với vận tốc ánh sáng.

Kể cả bạn có một chiếc xe ô tô, hay một tàu vũ trụ di chuyển với vận tốc gần bằng ánh sáng, thì đèn pha của nó vẫn sẽ di chuyển với vận tốc ánh sáng.

Thuyết tương đối là một giả thiết được xây dựng rất chắc chắn và kể cả bạn có tạo ra những điều “vô lý”, ví dụ như một chiếc xe đạt được vận tốc ánh sáng, thì nó vẫn sẽ chứng minh được rằng điều đó là không thể.

Mặc dù đây có vẻ là một câu trả lời gây nhiều thất vọng, tuy nhiên không phải đâu nhé! Đó là điểm cộng của Vật lý đấy! Trước khi bạn kết luận rằng một điều gì đó là không thể, thì còn rất nhiều thứ “điên rồ” khác nữa!

Khi bạn đang di chuyển ở một vận tốc ngang bằng với ánh sáng, ánh sáng sẽ bị chuyển đi bởi hiệu ứng Doppler. Tương tự như vậy, còi báo của xe cứu thương dường như thay đổi trường độ khi nó tiếp cận hoặc cách xa chúng ta. Nếu như một nguồn sáng có tốc độ đủ nhanh, sóng ánh sẽ bị đẩy lại gần nhau hơn, vì thế mà màu sắc của ánh sáng sẽ bị chuyển đổi.

Màu sắc của đèn pha sẽ bị chuyển đổi
Màu sắc của đèn pha sẽ bị chuyển đổi

Hãy tưởng tượng rằng xe của bạn đang đi với vận tốc bằng 10% tốc độ ánh sáng, với đèn pha có màu vàng như thường lệ. Ánh sáng sẽ bị “hất” khỏi đường và phản chiếu thẳng lại về bạn. Tuy nhiên, “ngạc nhiên chưa!”, nó không còn là màu vàng nữa – nó sẽ chuyển tím.

Khi vận tốc của bạn tăng thì tần số của sóng ánh sáng cũng tăng. Vận tốc bằng 50% ánh sáng, bạn sẽ nhìn thấy tia UV. Ở 99,99%, ánh sáng phản chiếu chỉ có thể thấy được rằng máy phát hiện tia X.

Sự thay đổi của ánh sáng sẽ không phải hiệu ứng gây tò mò duy nhất mà bạn sẽ được trải nghiệm trên chiếc xe siêu nhanh này. Định lý về thuyết tương đối đặc biệt cho biết rằng thời gian sẽ bị kéo dài ra còn không gian sẽ bị thu hẹp lại khi một vật chuyển động với vận tốc gần bằng ánh sáng.

Tuy nhiên điều này không đồng nghĩa với việc nhìn ra ngoài cửa kính thì bạn sẽ thấy mọi vật bị “bẹp dí” lại. Bởi bạn vượt qua một quãng đường dài trong khoảng thời gian ngắn, những vật mà bạn đi qua sẽ thay đổi góc độ, như thể là chúng đang quay tròn vậy. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Lampa-Terrell-Penrose, và mặc dù nó không thay đổi phương diện toán học của thuyết tương đối, nhưng nó cho chúng ta biết mình sẽ nhìn thấy gì ở tốc độ đó.

Hình ảnh của một vụ nổ hạt nhân
Hình ảnh của một vụ nổ hạt nhân

Gần như chắc chắn rằng chúng ta sẽ khó có thể trải nghiệm những hiệu ứng đó bằng mắt thường, bởi chúng ta không thể đạt được vận tốc ánh sáng, chứ đừng nói tới việc tạo ra một chiếc xe ô tô di chuyển được với tốc độ đó. Và nếu có thể, ma sát được tạo ra từ những phân tử trong không khí sẽ khiến chúng nóng lên nhanh chóng, hoặc sẽ làm tan chảy cả xe lẫn người ở bên trong, hoặc tồi tệ hơn nữa, tạo ra những vụ nổ hạt nhân khủng khiếp một khi bạn vượt qua một tốc độ nhất định.

Theo iflscience

Tin cùng chuyên mục
Xem theo ngày

NỔI BẬT TRANG CHỦ