Điều gì xảy ra khi một vật quay với vận tốc ánh sáng? - Vật Lý Thiên Văn

Liệu có khả năng nào để một vật quay với tốc độ tiệm cận đến vận tốc ánh sáng? Có công thức nào chúng ta có thể sử dụng để tính toán số vòng quay trên mỗi phút và chiều dài của một cây gậy lớn với vận tốc tại đầu gậy tiệm cận đến vận tốc ánh sáng?

Chẳng hạn, nếu chúng ta có một cây gậy dài 30 mét và quay với vận tốc nhanh như thế, thì điều gì sẽ xảy ra với cây gậy này? Chuyện gì sẽ xảy ra với một người đứng ở đầu cây gậy này?

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Đây thực sự là chủ đề đã được thảo luận khá nhiều. Thật không may, vận tốc ánh sáng là rào cản không thể vượt qua dù sử dụng bất cứ thủ thuật nào, bất kể là với một đối tượng di chuyển theo đường thẳng hay đầu một thanh quay tiệm cận đến vận tốc ánh sáng. Dù thế nào thì kết quả vẫn giống nhau: không có một đối tượng có khối lượng nào (khi nó ở trạng thái nghỉ) có thể chạm đến vận tốc ánh sáng.

Vật lý cổ điển cung cấp cho bạn công thức tính vận tốc tại đầu của thanh quay như sau:

{dpi{150}v = 2*\pi *f*r}

với f là tần số quay theo đơn vị số vòng quay trên giây (nhân số này với 60 sẽ có số vòng quay trên phút, viết tắt là RPM), và r là chiều dài tính từ tâm quay đến đầu cây gậy. {dpi{100}2*\pi} là được thêm vào bởi vì đây là chuyển động tròn.

Lúc này bạn có thể thay một con số cho r và tính toán giá trị cần thiết của f để chạm dến vận tốc ánh sáng.

Tuy nhiên, công thức này trở nên không hợp lệ khi v tiệm cận đến c, khi mà thời gian trôi qua trên đầu cây gậy và độ dài của vòng tròn thay đổi ở vận tốc cao. Thứ ngăn chặn cây gậy tiệm cận đến vận tốc ánh sáng là thực tế mà theo lý thuyết của Einstein (và điều này có thể đo đạc được!), khi động năng của cây gậy (năng lượng của chuyển động) tăng lên thì khối lượng cũng tăng lên. Do đó, cây gậy sẽ trở nên nặng hơn và nặng hơn nữa khi nó quay nhanh hơn, với đầu cây gậy tiến đến khối lượng vô hạn khi nó chạm đến vận tốc ánh sáng. Dĩ nhiên, khôi lượng vô hạn là không thể gia tốc thêm được. Nói theo cách khác, thay vì tăng tốc cho cây gậy thì bạn chỉ tăng khối lượng của nó lên mà thôi.

Giả sử chúng ta có thể tăng tốc một cây gậy dài 30 mét chạm đến vận tốc ánh sáng ở đầu cây gậy, điều này sẽ tạo ra một lực hướng tâm rất lớn, tức là lực cần thiết để giữ đầu gậy trên một đường tròn (kéo nó liên tục vào bên trong). Lực này sẽ phải chạm đến {dpi{100}10^{12}} lần (1 nghìn tỷ lần) lực hấp dẫn ở bề mặt Trái Đất. Không có một vật chất đã biết nào đủ mạnh để chịu được một lực khổng lồ như vậy. Trong quá trình luyện tập, các phi hành gia cũng chỉ chịu đựng được nhiều nhất là 10 lần hấp dẫn Trái Đất mà thôi.

Ts. Eberhard Moebius
Nguồn: NASA Cosmicopia

Author: Hiền PHAN
Nguyên chủ nhiệm CLB Thiên văn Bách khoa - PAC (nay là CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC); Nghiên cứu sinh ngành Vật lý thiên văn tại APC Laboratory, Paris Diderot University, Cộng hòa Pháp.


Bài viết cùng chuyên mục

Bài viết xem nhiều

Bài viết nổi bật

Bài viết ngẫu nhiên