Tài liệu tập trung vào vật lý trước lý thuyết tương đối, bao gồm cơ học cổ điển của Galileo và Newton cùng các thí nghiệm dẫn đến lý thuyết tương đối của Einstein. Nó cũng đề cập đến khủng hoảng giữa cơ học và lý thuyết điện từ vào cuối thế kỷ 19, cùng với lý thuyết hấp dẫn và trường điện từ do Maxwell phát triển. Cuối cùng, tài liệu đề cập đến các thí nghiệm tiền đề xác định tốc độ ánh sáng và sự cần thiết phải xem xét lại các lý thuyết cổ điển.

1. LÝ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI
Chương 1: Vật lý trước Lý thuyết tương đối
22/02/2019Dai-Nam Le 1

2. NỘI DUNG
Vật lý
trước
Lý
thuyết
tương
đối
Cơ học cổ điển (Lý thuyết tương đối của Galilei)
Các thí nghiệm dẫn đến sự ra đời của Lý thuyết tương đối của Einstein
Khủng hoảng giữa Cơ học và Lý thuyết trường điện từ cuối thể kỷ XIX
Lý thuyết hấp dẫn của Newton
Lý thuyết trường điện từ của Maxwell
22/02/2019Dai-Nam Le 2

3. Vật lý
trước
Lý
thuyết
tương
đối
Cơ học cổ điển (Lý thuyết tương đối của Galilei)
Các thí nghiệm dẫn đến sự ra đời của Lý thuyết tương đối của Einstein
Khủng hoảng giữa Cơ học và Lý thuyết trường điện từ cuối thể kỷ XIX
Lý thuyết hấp dẫn của Newton
Lý thuyết trường điện từ của Maxwell
22/02/2019Dai-Nam Le 3
CƠ HỌC CỔ ĐIỂN

4. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 4
Galileo Galilei
Toán học
Thực nghiệm
Triết học
(Vật lý)

5. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 5
Galileo Galilei
g = g’ Chuyển động có gia tốc

6. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 6
Galileo Galilei
Định luật Quán tính

7. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 7
Galileo Galilei
Is it moving????
Nguyên lý tương đối

8. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 8
Galileo Galilei
Định luật quán tính
 định luật I của Newton
 hệ quy chiếu quán tính (HQC Galilei)
Nguyên lí tương đối
 áp dụng cho các hiện tượng cơ học
 phép biến đổi Galilei
HQC quán tính
 là các HQC chuyển động thẳng đều
so với nhau

9. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 9
Sir Isaac Newton

10. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 10
Sir Isaac Newton
Định luật I Newton
một vật không chịu tác dụng của một lực (hoặc hợp
lực tác dung triệt tiêu) đang đứng yên thì tiếp tục đứng
yên, đang chuyển động thẳng đều thì tiếp tục chuyển
động thẳng đều
Định luật II Newton
𝒂 =
𝑭
𝒎
Định luật III Newton
𝑭 𝟏𝟐 = −𝑭 𝟐𝟏
khái niệm HQC quán tính
là HQC mà ở đó nghiệm đúng các định luật Newton

11. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 11
Sir Isaac Newton
Hệ quy chiếu
x
y
y0
x0
O

12. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 12
Sir Isaac Newton
Hệ quy chiếu
x’
y’
y’0
x’0
O’

13. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 13
Sir Isaac Newton
Hệ quy chiếu
• không gian và thời gian độc lập
• mô tả không gian bằng hình học Euclid
 khoảng cách giữa hai điểm trong không gian bất biến
x
y
O
2
4
6
5
A
B
AB = 4.12

14. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 14
Sir Isaac Newton
Hệ quy chiếu
• không gian và thời gian độc lập
• mô tả không gian bằng hình học Euclid
 khoảng cách giữa hai điểm trong không gian bất biến
x’
y’
O’
3
4
7
5
A
B
AB = 4.12

15. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 15
Sir Isaac Newton
Hệ quy chiếu
• không gian và thời gian độc lập
• mô tả không gian bằng hình học Euclid
 khoảng cách giữa hai điểm trong không gian bất biến
3.83
3.21
6.72
5.37
A
B
AB = 4.12

16. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 16
Sir Isaac Newton
Phép biến đổi Galilei
là phép biến đổi giữa hai HQC quán tính so với nhau
𝑡 = 𝑡′ = 0
𝑂 ≡ 𝑂′
x
y
O
x’
y’
O’

17. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 17
Sir Isaac Newton
Phép biến đổi Galilei
là phép biến đổi giữa hai HQC quán tính so với nhau
x
y
O
x’
y’
O’
v
vt
𝑡 = 𝑡′
𝑂′
:
𝑥′ = 𝑦′ = 𝑧′ = 0
𝑥 = 𝑣𝑡, 𝑦 = 𝑧 = 0

18. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 18
Sir Isaac Newton
Phép biến đổi Galilei
là phép biến đổi giữa hai HQC quán tính so với nhau
x
y
O
x’
y’
O’
v
vt
𝑟 𝑟′
M
𝑀:
𝑥′= 𝑥 − 𝑣𝑡
𝑦′ = 𝑦
𝑧′ = 𝑧
𝑡′ = 𝑡

19. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 19
Joseph-Louis Lagrange
Cơ học giải tích
Tác dụng 𝑆 = 𝐿𝑑𝑡
𝐿 = 𝑇 − 𝑉 là hàm Lagrange
Nguyên lý tác dụng tối thiểu
sử dụng phép tính biến phân phiếm hàm của Euler
𝑑
𝑑𝑡
𝜕𝐿
𝜕 𝑞 𝑗
=
𝜕𝐿
𝜕𝑞𝑗

20. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 20
Sir William Rowan Hamilton
Cơ học giải tích
𝐻 = 𝑗 𝑞 𝑗 𝑝𝑗 − 𝐿 là hàm Hamilton.
Biến đổi pt Euler-Lagrange dưới theo các biến
chính tắc 𝑝, 𝑞
𝜕𝐻
𝜕𝑞 𝑗
= − 𝑝𝑗
𝜕𝐻
𝜕𝑝𝑗
= + 𝑞 𝑗

21. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 21
Câu hỏi: Chứng minh rằng phép biến đổi Galilei thỏa
mãn nguyên lý tương đối của Galilei.
𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡 ↦ 𝑥′, 𝑦′, 𝑧′, 𝑡′ :
𝑥′
= 𝑥 − 𝑣𝑡
𝑦′
= 𝑦
𝑧′
= 𝑧
𝑡′ = 𝑡

22. Vật lý
trước
Lý
thuyết
tương
đối
Cơ học cổ điển (Lý thuyết tương đối của Galilei)
Các thí nghiệm dẫn đến sự ra đời của Lý thuyết tương đối của Einstein
Khủng hoảng giữa Cơ học và Lý thuyết trường điện từ cuối thể kỷ XIX
Lý thuyết hấp dẫn của Newton
Lý thuyết trường điện từ của Maxwell
22/02/2019Dai-Nam Le 22
LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON

23. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 23
Sir Isaac Newton
Quá trình ra đời
• quan sát TN
Tycho Brahe
• 3 định luật
Johannes
Kepler • thống nhất lực giữa
các thiên thể và trọng
lực
• đưa ra định luật vạn
vật hấp dẫn
Isaac Newton

24. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 24
Sir Isaac Newton
Cơ sở thực nghiệm
𝑟 =
𝑟0
1 + 𝜀𝑐𝑜𝑠𝜃
𝑟2
𝑑𝜃
𝑑𝑡
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
𝑇2
𝑎3
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

25. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 25
Sir Isaac Newton
Suy luận của Newton
phải có lực tương tác giữa mặt trời và trái đất

26. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 26
Sir Isaac Newton
Suy luận của Newton
bảo toàn moment động lượng  lực xuyên tâm

27. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 27
Sir Isaac Newton
Suy luận của Newton

28. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 28
Sir Isaac Newton
Suy luận của Newton
lực giữ
mọi vật ở
mặt đất
lực giữa
các thiên
thể

29. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 29
Sir Isaac Newton
Lí thuyết hấp dẫn của Newton
nếu biết G thì xác định được khối lượng
của Trái đất, Mặt trời và các hành tinh khác
𝑇2
𝑎3
=
4𝜋2
𝐺 𝑀 + 𝑚

30. CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 30
Sir Isaac Newton
Lí thuyết hấp dẫn của Newton
𝑚 𝑒𝑎𝑟𝑡ℎ = 6 × 1024 𝑘𝑔

31. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 31
Sir Isaac Newton
Ứng dụng vào hiện tượng thủy triều
mô hình giải thích hiện tượng thủy triều

32. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 32
Sir Isaac Newton
Ứng dụng vào hiện tượng thủy triều
phân bố lực thủy triều

33. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 33
Sir Isaac Newton
Ứng dụng vào hiện tượng thủy triều

34. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 34
Sir Isaac Newton
Ứng dụng vào hiện tượng thủy triều

35. LÍ THUYẾT HẤP DẪN CỦA NEWTON
22/02/2019Dai-Nam Le 35
Câu hỏi: Hãy dẫn ra định luật vạn vật hấp dẫn từ 3
định luật của Kepler bằng giải tích.

36. Vật lý
trước
Lý
thuyết
tương
đối
Cơ học cổ điển (Lý thuyết tương đối của Galilei)
Các thí nghiệm dẫn đến sự ra đời của Lý thuyết tương đối của Einstein
Khủng hoảng giữa Cơ học và Lý thuyết trường điện từ cuối thể kỷ XIX
Lý thuyết hấp dẫn của Newton
Lý thuyết trường điện từ của Maxwell
22/02/2019Dai-Nam Le 36
LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ

37. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 37
James Clerk Maxwell
Các định
luật
thực
nghiệm
Cảm ứng
điện từ
Điện trường
Từ trường
Hệ phương
trình
Maxwell
TN về sóng
điện từ

38. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 38
James Clerk Maxwell
Các định
luật thực
nghiệm
Cảm ứng
điện từ
Điện trường
Từ trường
Hệ phương
trình Maxwell
TN về sóng
điện từ

39. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 39
James Clerk Maxwell
Các định
luật
thực
nghiệm
Cảm ứng
điện từ
Điện trường
Từ trường
Hệ phương
trình
Maxwell
TN về sóng
điện từ

40. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 40
James Clerk Maxwell
Các định
luật
thực
nghiệm
Cảm ứng
điện từ
Điện trường
Từ trường
Hệ phương
trình
Maxwell
TN về sóng
điện từ

41. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 41
James Clerk Maxwell
Các định
luật
thực
nghiệm
Cảm ứng
điện từ
Điện trường
Từ trường
Hệ phương
trình
Maxwell
TN về sóng
điện từ

42. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 42
James Clerk Maxwell
Các định
luật
thực
nghiệm
Cảm ứng
điện từ
Điện trường
Từ trường
Hệ phương
trình
Maxwell
TN về sóng
điện từ

43. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 43
James Clerk Maxwell
Các định
luật
thực
nghiệm
Cảm ứng
điện từ
Điện trường
Từ trường
Hệ phương
trình
Maxwell
TN về sóng
điện từ
𝛻. 𝐷 = 𝜌
𝛻 × 𝐸 = −
𝜕𝐵
𝜕𝑡
𝛻. 𝐵 = 0
𝛻 × 𝐻 = 𝑗 +
𝜕𝐷
𝜕𝑡

44. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 44
James Clerk Maxwell
Các định
luật
thực
nghiệm
Cảm ứng
điện từ
Điện trường
Từ trường
Hệ phương
trình
Maxwell
TN về sóng
điện từ

45. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 45
James Clerk Maxwell
Phân tử xoáy (aether) Cơ học chất lưu

46. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 46
James Clerk Maxwell
điện trường và từ trường là 2 mặt của trường điện từ
𝛻. 𝐷 = 𝜌
𝛻 × 𝐸 = −
𝜕𝐵
𝜕𝑡
𝛻. 𝐵 = 0
𝛻 × 𝐻 = 𝑗 +
𝜕𝐷
𝜕𝑡

47. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 47
James Clerk Maxwell
Sóng điện từ với vận tốc c trùng với ánh sáng
∆Ψ =
1
𝑐2
𝜕2Ψ
𝜕𝑡2

48. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 48
James Clerk Maxwell
Ánh sáng cũng chính
là sóng điện từ???

49. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 49
James Clerk Maxwell
Trường điện từ
Quang
học
Từ
học
Điện
học

50. LÍ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
22/02/2019Dai-Nam Le 50
Câu hỏi: Phương trình truyền sóng điện từ có thỏa
mãn nguyên lý tương đổi của Galilei không?
Câu hỏi: Trong hệ phương trình Maxwell có thể hiện
sự tồn tại của aether không?

51. Vật lý
trước
Lý
thuyết
tương
đối
Cơ học cổ điển (Lý thuyết tương đối của Galilei)
Các thí nghiệm dẫn đến sự ra đời của Lý thuyết tương đối của Einstein
Khủng hoảng giữa Cơ học và Lý thuyết trường điện từ cuối thể kỷ XIX
Lý thuyết hấp dẫn của Newton
Lý thuyết trường điện từ của Maxwell
22/02/2019Dai-Nam Le 51
KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN

52. KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 52
Cơ học
Hấp
dẫn
Nhiệt
học
Thống kê

53. KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 53
Trường điện từ
Quang
học
Từ
học
Điện
học

54. KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 54
CơhọcNewton
TrườngđiệntừMaxwell
VẬT LÝ

55. KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 55

56. KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 56

57. KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 57

58. KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 58
PT truyền
sóng điện từ
Phép biến
đổi Galilei
Nguyên lý tương đối Galilei
không áp dụng cho hiện tượng
điện, từ và quang????
Có thể tìm thấy một HQC
đứng yên tuyệt đối????
Aether có tồn tại hay
không????

59. KHỦNG HOẢNG CỦA LÍ THUYẾT CỔ ĐIỂN
22/02/2019Dai-Nam Le 59

60. Vật lý
trước
Lý
thuyết
tương
đối
Cơ học cổ điển (Lý thuyết tương đối của Galilei)
Các thí nghiệm dẫn đến sự ra đời của Lý thuyết tương đối của Einstein
Khủng hoảng giữa Cơ học và Lý thuyết trường điện từ cuối thể kỷ XIX
Lý thuyết hấp dẫn của Newton
Lý thuyết trường điện từ của Maxwell
22/02/2019Dai-Nam Le 60
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ

61. 22/02/2019Dai-Nam Le 61
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
Ole Christensen Rømer
Xác định được vận tốc ánh sáng là hữu hạn
215000 km/s

62. 22/02/2019Dai-Nam Le 62
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
James Bradley
Hiện tượng quang sai
𝑡𝑎𝑛𝜙 =
𝑠𝑖𝑛𝜃
𝑐𝑜𝑠𝜃 −
𝑣
𝑐

63. 22/02/2019Dai-Nam Le 63
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
Sir George Biddell Airy
sử dụng quang sai để tìm vận tốc của aether

64. 22/02/2019Dai-Nam Le 64
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
Armand Hippolyte Louis Fizeau
đo chính xác vận tốc ánh sáng1848 – 1849
313000 km/s

65. 22/02/2019Dai-Nam Le 65
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
Jean Bernard Léon Foucault
đo chính xác vận tốc ánh sáng1850, 1862
298000 km/s

66. 22/02/2019Dai-Nam Le 66
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
Armand Hippolyte Louis Fizeau
đo vận tốc ánh sáng trong nước1851 𝑢+ =
𝑐
𝑛
+ 1 −
1
𝑛2
𝑣

67. 22/02/2019Dai-Nam Le 67
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
Albert Abraham Michelson
Edward Williams Morley
1881, 1887 không có gió aether
c (cileritas)

68. 22/02/2019Dai-Nam Le 68
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
Sir Joseph John Thomson
𝒆
𝒎
không phải hằng số1897

69. 22/02/2019Dai-Nam Le 69
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ

70. 22/02/2019Dai-Nam Le 70
CÁC THÍ NGHIỆM TIỀN ĐỀ
Câu hỏi: Theo lí thuyết cổ điển, các thí nghiệm của
• James Bradley
• Fizeau (1851)
• Michelson – Morley
kì vọng sẽ cho kết quả như thế nào?

71. Dai-Nam Le 22/02/2019 71
Thank You!