Nguyên lí tốc độ ánh sáng không đổi là gì?

Đối mặt với sự lựa chọn nghiêm ngặt này, tháng 9 năm 1905, Einstein công bố luận văn “Bàn về điện động lực học của vật thể chuyển động” trên Niên giám vật lí của Đức, đưa ra hai giả thiết cơ bản: giả thiết một là nguyên lí tương đối, giả thiết thứ hai là tốc độ ánh sáng không đổi. Tức là trong tất cả các hệ quán tính, tốc độ truyền ánh sáng trong chân không đều bằng C như nhau. Căn cứ vào kết quả đo đạc mới nhất, trị số đưa ra về tốc độ ánh sáng trong năm 1986 là C = 299792458 m/s.

Vậy thì phải giải thích như thế nào về kết luận “chuyển động nhanh chậm là tương đối so với hệ quy chiếu” có phù hợp với lẽ đời hay không? Einstein cho rằng, khi vật thể chuyển động, kết luận quan sát được trong những hệ quán tính khác nhau có thể liên hệ qua lại với nhau thông qua một loại phương thức gọi là “phép biến đổi Lorentz”, cũng tức là sự chuyển động nhanh chậm “nhìn” từ một hệ quán tính, có thể thông qua “phép biến đổi Lorentz” suy tính ra sự chuyển động nhanh chậm của nó trong một hệ quán tính khác. Theo phép biến đổi này, một vật thể chuyển động, độ dài của nó trên hướng chuyển động sẽ rút ngắn. Khi tốc độ chuyển động của nó gần được 90% của tốc độ ánh sáng, kết quả tính toán cho biết, độ dài của nó chỉ còn một nửa của ban đầu; hơn nữa, nhịp điệu của chiếc đồng hồ đang chuyển động cũng sẽ chậm hơn lúc nó đứng yên. Khi nó chuyển động với tốc độ ánh sáng, nhịp điệu chuyển động liền hoàn toàn dừng lại. Chính là căn cứ vào quan niệm thời gian – không gian – thời gian như vậy, nếu một vật thể chuyển động với tốc độ ánh sáng C so với thuyền, thế thì nó chuyển động so với bờ cũng với tốc độ ánh sáng C. Loại kết luận “chuyển động nhanh chậm là so với hệ quy chiếu” ấy không còn thích hợp trong trường hợp này nữa. Do kiến thức thông thường của con người có được trong tình hình tốc độ chuyển động nhỏ hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng, trong thế giới vĩ mô của chuyển động tốc độ thấp, con người không quan sát thấy kết quả mà “phép biển đổi Lorentz” mang lại, vì vậy kết luận của kiến thức thông thường là hữu hiệu, không hề mâu thuẫn gì với nguyên lí không đổi của tốc độ ánh sáng.