Vì sao tốc độ chuyển động của bất kì vật thể nào cũng không thể đạt tới và vượt quá tốc độ ánh sáng?

Chính trên quan điểm đối với ba đại lượng vật lí cơ bản: không gian, thời gian và khối lượng, Einstein rút ra các kết luận hoàn toàn khác với Newton. Ông cho rằng, ba đại lượng vật lí này không phải là tuyệt đối mà là tương đối, cũng tức là chúng có quan hệ mật thiết với trạng thái chuyển động.

Nếu có một thước thẳng với độ dài khi đứng yên là Lo, khi nó chuyển động thẳng đều dọc theo hướng của thước với tốc độ v, độ dài của nó đo được trong trạng thái chuyển động là: trong đó c là tốc độ ánh sáng. Do tốc độ ánh sáng rất lớn, vì vậy L nhỏ hơn L0, hơn nữa tốc độ chuyển động càng lớn, sự rút ngắn của L càng rõ rệt. Qua tính toán, bạn sẽ nhận thấy: một thước thẳng dài 1 m khi đứng yên, khi tốc độ chuyển động đạt tới 0,9 c, độ dài chỉ còn 0,436 m. Thước dài 1 m mà rút ngắn tới hơn một nửa cơ đấy!

Cũng tương tự như vậy, nếu một cái đồng hồ tham gia chuyển động thẳng với tốc độ v, thế thì khoảng cách thời gian t0 lúc đứng yên, sẽ biến thành t khi chuyển động. Quan hệ giữa chúng là

Khi đứng yên, quãng cách thời gian của cả ngày là 24 giờ, khi tốc độ chuyển động của đồng hồ đạt 0,9 c, vậy mà phải chạy tới 55 giờ! Khoảng cách thời gian kéo dài ra hơn gấp đôi!

Khối lượng cũng là tương đối. Theo lí thuyết của Einstein, một vật thể có khối lượng đứng yên m0, khi tham gia chuyển động thẳng với tốc độ v, khối lượng của nó sẽ trở thành .

Vật thể có khối lượng bằng 1 kg lúc đứng yên, khi tốc độ chuyển động đạt 0,9 c, khối lượng tăng lên thành 2,29 kg.

Độ dài rút ngắn, đồng hồ chậm lại, khối lượng tăng lên, có đúng là những thứ đó sẽ xảy ra? Trong nhiều thực nghiệm về vật lí năng lượng cao, các nhà khoa học đã hoàn toàn chứng thực loại hiệu ứng thuyết tương đối này. Do tốc độ chuyển động của vật thể trong đời sống hằng ngày của chúng ta nhỏ hơn tốc độ ánh sáng nhiều lắm, vì vậy, tuy hiệu ứng thuyết tương đối vẫn tồn tại, song biến đổi do nó gây ra quá ư là nhỏ bé, khó có thể nhận biết được.

Giả dụ khi tốc độ chuyển động v của vật thể bằng hoặc vượt quá tốc độ ánh sáng thì sẽ có những kết quả gì nhỉ? Rõ ràng là sẽ trở thành số 0 hoặc số ảo. Khi ấy, vật thể có độ dài bất kì lúc đứng yên, khi chuyển động sẽ rút ngắn thành số không hoặc số ảo, quãng cách thời gian Δt và khối lượng m, khi chuyển động sẽ trở thành vô cùng lớn hoặc số ảo. Cho đến nay, những kết luận như vậy chưa ai có thể chứng minh sự tồn tại hợp lí của nó. Qua đó, có thể thấy, vật thể có độ dài đứng yên, khối lượng đứng yên nhất định, và chuyển động trong quãng cách thời gian t nào đó, tốc độ của nó chỉ có thể tiếp cận tốc độ ánh sáng, mà không thể nào đạt tới và vượt quá tốc độ ánh sáng. Đó là giới hạn cao nhất của mọi tốc độ chuyển động của vật thể trong vật lí học cận đại.