Einstein có thật sự khám phá ra phương trình E = mc2?

Ai là người đã khám phá ra phương trình E = mc²? Câu trả lời thật chẳng đơn giản như bạn nghĩ đâu. Các nhà khoa học từ James Clerk Maxwell và Max von Laue cho đến một loạt những nhà vật lí đầu thế kỉ 20 đã được đề xuất là người khám phá thật sự của tương đương khối lượng-năng lượng mà ngày nay đa số mọi người tôn vinh cho thuyết tương đối đặc biệt của Einstein. Những khẳng định này đã gây đình đám buộc tội Einstein ăn cắp ý tưởng, nhưng nhiều người không đồng ý hoặc cảm thấy nghi ngờ. Nhưng hai nhà vật lí vừa cho biết công thức nổi tiếng của Einstein thật sự có một căn nguyên phức tạp và có phần nhập nhằng.

Một trong những người khám phá hợp lí hơn của phương trình E = mc² được gán cho Fritz Hasenöhrl, một vị giáo sư vật lí tại trường Đại học Vienna. Trong một bài báo năm 1904, Hasenöhrl đã viết rõ ràng phương trình E = 3/8mc². Không biết ông có nó từ đâu, và tại sao hằng số tỉ lệ lại không đúng? Stephen Boughn thuộc trường Haverford College ở Pennsylvania và Mark Rothman thuộc trường Đại học Princeton, đã khảo sát câu hỏi này trong một bài báo đăng tải trên website chia sẻ bản thảo arXiv.

Tên tuổi của Hasenöhrl ngày nay thường là không tốt, vì ông thường được viện dẫn bởi những người chống đối Einstein. Tiếng tăm rằng ông là người thật sự khám phá ra phương trình E = mc² có liên quan đến nhiều hoạt động của những người bài Semitic và nhà vật lí đạt giải Nobel Philipp Lenard, người đã tìm cách đưa tên tuổi Einstein ra khỏi lí thuyết tương đối để nó không bị xem là một sản phẩm của “nền khoa học Do Thái”.

Toàn bộ những việc làm này đã gây tổn hại cho tên tuổi của Hasenöhrl. Ông là học trò của Ludwig Boltzmann và là người kế vị tại Vienna, và từng được Erwin Schrödinger tán dương. “Hasenöhrl có khả năng là nhà vật lí người Áo hàng đầu trong thời đại của ông”, Rothman nói. Ông có thể đạt được nhiều thành quả hơn nếu như không bị giết trong Thế chiến thứ nhất.

Tương đương khối lượng năng lượng

Ảnh: iStockphoto.com/JLGutierrez

Mỗi liên hệ của năng lượng và khối lượng đã được thảo luận rộng rãi lúc Hasenöhrl nghiên cứu vấn đề đó. Henri Poincaré đã khởi xướng rằng bức xạ điện từ có một xung lượng và do đó có một khối lượng hiệu dụng. Nhà vật lí người Đức Max Abraham cho rằng một electron đang chuyển động tương tác với từ trường riêng của nó, E₀, đòi hỏi một khối lượng biểu kiến cho bởi E₀ = 3/4 mc². Toàn bộ những lập luận này dựa trên điện động lực học cổ điển, giả định một lí thuyết ê te truyền sáng. “Hasenöhrl, Poincaré, Abraham và những người khác cho rằng phải có một khối lượng quán tính đi cùng với năng lượng điện từ, mặc dù họ không nhất trí về hằng số tỉ lệ”, Boughn nói.

Robert Crease, một nhà triết học và nhà nghiên cứu lịch sử khoa học tại trường Đại học Stony Brook ở New York, tán thành quan điểm trên. “Các nhà sử học thường nói rằng, nếu như không có Einstein, thì cộng đồng chẳng mấy chốc cũng đi tới thuyết tương đối đặc biệt”, ông nói.

Hasenöhrl tiếp cận vấn đề bằng cách nêu câu hỏi một vật đen đang phát xạ có thay đổi khối lượng hay không khi nó đang chuyển động tương đối so với nhà quan sát. Ông tính được rằng chuyển động đó bổ sung thêm một khối lượng 3/8c² lần năng lượng bức xạ. Rồi một năm sau, ông hiệu chỉnh hằng số này là 3/4c².

Tuy nhiên, chẳng có ai từng nghiên cứu nghiêm túc căn nguyên tính toán của Hasenöhrl để tìm hiểu sự lí giải của ông hay giải thích tại sao hằng số tỉ lệ là không đúng. Công việc đó không dễ dàng gì. Các bài báo của ông mang tính chuyên môn sâu và rất khó đọc. Thậm chí, Enrico Fermi chẳng thèm đọc các bài báo của Hasenöhrl trước khi kết luận sai lầm rằng hệ số ¾ là do năng lượng tự thân electron mà Abraham đã nhận ra.

“Cái Hasenöhrl thật sự bỏ sót trong tính toán của ông là quan điểm cho rằng nếu các vật bức xạ trong hộp của ông đang phát xạ, thì chúng phải đang mất khối lượng, cho nên tính toán của ông không tương ứng”, Rothman nói. “Tuy nhiên, ông đã đúng một nửa. Nếu ông chỉ đơn thuần nói rằng E tỉ lệ với m, thì lịch sử có lẽ đã ưu ái ông hơn”.

Trong lí thuyết ê te, không cần c không đổi hoặc là tốc độ giới hạn.

Nhà vật lí Clifford Will thuộc trường Đại học Washington ở St Louis, một chuyên gia về thuyết tương đối, đánh giá bản thảo trên là “rất hấp dẫn”. Boughn và Rothman là “những nhà vật lí nghiêm túc”, ông nói, và hệ quả là ông “có xu hướng tin vào phân tích của họ”. Tuy nhiên, cuộc tranh cãi về vấn đề “quyền ưu tiên khám phá” có lẽ cần có thêm ý kiến của nhiều nhà sử học khác mới có kết luận cuối cùng.

Liệu Einstein có biết tới công trình của Hasenöhrl không? Không ai rõ cả. Vấn đề là sự trích dẫn không phải là lệ thường trong nghiên cứu thời kì đó. Cả Einstein lẫn Hasenöhrl đều là những tên tuổi lớn tại Hội nghị Solvay tổ chức vào năm 1911.

Rothman cho biết ông đã nhiều lần tình cờ bắt gặp tên tuổi Hasenöhrl. “Một trong những vị giáo sư trước đây của tôi, E C G Sudarshan, từng có lần nhận xét rằng ông công nhận Hasenöhrl là người nhận ra sự tương đương khối lượng-năng lượng. Vì thế, khoảng dịp Giáng sinh năm ngoái, tôi nói với Steve, ‘tại sao chúng ta không bỏ ra chừng hai giờ sau mỗi bữa trưa hàng ngày để đọc những bài báo của Hasenöhrl và xem cái sai của ông ta là gì?’ Vâng, hai giờ đã biến thành tám tháng, vì vấn đề dẫn tới cực kì khó khăn”.

Nguồn: physicsworld.com