Vu tru gian no

Tags: Ngan Ha, Thien Ha Cua Chung Ta, dieu nay co nghia la, thuyet tuong doi rong, Vu tru gian no, giua cac thien ha, vu no lon, diem ky di, su gian no, luc hap dan, ngoi sao, mo hinh, anh sang, thuc te, thoi gian, nam


Vu tru gian no
TS - Neu ta nhin len bau troi vao nhung dem quang dang, khong trang, nhung vat sang nhat ma chung ta nhin thay co le la cac hanh tinh: Kim tinh, Hoa tinh, Moc tinh, va Tho tinh. Cung co ca rat nhieu cac ngoi sao tuong tu nhu Mat troi cua chung ta nhung o rat xa. Mot so nhung ngoi sao co dinh do, thuc te, lai hoa ra thay doi – du la rat it – vi tri tuong doi cua chung voi nhau khi Trai dat quay xung quanh Mat troi: chung hoan toan khong phai la co dinh! So di co dieu nay la do chung tuong doi o gan chung ta.

Khi Trai dat quay xung quanh Mat troi, tu nhung vi tri khac nhau chung ta thay chung tren nen cua nhung ngoi sao o xa hon. Do la mot dieu may man, vi no cho phep chung ta do duoc mot cach truc tiep khoang cach tu nhung ngoi sao do den chung ta: chung cang o gan thi cang co ve di chuyen nhieu hon. Ngoi sao gan chung ta nhat la sao Proxima thuoc chom sao Nhan ma duoc tim thay cach chung ta khoang bon nam anh sang (nghia la anh sang tu no phai mat bon nam moi toi duoc Trai dat), hay khoang hai muoi ba trieu trieu dam. Da so cac ngoi sao khac thay duoc bang mat tran nam cach chung ta trong khoang vai tram nam anh sang.

De so sanh, ban can biet rang Mat troi chi cach chung ta co 8 phut anh sang! Nhung ngoi sao thay duoc duong nhu nam rai rac tren toan bo bau troi dem, nhung chung dac biet tap trung trong mot dai ma nguoi ta goi la dai Ngan Ha. Rat lau ve truoc, vao khoang nam 1750, da so cac nha thien van cho rang su xuat hien cua dai Ngan Ha co the giai thich duoc neu phan lon cac sao nhin thay nam trong mot cau hinh giong nhu cai dia – mot vi du ve cai ma hien nay chung ta goi la thien ha xoan oc. Phai may chuc nam sau, nha thien van, Ngai William Herschel, moi khang dinh duoc y tuong do cua minh bang cach can man lap mot catalo ve vi tri va khoang cach cua mot so rat lon cac ngoi sao. Tham chi nhu the, nhung y tuong nay chi duoc chap nhan hoan toan vao dau the ky nay.

Buc tranh hien dai ve vu tru moi chi khoi dau vao nam 1924, khi nha thien van nguoi My, Edwin Hubble chung to duoc rang thien ha cua chung ta khong phai la thien ha duy nhat. Thuc te con co nhieu thien ha khac va giua chung la nhung khoang khong gian trong rong rong lon. De chung minh dieu nay, ong da phai xac dinh khoang cach den cac thien ha khac do. Nhung thien ha nay o qua xa chung ta, nen khong giong nhu nhung ngoi sao gan, chung duong nhu thuc su co dinh. Do do Hubble buoc phai su dung cac phuong phap gian tiep de do khoang cach. Nguoi ta biet rang do choi bieu kien cua cac ngoi sao phu thuoc vao hai yeu to: anh sang no phat ra bao nhieu (tuc do trung cua no) va no o xa chung ta toi muc nao. Doi voi nhung ngoi sao o gan, chung ta co the do duoc ca do choi bieu kien lan khoang cach cua chung va nhu vay chung ta co the tinh duoc do trung cua chung. Nguoc lai, neu chung ta biet duoc do trung cua cac ngoi sao o cac thien ha khac, chung ta se co the tinh duoc khoang cach bang cach do do choi bieu kien cua chung. Hubble thay rang co mot so loai sao luon luon co cung do trung khi chung o du gan de ta co the do duoc, do do ong rut ra ket luan rang neu ta tim thay nhung ngoi sao loai do o cac thien ha khac thi chung ta co the xem rang chung cung co cung do trung – va nhu vay co the tinh duoc khoang cach den thien ha do. Neu chung ta co the lam dieu do cho nhieu ngoi sao trong cung mot thien ha ma ket qua tinh toan deu cho mot khoang cach nhu nhau thi hoan toan co the tin duoc vao danh gia cua chung ta.

Theo cach do Edwin Hubble da xac dinh duoc khoang cach toi chin thien ha khac nhau. Bay gio thi chung ta biet rang thien ha cua chung ta chi la mot trong so vai tram ngan trieu thien ha co the nhin thay duoc bang cac kinh thien van hien dai, moi mot thien ha lai gom khoang vai tram ngan trieu ngoi sao. Hinh 3.1 la anh cua mot thien ha xoan oc ma chung ta nghi rang thien ha cua chung ta se duoc nhin giong nhu the duoi con mat cua nguoi song o mot thien ha khac. Chung ta song trong mot thien ha co be ngang rong chung mot tram ngan nam anh sang va quay cham; cac ngoi sao nam trong cac nhanh xoan cua thien ha quay xung quanh tam cua no voi van toc goc mot vong trong vai tram trieu nam. Mat troi cua chung ta cung chi la mot ngoi sao binh thuong mau vang, co kich thuoc trung binh va nam o mep trong cua mot trong nhung nhanh xoan oc. Ke tu thoi Aristotle va Ptolemy, thoi ma nguoi ta nghi rang Trai dat la trung tam cua vu tru, cho toi ngay nay, qua that chung ta da di duoc mot chang duong rat dai.

Nhung ngoi sao o xa chung ta den noi, doi voi chung ta, chung chi la nhung cham sang nhot nhat. Chung ta khong the thay duoc kich thuoc cung nhu hinh dang cua chung. Vay thi bang cach nao ta co the noi ve cac loai sao rieng biet khac nhau? Doi voi dai da so cac ngoi sao, chi co mot net dac trung ma chung ta quan sat duoc – do la mau anh sang cua chung. Newton da phat hien ra rang neu anh sang Mat troi di qua mot lang kinh, no se tach thanh cac mau thanh phan (con goi la quang pho) cua no nhu mau cua cau vong. Bang cach huong kinh thien van vao mot ngoi sao rieng le hay mot thien ha nguoi ta co the quan sat mot cach tuong tu quang pho cua anh sang toi tu ngoi sao hay thien ha do. Nhung ngoi sao khac nhau co quang pho khac nhau, nhung do choi tuong doi cua cac mau khac nhau luon luon chinh xac het nhu nguoi ta mong doi tim thay trong anh sang cua nhung vat phat sang nong do. (Thuc te, anh sang duoc phat ra boi mot vat khong trong suot nong do co pho dac trung chi phu thuoc vao nhiet do cua no – quang pho nhiet. Dieu nay co nghia la chung ta co the biet nhiet do cua ngoi sao tu quang pho anh sang cua no). Hon nua, chung ta con tim thay rang mot so mau rat xac dinh khong co mat trong quang pho cua ngoi sao, va nhung mau vang mat do khac nhau doi voi nhung ngoi sao khac nhau. Vi chung ta biet rang moi nguyen to hoa hoc hap thu mot tap hop dac trung nhung mau rat xac dinh, nen bang cach doi chieu nhung mau nay voi nhung mau vang mat trong quang pho cua mot ngoi sao, chung ta co the xac dinh duoc chinh xac nhung nguyen to nao co mat trong khi quyen cua ngoi sao do.

Trong nhung nam 1920, khi cac nha thien van bat dau quan sat quang pho cua cac ngoi sao thuoc nhung thien ha khac, ho da tim thay mot dieu rat dac biet: co nhung tap hop dac trung cac mau vang mat giong het nhu doi voi nhung ngoi sao trong thien ha chung ta, nhung chung bi dich di cung mot luong tuong doi ve phia do cua quang pho. De hieu duoc y nghia cua dieu nay, chung ta truoc het can phai tim hieu ve hieu ung Doppler. Nhu chung ta da thay, anh sang thay duoc gom nhung thang giang, hay nhung song, trong truong dien tu. Tan so (hay so song trong mot giay) cua anh sang la rat cao, trai dai tu bon den bay tram trieu trieu song trong mot giay. Cac tan so khac nhau cua anh sang duoc mat nguoi nhin thay nhu nhung mau khac nhau. Nhung anh sang co tan so thap nhat nam o phia do cua quang pho va nhung anh sang co tan so cao nhat nam o phia tim cua no. Bay gio chung ta hay hinh dung mot nguon sang o cach chung ta mot khoang khong doi, ty nhu mot ngoi sao, va phat song anh sang co tan so khong doi. Ro rang la tan so cua cac song ma chung ta nhan duoc cung chinh la tan so ma chung da duoc nguon phat ra. (Truong hap dan cua thien ha chua du manh de gay ra hieu ung dang ke).

Bay gio gia thu rang nguon song bat dau chuyen dong huong ve phia chung ta. Khi nguon phat mot dinh song tiep theo thi no o gan chung ta hon, vi vay thoi gian de dinh song do toi duoc chung ta se it hon so voi khi nguon song dung yen. Dieu nay co nghia la thoi gian giua hai dinh song toi chung ta la nho hon va do do so song ma chung ta nhan duoc trong mot giay (tuc la tan so) se lon hon so voi khi nguon song dung im. Tuong ung, neu nguon song di ra xa chung ta thi tan so ma chung ta nhan duoc se thap hon. Do do, trong truong hop anh sang, dieu nay co nghia la nhung ngoi sao chuyen dong ra xa chung ta se co quang pho dich ve phia do cua quang pho (hien tuong dich ve phia do) va nhung ngoi sao chuyen dong ve phia chung ta se co quang pho dich ve phia tim. Moi quan he nay giua tan so va van toc – duoc goi la hieu ung Doppler – la mot kinh nghiem hang ngay. Hay lang nghe mot chiec xe o to chay tren duong: khi chiec xe tien lai gan, tieng dong co cua no nghe bong hon (tuc la tan so song am cao hon), con khi no di ra xa am cua no nghe tram hon. Doi voi cac song vo tuyen cung tuong tu nhu vay. Thuc te, canh sat da dung hieu ung Doppler de xac dinh van toc cua cac xe o to bang cach do tan so cua cac xung song vo tuyen phan xa tu cac xe do.

Sau khi chung minh duoc su ton tai cua cac thien ha khac, trong nhung nam tiep sau, Hubble da danh thoi gian de lap catalo khoang cach va quan sat quang pho cua cac thien ha do.Vao thoi gian ay, nhieu nguoi nghi rang cac thien ha chuyen dong mot cach hoan toan ngau nhien, cho nen ho cho doi se tim thay nhung quang pho dich ve phia tim cung nhieu nhu nhung quang pho dich ve phia do. Do do, nguoi ta het suc ngac nhien khi phat hien ra rang da so cac thien ha deu co quang pho dich ve phia do: nghia la gan nhu tat ca chung dang chuyen dong ra xa chung ta! Dieu con ngac nhien hon nua la phat hien ma Hubble cong bo nam 1929: tham chi do dich ve phia do cua thien ha cung khong phai la ngau nhien, ma no ty le thuan voi khoang cach tu thien ha do den chung ta. Hoac noi mot cach khac, thien ha cang o xa thi no chuyen dong ra xa cang nhanh! Co nghia la vu tru khong phai la tinh nhu truoc kia nguoi ta van tuong, ma thuc te no dang gian no, khoang cach giua cac thien ha ngay cang tang len theo thoi gian.

Phat minh vu tru dang gian no la mot trong nhung cuoc cach mang tri tue vi dai cua the ky 20. Voi nhan thuc muon mang, viec ngac nhien tu hoi tai sao truoc kia khong ai nghi toi dieu do la chuyen qua de dang. Newton va nhung nguoi khac le ra phai thay rang vu tru tinh som hay muon roi cung se co lai duoi anh huong cua luc hap dan. Nhung thay vi hay cu gia thu rang vu tru dang gian no. Neu no gian no du cham, thi luc hap dan se lam cho no cuoi cung se ngung gian no va sau do se bat dau co lai. Tuy nhien, neu vu tru gian no voi van toc nhanh hon mot van toc gioi han nao do, thi hap dan se khong bao gio du manh de lam dung no lai va vu tru se tiep tuc gian no mai mai. Dieu nay cung hoi giong nhu khi nguoi ta phong mot ten lua len khong tu mat dat. Neu no co van toc nho thi luc hap dan cuoi cung se lam cho no dung lai va bat dau roi xuong.

Nguoc lai, neu ten lua co van toc lon hon mot van toc toi han nao do (khoang bay dam trong mot giay), thi luc hap dan se khong con du manh de keo no lai nua va no se tiep tuc roi xa Trai dat mai mai. Tinh chat do cua vu tru le ra hoan toan co the duoc tien doan tu ly thuyet hap dan cua Newton o bat ky thoi diem nao cua the ky 19, 18, tham chi o cuoi the ky 16. Nhung vi niem tin vao vu tru tinh qua manh toi muc no van con dai dang cho toi dau the ky 20. Tham chi ca Einstein khi xay dung thuyet tuong doi rong vao nam 1915, cung van dinh ninh rang vu tru can phai la tinh, khien ong da phai sua doi ly thuyet cua minh de dieu do co the xay ra bang cach dua vao nhung phuong trinh cua minh cai duoc goi la hang so vu tru. Einstein da dua vao mot luc “phan- hap dan” moi, ma khong giong nhu nhung luc khac, no khong co xuat xu tu mot nguon cu the nao, ma duoc tao dung ngay trong cau truc cua khong-thoi gian. Ong dat ra yeu cau khong-thoi gian co xu huong noi tai la no ra va dieu do co the duoc lam de can bang chinh xac voi luc hut cua toan bo vat chat trong vu tru sao cho ket qua thu duoc la mot vu tru tinh. Duong nhu chi co mot nguoi la muon chap nhan thuyet tuong doi rong o dang ban dau cua no, va trong khi Einstein va cac nha vat ly khac tim moi cach de lang tranh su tien doan ve mot vu tru khong tinh cua thuyet tuong doi rong, thi nguoi do, tuc la nha vat ly va toan hoc nguoi Nga Alexander Friedmann, thay vi the, da bat tay vao giai thich no.

Friedmann da dua ra hai gia thiet rat don gian ve vu tru: do la vu tru la dong nhat theo moi huong ma chung ta quan sat va dieu nay cung dung voi bat ky vi tri quan sat nao. Chi tu hai y tuong do, Friedmann da chung to duoc rang chung ta khong the cho doi vu tru phai la tinh. Thuc te, vao nam 1922, it nam truoc phat minh cua Hubble, Friedmann da tien doan chinh xac dieu ma Hubble da tim ra!

Gia thiet cho rang vu tru nhin y het nhau theo moi huong ro rang la khong dung voi thuc te. Vi du, nhu chung ta da thay, nhung sao khac trong thien ha chung ta tao nen mot dai sang noi bat tren nen troi dem, tuc la dai Ngan Ha. Nhung neu chung ta quan sat nhung thien ha o xa thi so luong cua chung tuong doi giong nhau. Nhu vay ve dai the thi vu tru co the xem la nhu nhau theo moi huong voi dieu kien la ta phai nhin no o qui mo lon so voi kich thuoc giua cac thien ha va bo qua nhung sai khac o qui mo nho. Trong mot thoi gian dai dieu nay da du bien minh cho gia thiet cua Friedmann nhu mot phep gan dung tho doi voi vu tru thuc. Nhung gan day hon, mot su tinh co may man da phat hien ra rang gia thiet cua Friedmann thuc te la su mo ta kha chinh xac vu tru cua chung ta.

Nam 1965 hai nha vat ly My lam viec o phong thi nghiem cua hang Bell Telephone o New Jersey la Arno Penzias va Robert Wilson dang tien hanh trac nghiem mot may do song cuc ngan rat nhay. (Song cuc ngan cung giong nhu anh sang nhung voi tan so chi co 10 ngan trieu song trong mot giay). Penzias va Wilson rat ban khoan khi ho phat hien ra rang may do cua ho da ghi duoc qua nhieu tieng on hon muc can thiet. Tieng on nay duong nhu khong den theo mot huong dac biet nao. Dau tien ho phat hien co phan chim trong may, sau do ho da kiem tra moi kha nang co the hong hoc, nhung tat ca deu bi loai tru. Ho cung biet rang moi loai tieng on ben trong bau khi quyen se manh hon khi may do khong huong theo phuong thang dung, boi vi cac tia sang truyen trong khi quyen se thu duoc o gan duong chan troi nhieu hon la tren dinh dau. Nhung tieng on thai qua o day lai nhu nhau theo moi phuong ma ho huong dau do toi va nhu vay no phai toi tu ben ngoai khi quyen. Tieng on nay cung nhu nhau ca ngay lan dem trong suot ca nam bat ke Trai dat van quay quanh truc cua no va quay quanh Mat troi. Dieu nay chung to buc xa phai toi tu ben ngoai he Mat troi, tham chi tu ngoai ca thien ha chung ta, vi neu khong no se thay doi khi chuyen dong cua Trai dat lam cho may do huong theo nhung huong khac nhau. Thuc te, chung ta biet rang buc xa do toi duoc chung ta da phai di qua phan lon vung vu tru quan sat duoc va vi no nhu nhau theo cac phuong khac nhau nen vu tru cung can phai nhu nhau theo moi phuong, neu chi xet tren qui mo lon. Bay gio thi chung ta biet rang bat ke nhin theo phuong nao, thi tieng on do cung chi bien thien khong bao gio vuot qua mot phan van. Nhu vay, Penzias va Wilson hoan toan tinh co da phat hien duoc mot bang chung kha chinh xac khang dinh gia thiet thu nhat cua Friedmann.

Tuy nhien, do vu tru nhu nhau theo moi huong chi ve trung binh tren qui mo lon, chu khong phai hoan toan chinh xac nhu vay, nen cac buc xa vi ba cung khong the hoan toan nhu nhau theo moi huong. Tuc la co nhung bien thien nho theo cac huong khac nhau. Nhung sai khac nay lan dau tien da duoc ve tinh COBE (ten viet tat cua Cosmic Background Explorer satellite - ve tinh khao sat buc xa nen), phat hien vao nam 1992 o muc mot phan mot tram ngan. Mac du, nhung sai khac do la nho, nhung lai rat quan trong, nhu se duoc giai thich o Chuong 8.

Gan khoang thoi gian ay, hai nha vat ly My o Dai hoc Princeton gan do la Bob Dicke va Jim Peebles cung dang quan tam toi cac song cuc ngan. Ho dang lam viec theo mot de xuat cua George Gamow (nguoi da mot thoi la sinh vien cua Alexander Friendmann) cho rang vu tru o thoi ky dau phai rat nong va dac, dong thoi phat sang nong, trang. Dicke va Peebles ly luan rang chung ta hien nay van con co the thay duoc anh sang choi loi do cua vu tru o thoi ky dau, boi vi anh sang tu nhung phan rat xa cua vu tru chi bay gio moi den duoc cho chung ta. Tuy nhien, su gian no cua vu tru co nghia la anh sang do phai dich rat manh ve phia do khien cho bay gio chung ta thay no duoi dang buc xa viba (song cuc ngan). Dicke va Peebles dang chuan bi tim kiem buc xa do thi Penzias va Wilson nghe noi ve cong trinh cua ho va hai ong hieu ngay rang minh da phat hien duoc chinh buc xa do. Vi the ma Penzias va Wilson da duoc trao giai thuong Nobel ve vat ly nam 1978 (mot dieu hoi chua chat doi voi Dicke va Peebles, ay la chua noi toi Gamow!).

Gio day thoat nhin, thi toan bo bang chung do – bang chung xac nhan rang vu tru nhin nhu nhau theo bat cu huong nao ma chung ta quan sat – co the dan den y nghi cho rang co mot cai gi do dac biet ve vi tri cua chung ta trong vu tru. Dac biet, co the nghi rang neu chung ta quan sat thay tat ca cac thien ha khac dang chuyen dong ra xa chung ta, thi chung ta can phai o trung tam cua vu tru. Tuy nhien, cung co mot cach giai thich khac: vu tru cung phai nhu nhau theo moi huong khi no duoc quan sat tu bat ky mot thien ha nao khac. Nhung, nhu chung ta da thay, do chinh la gia thiet thu hai cua Friedmann. Hien chung ta chua co bang chung khoa hoc de khang dinh hay bac bo gia thiet do. Chung ta tin no chi tren co so cua su khiem ton: se la qua noi bat neu vu tru la nhu nhau theo moi phuong xung quanh chung ta, nhung lai khong nhu the xung quanh cac diem khac trong vu tru. Trong mo hinh cua Friedmann, tat ca cac thien ha deu chuyen dong ra xa nhau. Tinh huong nay kha giong mot qua bong bay, tren mat co ve nhieu cham mau, dang duoc thoi cang len tu tu. Khi qua bong cang len, khoang cach giua cac cham mau tang len, nhung khong the noi cham mau nao la trung tam cua su gian no do. Hon nua cac cham cang xa nhau thi chung chuyen dong ra xa nhau cang nhanh. Tuong tu nhu vay, trong mo hinh cua Friedmann van toc ma hai thien ha chuyen dong ra xa nhau ty le voi khoang cach giua chung. Nhu vay, mo hinh nay tien doan rang moi su dich ve phia do cua mot thien ha ty le thuan voi khoang cach tu no den chung ta, dung nhu Hubble da phat hien. Mac du thanh cong cua mo hinh va tien doan cua no ve nhung quan sat cua Hubble, cong trinh cua Friedmann it duoc biet toi o phuong tay cho toi tan khi nhung mo hinh tuong tu duoc phat minh boi nha vat ly My Howard Robertson va nha toan hoc Anh Arthur Walker de giai thich phat hien cua Hubble ve su gian no deu cua vu tru.

Mac du Friedmann chi tim ra mot, nhung thuc te co toi ba loai mo hinh khac nhau cung tuan theo hai gia thiet co ban cua Friedmann. Trong loai dau tien (loai ma Friedmann da phat hien) vu tru gian no du cham de luc hut hap dan giua cac thien ha khac nhau lam cho su gian no cham lai va cuoi cung thi dung han. Sau do cac thien ha bat dau chuyen dong lai gan nhau va vu tru co lai. Hinh 3.2 cho thay khoang cach giua hai thien ha lan can thay doi tu khong, tang toi cuc dai roi lai giam dan xuong khong. Trong loai thu hai, vu tru gian no nhanh toi muc luc hut hap dan khong bao gio co the lam qua trinh do dung lai, mac du no co the cham lai doi chut. Hinh 3.3. cho thay su tach xa cua hai thien ha canh nhau trong mo hinh nay. No bat dau tu khong va cuoi cung cac thien ha chuyen dong ra xa nhau voi toc do deu. Cuoi cung la loai nghiem thu ba, trong do vu tru gian no vua du nhanh de tranh duoc qua trinh co lai ve trang thai ban dau. Trong truong hop do, su tach biet – nhu duoc thay tren Hinh 3.4 – cung bat dau tu khong roi tang len mai mai. Tuy nhien, van toc ma cac thien ha chuyen dong ra xa nhau ngay cang nho, mac du khong bao gio dat toi khong.

Mot dac diem noi bat cua mo hinh dau tien cua Friedmann la vu tru khong phai la vo han trong khong gian, nhung khong gian lai khong co bien. Luc hap dan da manh toi muc khong gian bi cuon tron lai va lam cho no na na nhu be mat cua Trai dat. Neu nguoi ta chi di theo mot huong tren be mat cua Trai dat, nguoi ta se khong bao gio gap mot rao chan khong the qua duoc hoac roi xuong qua mot mep vuc, ma cuoi cung se quay ve cho da xuat phat. Trong mo hinh dau tien cua Friendmann, khong gian dung nhu the, chi co khac no la ba chieu chu khong phai hai chieu nhu be mat Trai dat. Chieu thu tu – thoi gian – cung huu han, nhung no giong nhu duong thang co hai dau, hay noi cach khac la hai bien, bat dau va ket thuc. Sau nay chung ta se thay rang khi nguoi ta ket hop thuyet tuong doi rong voi nguyen ly bat dinh cua co hoc luong tu thi ca khong gian lan thoi gian deu co the huu han ma khong co mep hoac bien.

Y tuong cho rang nguoi ta co the chu du vong quanh vu tru va ket thuc o chinh cho xuat phat se lam nen mot cau chuyen vien tuong khoa hoc hay nhung khong co nhieu y nghia thuc tien, vi nguoi ta co the chung to duoc rang vu tru se co lai tro ve kich thuoc zero truoc khi nguoi ta di het mot vong quanh no. Ban can phai di nhanh hon anh sang moi kip ve cho xuat phat truoc khi vu tru cao chung, nhung dieu do lai khong duoc phep.

Trong loai mo hinh dau tien cua Friendmann, vu tru no ra roi co lai, khong gian bi uon tron lai giong nhu be mat Trai dat. Do do no la huu han. Trong loai mo hinh thu hai – vu tru no ra mai mai – khong gian bi uon theo cach khac, no giong nhu hinh mot chiec yen ngua. Nhu vay, trong truong hop nay khong gian la vo han. Cuoi cung trong mo hinh thu ba, voi toc do gian no toi han, khong gian la phang (va do do cung vo han).

Nhung mo hinh nao cua Friedmann mo ta dung vu tru cua chung ta? Lieu vu tru cuoi cung no co ngung gian no va bat dau co lai hay se gian no mai mai? De tra loi cau hoi do can phai biet toc do gian no hien nay cua vu tru va mat do trung binh hien nay cua no. Neu mat do nho hon mot gia tri toi han nao do duoc xac dinh boi toc do gian no, thi luc hut hap dan se qua yeu de lam dung qua trinh gian no. Neu mat do lon hon gia tri toi han, luc hap dan se lam dung qua trinh gian no o mot thoi diem nao do trong tuong lai va se lam cho vu tru co lai.

Chung ta co the xac dinh duoc toc do gian no hien thoi bang cach dung hieu ung Doppler do van toc ma cac thien ha chuyen dong ra xa chung ta. Dieu nay co the thuc hien duoc mot cach rat chinh xac. Tuy nhien, khoang cach giua cac thien ha lai duoc biet khong chinh xac lam, do chung ta do chung chi bang phuong phap gian tiep thoi. Vi vay, hien nay chung ta chi biet duoc la vu tru dang gian no 5 den 10 phan tram trong moi khoang thoi gian la ngan trieu nam. Tuy nhien, su bat dinh ve mat do trung binh hien nay cua vu tru tham chi con lon hon nua. Neu chung ta cong khoi luong cua tat ca cac ngoi sao nhin thay trong thien ha cua chung ta va cac thien ha khac lai, thi tong so con nho hon mot phan tram khoi luong can thiet de ham su gian no cua vu tru lai, tham chi ca trong truong hop danh gia thap nhat toc do gian no. Tuy nhien, thien ha cua chung ta va cac thien ha khac con can phai chua mot luong lon “vat chat toi” ma chung ta khong the thay duoc truc tiep, nhung chung ta biet no phai co vi anh huong luc hut hap dan cua no len quy dao cua cac ngoi sao trong cac thien ha. Hon nua, da so cac thien ha duoc tim thay nam thanh tung dam va tuong tu nhu tren chung ta co the suy ra su co mat cua mot luong vat chat toi con lon hon nua trong khoang giua cac thien ha thuoc cung mot dam boi tac dong cua no len chuyen dong cua cac thien ha. Khi cong tat ca luong vat chat toi do lai, chung ta cung chi moi nhan duoc khoang mot phan muoi khoi luong can thiet de ham su gian no lai. Tuy nhien, chung ta khong the loai tru kha nang co the co mot dang vat chat khac duoc phan bo dong deu trong toan vu tru ma chung ta con chua phat hien duoc va no co the se nang mat do trung binh cua vu tru len toi gia tri toi han de ham su gian no lai. Do vay, bang chung hien nay ma chung ta co goi y rang vu tru co le se gian no vinh vien, nhung dieu ma chung ta thuc su tin chac, do la neu tham chi cuoi cung vu tru co co lai di nua, thi dieu do cung chua xay ra it nhat trong vong muoi ngan trieu nam nua, boi vi no van con gian no it nhat cung tung ay thoi gian. Dieu nay chac se khong khien chung ta phai lo lang: toi thoi gian do neu chung ta khong dinh cu duoc o ngoai he Mat troi, thi loai nguoi cung da diet vong tu lau cung voi Mat troi cua chung ta!

Tat ca cac mo hinh cua Friedmann deu co mot dac diem la o mot thoi diem nao do trong qua khu (khoang giua muoi va hai muoi ty nam truoc) khoang cach giua hai thien ha lan can phai bang khong. O thoi diem do – thoi diem ma chung ta goi la Vu no lon (Big Bang) – mat do cua vu tru va do cong cua khong-thoi gian la lon vo han. Vi cac nha toan hoc khong the thuc su thao tac voi cac so vo han, nen dieu nay co nghia la thuyet tuong doi rong (ma cac mo hinh cua Friedmann dua tren do) tien doan rang co mot diem trong vu tru ma tai do chinh ban than ly thuyet cung khong dung duoc nua. Mot diem nhu vay la mot vi du ve cai ma cac nha toan hoc goi la diem ki di. Thuc te moi ly thuyet khoa hoc cua chung ta deu duoc phat bieu tren gia thuyet cho rang khong-thoi gian la tron va gan nhu phang, vi vay chung se khong con dung duoc o diem ky di vu no lon vi o do do cong cua khong-thoi gian la vo han. Dieu nay co nghia la tham chi neu co nhung su kien xay ra truoc Vu no lon, thi nguoi ta cung khong the dung chung de xac dinh nhung gi xay ra sau do, boi vi tinh tien doan duoc cung se khong con nua tai Vu no lon. Tuong ung, neu chi biet nhung gi tu sau Vu no lon – do chinh la truong hop cua chung ta – thi chung ta cung khong the xac dinh duoc nhung gi da xay ra truoc do. Doi voi chung ta, thi nhung su kien xay ra truoc Vu no lon co the khong co hau qua gi, vi vay chung khong tao thanh mot bo phan trong mo hinh khoa hoc ve vu tru. Do do, chung ta se cat bo chung khoi mo hinh va noi rang thoi gian bat dau tu Vu no lon.

Nhieu nguoi khong thich y tuong xem rang thoi gian co diem bat dau, co le boi vi no day dua voi su can thiep cua than thanh. (Nha tho Gia to giao, trai lai, da nam ngay lay mo hinh Vu no lon va vao nam 1951 da chinh thuc tuyen bo no hoan toan phu hop voi Kinh thanh). Do do da co nhieu no luc nham tranh ket luan cho rang da tung xay ra Vu no lon. Mot de xuat duoc ung ho rong rai nhat goi la ly thuyet trang thai dung. No duoc dua ra vao nam 1948 boi hai nguoi ti nan chay khoi nuoc Ao dang bi bon phat xit chiem dong, do la Hermann Bondi va Thomas Gold cung voi Fred Hoyle – nguoi da cung ho nghien cuu phat trien rada trong thoi ky chien tranh. Y tuong cua ho nhu sau: khi cac thien ha chuyen dong ra xa nhau, thi o khoang trong giua chung cac thien ha moi lien tuc duoc tao thanh tu vat chat moi lien tuc duoc tao ra. Do do, ve dai the vu tru se nhin nhu nhau o moi thoi diem cung nhu o moi diem cua khong gian. Ly thuyet trang thai dung yeu cau phai sua doi thuyet tuong doi rong de cho phep lien tuc tao ra vat chat, nhung toc do cua qua trinh do cham toi muc (co mot hat tren mot kilomet khoi trong mot nam) de no khong mau thuan voi thuc nghiem. Ly thuyet nay la mot ly thuyet khoa hoc tot theo nghia da duoc mo ta o Chuong 1: no don gian va dua ra duoc nhung tien doan xac dinh co the kiem chung duoc bang quan sat. Mot trong so nhung tien doan cua no cho rang so thien ha hoac cac doi tuong tuong tu trong mot the tich khong gian cho truoc se la nhu nhau o bat ky dau va bat ky khi nao chung ta quan sat vu tru. Vao cuoi nhung nam 50 va dau nhung nam 60, viec lap mot ban do cac nguon song vo tuyen tu ngoai khong gian vu tru da duoc tien hanh boi mot nhom cac nha thien van o Cambridge do Martin Ryle dung dau (ong cung da tung lam viec voi Bondi, Gold, va Hoyle ve rada trong thoi ky chien tranh). Nhom Cambridge da chi ra rang da so cac nguon song vo tuyen nay phai nam ngoai thien ha cua chung ta (thuc te nhieu trong so do co the dong nhat voi cac thien ha khac) va so nguon yeu la do o xa hon va cac nguon manh la do o gan hon. Khi do hoa ra so cac nguon nam trong mot don vi the tich cua khong gian doi voi cac nguon o gan lai it hon so voi cac nguon o xa. Dieu do co the co nghia la chung ta nam o trung tam cua mot vung rong lon cua vu tru trong do co so cac nguon it hon cac noi khac. Hoac, cung co the co nghia la trong qua khu, o thoi diem cac song vo tuyen xuat phat di toi chung ta thi so cac nguon nhieu hon so voi hien nay. Ca hai cach giai thich deu mau thuan voi tien doan cua thuyet trang thai dung. Hon the nua, su phat hien thay cac buc xa cuc ngan cua Penzias va Wilson vao nam 1965 cung chi ra rang vu tru trong qua khu phai dac hon rat nhieu. Do vay ly thuyet trang thai dung can phai vut bo.

Mot no luc khac nham tranh ket luan can phai co Vu no lon va do do co su bat dau cua thoi gian da duoc hai nha khoa hoc Nga la Evgenii Lifshitz va Isaac Khalatnikov dua ra nam 1963. Ho cho rang Vu no lon co the chi la mot dac diem rieng co cua cac mo hinh Friedmann, va xet cho cung nhung mo hinh nay cung chi la nhung mo ta gan dung cua vu tru thuc. Co le, trong so tat ca cac mo hinh gan giong voi vu tru thuc thi chi co nhung mo hinh Friedmann la chua diem ky di vu no lon. Trong cac mo hinh Friedmann, tat ca cac thien ha deu chuyen dong thang ra xa nhau va vi vay se khong co gi phai ngac nhien neu o mot thoi diem nao do trong qua khu chung tat ca deu o cung mot cho. Tuy nhien, trong vu tru thuc, cac thien ha khong thuc su chuyen dong thang ra xa nhau, ma chung con co ca van toc canh, mac du la nho. Nhu vay, trong thuc te cac thien ha khong bao gio phai cung o dung mot cho ma chi can o rat sat nhau thoi. Co le khi do thi vu tru dang gian no hien nay duoc tao thanh khong phai tu diem ky di vu no lon, ma la tu mot pha co lai truoc kia. Khi vu tru da co lai, cac hat trong do co the khong phai tat ca deu va cham voi nhau ma chi bay qua roi sau do lai chuyen dong ra xa nhau tao nen su gian no hien nay cua vu tru. Vay thi lam sao chung ta co the noi duoc vu tru thuc co bat dau tu Vu no lon hay khong? Dieu ma Lifshitz va Khalatnikov da lam la nghien cuu cac mo hinh cua vu tru gan giong voi cac mo hinh cua Friedmann nhung co tinh den nhung diem bat thuong va van toc ngau nhien cua cac thien ha trong vu tru. Ho da chi ra rang nhung mo hinh nhu vay cung co the bat dau tu Vu no lon, tham chi mac du cac thien ha khong phai luon luon chuyen dong thang ra xa nhau, nhung ho lai bien bach rang dieu nay chi kha di trong mot so mo hinh dac biet trong do cac thien ha phai chuyen dong dung cach. Ho ly luan rang vi cac mo hinh giong Friedmann khong co diem ky di vu no lon nhieu vo han hon nhung mo hinh co diem ky di do, nen can phai rut ra ket luan rang thuc te khong co Vu no lon. Tuy nhien, sau nay ho thay rang co mot lop cac mo hinh giong Friedmann nhung tong quat hon nhieu deu co cac diem ky di ma trong do cac thien ha khong can phai chuyen dong theo mot cach dac biet nao. Va do do ho da rut lai y kien vao nam 1970.

Cong trinh cua Lifshitz va Khalatnikov co gia tri o cho no chung to duoc rang vu tru co the da co diem ky di, tuc la Vu no lon, neu thuyet tuong doi rong la dung. Tuy nhien, dieu do chua giai quyet duoc van de can ban: thuyet tuong doi rong co tien doan rang vu tru cua chung ta can phai co Vu no lon, nghia la su bat dau cua thoi gian hay khong? Cau tra loi xuat phat tu mot cach tiep can hoan toan khac do nha vat ly va toan hoc nguoi Anh, Roger Penrose dua ra vao nam 1965. Su dung tinh chat cua cac non anh sang trong thuyet tuong doi rong va su that la luc hap dan luon luon la luc hut, ong da chung to duoc rang mot ngoi sao dang co lai duoi tac dung cua luc hap dan rieng cua minh se bi bay vao mot vung ma be mat cua no cuoi cung se co lai kich thuoc khong. Va vi be mat cua vung do co lai toi khong, nen the tich cua no cung can phai nhu the. Nhu vay toan bo vat chat se duoc nen ep vao mot vung co the tich khong va do do mat do cua vat chat va do cong cua khong-thoi gian se tro nen vo han. Noi mot cach khac, ta co mot ky di nam trong vung khong-thoi gian duoc goi la lo den.

Thoat nhin, ket qua cua Penrose chi ap dung duoc cho cac ngoi sao, chu chua cho biet toan bo vu tru da co mot diem ky di vu no lon trong qua khu hay khong. Tuy nhien, vao thoi gian Penrose dua ra dinh ly cua ong thi toi con la mot nghien cuu sinh dang tran tro tim van de de hoan tat luan an tien si cua toi. Hai nam truoc do, toi duoc chan doan la da mac benh ALS, thuong duoc goi la benh Lou Gehrig hay la benh ve than kinh chuyen dong va nguoi ta da cho toi hieu rang toi chi con song duoc mot hai nam nua. Trong nhung hoan canh nhu vay, chang co tam tri dau ma lam luan an, vi toi khong nghi la minh song duoc den khi hoan tat no. Nhung roi hai nam da troi qua va toi van chua thay tinh trang suc khoe cua minh xau di nhieu. Thuc te, moi chuyen dien ra kha tot dep doi voi toi va toi da hua hon voi Jane Wilde, mot co gai tuyet voi. Nhung de cuoi nang toi can phai co viec lam, ma muon co viec lam toi phai co bang tien si.

Nam 1965 toi da doc duoc dinh ly cua Penrose noi rang bat cu vat nao co lai duoi tac dung cua luc hap dan cuoi cung cung se phai tao thanh mot diem ky di. Chang bao lau sau toi thay rang neu doi chieu thoi gian trong dinh ly cua Penrose, sao cho su co lai tro thanh su gian no, thi cac dieu kien cua dinh ly do van con dung, voi dieu kien vu tru hien nay gan giong voi mo hinh cua Friedmann tren qui mo lon. Dinh ly cua Penrose da chung to rang bat ky mot ngoi sao dang co lai nao cung phai ket thuc o mot diem ky di, con ly luan dua tren su nghich dao thoi gian thi chi ra rang moi vu tru gian no giong nhu Friedmann phai bat dau tu mot diem ky di. Vi nhung ly do ky thuat, dinh ly Penrose doi hoi rang vu tru la vo han trong khong gian. Nhu vay, thuc te, toi da su dung dinh ly do de chung minh duoc rang se can phai co diem ky di, chi neu vu tru gian no du nhanh de no khong bi co lai mot lan nua (vi chi nhung mo hinh Friedmann nhu the moi la vo han trong khong gian).

Trong it nam sau, toi da phat trien nhung ky thuat toan hoc moi cho phep loai bo dieu kien co tinh chat ky thuat do ra khoi cac dinh ly chung minh rang nhung diem ky di can phai xay ra. Ket qua cuoi cung la bai bao viet chung cua Penrose va toi cong bo nam 1970 trong do chung toi da chung minh duoc rang can phai co diem ky di vu no lon chi voi dieu kien thuyet tuong doi rong la dung va vu tru chua mot luong vat chat nhu chung ta quan sat thay. Co rat nhieu phan bac doi voi cong trinh cua chung toi, mot phan tu nhung nguoi Nga do niem tin macxit cua ho vao quyet dinh luan khoa hoc, mot phan tu nhung nguoi cam thay rang toan bo y tuong ve cac ky di la kho chiu va lam hong ve dep cua ly thuyet Einstein. Tuy nhien, nguoi ta khong the thuc su tranh cai voi cac dinh ly toan hoc. Va vi vay, cuoi cung cong trinh cua chung toi noi chung da duoc chap nhan va hien nay hau het moi nguoi deu cho rang vu tru da bat dau tu diem ky di vu no lon. Nhung co le that la tro treu, hien nay toi da thay doi y nghi cua minh va dang co gang thuyet phuc cac nha vat ly khac tin rang thuc te chang co diem ky di nao o thoi diem bat dau cua vu tru, vi nhu chung ta se thay o sau nay, diem ky di se bien mat mot khi tinh den cac hieu ung luong tu.

Nhu chung ta da thay trong chuong nay, chi chua day mot nua the ky ma quan niem cua loai nguoi ve vu tru duoc hinh thanh tu hang ngan nam nay da bi bien doi nhu the nao. Phat minh Hubble ve vu tru gian no va nhan thuc ve su nho nhoi cua hanh tinh chung ta trong khoang bao la cua vu tru chinh la diem xuat phat. Khi ma nhung bang chung thuc nghiem va ly thuyet duoc khop lai, thi cang ngay chung ta cang thay ro rang vu tru can phai co mot diem bat dau trong thoi gian va mai den tan nam 1970 dieu nay cuoi cung da duoc Penrose va toi chung minh tren co so thuyet tuong doi rong cua Einstein. Chung minh nay con chi ra rang thuyet tuong doi rong cung la mot ly thuyet chua hoan chinh: no chua the noi cho chung ta biet vu tru da khoi phat nhu the nao, vi no tien doan rang moi ly thuyet vat ly, ke ca chinh ban than no, deu khong con dung duoc o thoi diem bat dau do cua vu tru. Tuy nhien, ly thuyet tuong doi rong chi la mot ly thuyet rieng phan, nen dieu ma cac dinh ly ve diem ky di thuc su chi ra la da co mot luc trong giai doan rat som cua vu tru, khi no con nho toi muc khong the bo qua nhung hieu ung tren qui mo nho cua mot ly thuyet rieng phan khac cung rat vi dai cua the ky 20, do la co hoc luong tu.

Vao nhung nam dau cua thap ky 70, chung toi buoc phai thay doi huong nghien cuu vu tru tu ly thuyet cua chung ta ve cac vat cuc lon toi ly thuyet cua chung ta ve nhung vat cuc nho. Ly thuyet do, tuc co hoc luong tu, se duoc mo ta o chuong sau truoc khi chung ta quay tro lai voi nhung no luc ket hop hai ly thuyet rieng phan tren thanh mot ly thuyet duy nhat – ly thuyet luong tu cua hap dan.

STEPHEN HAWKING

Viet Bao
Thích và chia sẻ bài viết này trên facebook Theo dõi vietbao.vn trên facebook

TIN Văn Hóa NỔI BẬT

Nóng: Sẽ có 1 triệu liều vắcxin Ebola vào cuối năm 2015

Trong bối cảnh virus Ebola đang khiến cả thế giới lo ngại, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) vừa đưa ra thông báo đáng chú ý là sẽ có 1 triệu liều vắcxin Ebola được sản xuất vào cuối năm 2015.

Tìm hiểu: Ngan Ha, Thien Ha Cua Chung Ta, dieu nay co nghia la, thuyet tuong doi rong, Vu tru gian no, giua cac thien ha, vu no lon, diem ky di, su gian no, luc hap dan, ngoi sao, mo hinh, anh sang, thuc te, thoi gian, nam

Xem Bản Tiếng Việt Có Dấu: Vũ trụ giãn nở

Ban co the doc ban tieng Viet co dau cua bai viet Vũ trụ giãn nở bang cach nhan chuot vao duong dan tren.

Lien he ve tin Vu tru gian no

Nhan xet, hay lien he ve tin Vu tru gian no co the gui bang duong dan o duoi. Ban nen gui kem tieu de bai viet Vu tru gian no de lam tham khao. Bai viet nay thuoc chuyen de Tac pham trong chuyen muc Van hoa.

Cac tin khac:

Xem tiep ... Tac pham
Kenh Tin RSS Kenh Tin RSS | Du Bao Thoi Tiet | Lich Xem TV | Lien He - Contact | Quang Cao | Viec Lam | Dieu Kien Su Dung | Bao Ve Tinh Rieng Tu | Sitemap

Copyright©2008 VietBao.vn, Thu Vien Thong Tin Tong Hop Viet Nam va The Gioi, phien ban thu nghiem phan mem Viet Bao Viet Nam, beta 1.0