Hố đen kỳ bí - Phần 1 (Trần Văn Tính)

Hố đen, còn gọi là lỗ đen, là một vật thể có mật độ khối lượng lớn đến nỗi lực hấp dẫn làm cho mọi vật thể không thể nào thoát ra được, trừ việc xuyên qua đường hầm lượng tử. Truờng hấp dẫn mà hố đen tạo ra rất lớn, vì vậy, vận tốc thoát ở vùng gần hố đen lớn hơn vận tốc ánh sáng. Điều này dẫn đến việc không có vật thể nào, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra ngoài hố đen. Từ "hố đen" xuất phát từ một nghĩa rộng, nó không...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hố đen kỳ bí - Phần 1 (Trần Văn Tính) Hố đen kỳ bí Phần 1 Hố đen, còn gọi là lỗ đen, là một vật thể có mật độ khối lượng lớnđến nỗi lực hấp dẫn làm cho mọi vật thể không thể nào thoát ra được, trừviệc xuyên qua đường hầm lượng tử. Truờng hấp dẫn mà hố đen tạo ra rấtlớn, vì vậy, vận tốc thoát ở vùng gần hố đen lớn hơn vận tốc ánh sáng. Điềunày dẫn đến việc không có vật thể nào, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra ngoàihố đen. Từ hố đen xuất phát từ một nghĩa rộng, nó không chỉ dừng lại ởkhái niệm hố mà còn là một vùng không gian ảnh hưởng bởi hố đen. Lýthuyết về hố đen là một trong số các lý thuyết hiếm hoi trong vật lý bao trùmmọi thang đo khoảng cách, từ kích thước cực nhỏ (thang Planck) đến kíchthước quan sát vũ trụ, do vậy có thể kiểm chứng c ùng lúc thuyết lượng tử(cho thang nhỏ) và thuyết tương đối (cho thang lớn). Hố đen được dự đoán bởi lý thuyết tương đối rộng. Theo mô hìnhthuyết tương đối rộng cổ điển, không một vật chất hay thông tin nào có thểthoát ra khỏi hố đen để tới tầm quan sát bên ngoài được. Tuy nhiên, các hiệuứng của cơ học lượng tử, không có trong thuyết tương đối rộng cổ điển, cóthể cho phép vật chất và năng lượng bức xạ từ các hố đen. Một số lý thuyếtcho rằng bản chất tự nhiên của bức xạ không phụ thuộc vào những thứ đã rơivào trong hố đen trong quá khứ, nói cách khác hố đen xóa sạch mọi thôngtin quá khứ, đây là nghịch lý thông tin hố đen. Nghịch lý này dường như đãđược loại bỏ bởi lý thuyết gần đây và dường như thông tin vẫn được bảotoàn trong hố đen. Sự tồn tại của các hố đen trong vũ trụ đ ược củng cố bởi các quan sátthiên văn, cụ thể là việc nghiên cứu về các sao siêu mới và các bức xạ tia Xtừ các lò hoạt động hạt nhân vũ trụ Lịch sử Khái niệm một vật thể nặng đến độ ngay cả ánh sáng cũng không thểthoát khỏi vật đó đã được một nhà khoa học người Anh John Michell đưa ravào năm 1783 trên một bài báo khoa học đăng trên tạp chí của Viện hàn lâmHoàng gia Anh Quốc. Lúc bấy giờ, lý thuyết cơ học cổ điển của IsaacNewton về hấp dẫn và khái niệm vận tốc thoát đã được biết. Michell đã tínhrằng, một vật thể có bán kính gấp 500 lần Mặt Trời và có mật độ bằng mậtđộ Mặt Trời thì vận tốc thoát ở bề mặt của nó bằng vận tốc ánh sáng, và dođó không ai có thể nhìn thấy nó. Mặc dù ông nghĩ rằng điều đó rất khó xảy ra nhưng vẫn nghiên cứukhả năng rất nhiều các vật thể như thế không thể được quan sát trong vũ trụ. Năm 1796, một nhà toán học người Pháp Pierre-Simon Laplace cũngđưa ra ý tưởng tương tự trong lần xuất bản thứ nhất và thứ hai của cuốn sáchcủa ông, nhưng trong các lần xuất bản sau thì không đưa vào nữa. Trongsuốt thế kỷ thứ 19, ý tưởng đó không gây chú ý vì người ta cho rằng ánhsáng là sóng nên không có khối lượng, và do đó không bị ảnh hưởng bởi lựchấp dẫn. Năm 1915, Einstein đưa ra một lý thuyết hấp dẫn gọi là lý thuyếttương đối rộng. Trước đó ông đã cho thấy ánh sáng bị ảnh hưởng bởi lựchấp dẫn. Mấy tháng sau, Karl Schwarzschild đã đưa ra nghiệm cho trườnghấp dẫn của một khối lượng điểm và tiên đoán về lý thuyết sự tồn tại củamột vật thể mà ngày nay được gọi là hố đen. Ngày nay, bán kínhSchwarzschild được coi là bán kính của một hố đen không quay, nhưng vàolúc bấy giờ người ta không hiểu rõ về nó. Bản thân Schwarzschild cũng từngnghĩ rằng nó không có ý nghĩa vật lý. Vào những năm 1920, Subrahmanyan Chandrasekhar đã cho tính toánrằng một vật thể không quay có khối lượng lớn hơn một giá trị nhất định màngày nay được biết là giới hạn Chandrasekhar, sẽ suy sập d ưới lực hấp dẫncủa chính nó và không có gì có thể cản trở quá trình đó diễn ra. Tuy nhiên,một nhà vật lý khác là Arthur Eddington chống lại giả thuyết đó và cho rằngchắc chắn sẽ có cái gì đó xảy ra để không cho vật chất suy sụp đến mật độvô hạn. Năm 1939, Robert Oppenheimer và H. Snyder tiên đoán rằng các ngôisao nặng sẽ phải chịu quá trình suy sập do hấp dẫn. Các hố đen có thể hìnhthành trong tự nhiên. Trong một thời gian, người ta gọi các vật thể như vậylà các ngôi sao bị đóng băng vì sự suy sập sẽ bị chậm đi một cách nhanhchóng và ngôi sao sẽ trở nên rất đỏ khi đạt đến gần giới hạn Schwarzschild.Tuy vậy, các vật thể nặng như thế không được quan tâm lắm cho đến cuốinhững năm 1960. Phần lớn các nhà vật lý, vào lúc đó, tin rằng hố đen là mộtnghiệm đối xứng cao đặc biệt do Schwarzschild tìm ra, và các vật thể bị suysập trong tự nhiên sẽ không tạo nên các hố đen. Việc nghiên cứu về hố đen trở nên sôi nổi vào năm 1967 do sự tiến bộcủa lý thuyết và thực nghiệm. Stephen Hawking và Roger Penrose đã chứngminh rằng các hố đen là các nghiệm tổng quát của lý thuyết hấp dẫn củaEinstein, và sự suy sập để tạo nên hố đen, trong một số trường hợp, là khôngthể tránh được. Sự quan tâm đến lĩnh vực này còn được khởi phát từ việc tìmra sao pulsar. Ngay sau đ ...