Thuyết tương đối rộng: Vũ trụ giãn nở

Một trong những tiên đoán kì lạ nhất của thuyết tương đối rộng ra đời khi chúng ta xét cái xảy ra với vũ trụ xem như một tổng thể. Không bao lâu sau khi Einstein công bố lí thuyết của ông, nhà khí tượng học và toán học người Nga Alexander Friedmann và vị linh mục người Bỉ Georges Lemaître đã chỉ ra rằng vũ trụ sẽ phát triển trước toàn bộ năng lượng mà nó chứa.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thuyết tương đối rộng: Vũ trụ giãn nở Thuyết tương đối rộng: Vũ trụ giãn nở Một trong những tiên đoán kì lạ nhất của thuyết tương đối rộng ra đời khichúng ta xét cái xảy ra với vũ trụ xem như một tổng thể. Không bao lâu sau khi Einstein công bố lí thuyết của ông, nhà khí tượng họcvà toán học người Nga Alexander Friedmann và vị linh mục người Bỉ GeorgesLemaître đã chỉ ra rằng vũ trụ sẽ phát triển trước toàn bộ năng lượng mà nó chứa.Họ cho rằng vũ trụ lúc bắt đầu phải nhỏ và đặc, và giãn nở và loãng dần theo thờigian. Kết quả là các thiên hà sẽ trôi giạt ra xa nhau. Thoạt đầu, Einstein hoài nghi kết luận đó của Friedmann và Lemaître, ôngnghiêng về một vũ trụ tĩnh tại. Nhưng một khám phá bơi nhà thiên văn học ngườiMĩ Edwin Hubble đã làm thay đổi suy nghĩ của ông. Vũ trụ thời sơ khai (Ảnh: NASA/Đội Khoa học WMAP) Hubble phân tích các thiên hà lùi ra xa Dải Ngân hà như thế nào. Ông nhậnthấy các thiên hà ở xa di chuyển ra xa nhanh hơn các thiên hà tương đối ở gần. Cácquan sát của Hubble chứng tỏ rằng vũ trụ thật sự đang giãn nở. Mô hình vũ trụ nàysau đó được gọi tên là Big Bang (Vụ nổ Lớn). Trong hơn 20 năm qua, vô số các quan sát thực hiện bởi các vệ tinh và cáckính thiên văn cỡ lớn đã xác nhận thêm bằng chứng cho một vũ trụ đang giãn nởvà phát triển. Chúng ta đã thu được một số đo chính xác của tốc độ giãn nở của vũtrụ và nhiệt độ của “bức xạ tàn dư” để lại từ thời Big Bang, và chúng ta đã có thểquan sát các thiên hà trẻ khi vũ trụ ở trong giai đoạn trứng nước của nó. Ngày nay,người ta chấp nhận rằng vũ trụ khoảng chừng 13,7 tỉ năm tuổi. Thuyết tương đối rộng: Các lỗ đen Không bao lâu sau khi Einstein đề xuất lí thuyết tương đối rộng của ông, mộtnhà vật lí người Đức tên là Karl Schwarzschild đã tìm ra một trong những nghiệmđầu tiên và quan trọng nhất của các phương trình trường Einstein. Ngày nay đượcgọi là nghiệm Schwarzschild, nó mô tả hình dạng của không-thời gian xung quanhcác ngôi sao cực kì đặc – và nó có một số đặc điểm rất kì lạ. Trước tiên, ở ngay tại tâm của những vật thể như vậy, độ cong của không-thời gian trở nên vô hạn – tạo ra một đặc điểm gọi là một kì dị. Một đặc điểm còn lạhơn nữa là một mặt cầu không nhìn thấy, gọi là chân trời sự cố, bao xung quanhđiểm kì dị đó. Không có gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra khỏi chân trời sự cố. Bạnhầu như có thể nghĩ điểm kì dị Schwarzschild là một cái lỗ trong cấu trúc củakhông-thời gian. Đài thiên văn tia X Chandra đã xác nhận các ý tưởng dựa trên nền thuyết tương đối của chúng ta về vũ trụ. (Ảnh: Trung tâm Đài thiên văn tia X Chadra) Vào những năm 1960, nhà toán học người New Zealand Roy Kerr đã pháthiện ra một họ nghiệm tổng quát hơn cho các phương trình trường Einstein.Những nghiệm này mô tả những vật thể đang quay tròn, và chúng còn kì lạ hơn cảnghiệm Schwarzschild. Các vật thể mà các nghiệm Schwarzschild và Kerr mô tả được gọi là các lỗđen. Mặc dù không có lỗ đen nào từng được trông thấy trực tiếp, nhưng có bằngchứng không thể chối cãi rằng chúng tồn tại. Chúng thường được phát hiện ra quatác dụng mà chúng để lại trên các vật thể thiên văn lân cận như các ngôi sao haychất khí. Những lỗ đen nhỏ nhất có thể được tìm thấy xuất hiện cùng với các ngôi saobình thường. Khi ngôi sao quay xung quanh lỗ đen, nó từ từ bị hút lấy một phầnvật chất và phát ra tia X. Lỗ đen đầu tiên như vậy được quan sát thấy là Sygnus X-1,và hiện nay có một số cặp đôi tia X đã được xác định rõ ràng với các lỗ đen chừngbằng 10 lần khối lượng mặt trời. Bằng chứng cho những lỗ đen lớn hơn nhiều xuất hiện trong thập niên 1960khi một số vật thể rất sáng và xa xôi đã được quan sát thấy trên bầu trời. Gọi là cácquasar, chúng phát sinh từ các lỗ đen bị phá hủy có vẻ sinh ra tại lõi của các thiênhà. Chất khí ở chính giữa của một thiên hà hình thành nên một đĩa xoáy tít khi nóbị hút vào trong lỗ đen. Sức mạnh của lực hút của lỗ đen làm xoáy tít chất khí làmphát ra những lượng năng lượng khổng lồ có thể nhìn thấy ở cách xa nhiều tỉ nămánh sáng. Các ước tính hiện nay đặt những lỗ đen này nằm trong khoảng giữa mộttriệu và một tỉ lần khối lượng của mặt trời. Kết quả là chúng được gọi là các lỗ đensiêu khối lượng. Bằng chứng hiện nay ủng hộ cho việc có một lỗ đen siêu khối lượng nằm tạitâm của mỗi thiên hà, trong đó có thiên hà của chúng ta. Thật vậy, các quan sát quỹđạo của các sao nằm gần tâm của Dải Ngân hà cho thấy chúng đang chuyển độngtrong những quỹ đạo ngày càng thu hẹp lại. Những quỹ đạo này có thể hiểu đượcnếu không-thời gian mà chúng tồn tại trong đó bị bóp méo đáng kể bởi sự có mặtcủa một lỗ đen siêu khối lượng gấp hơn 4 triệu lần khối lượng của mặt trời. Bất chấp tên gọi của chúng, nhà vật lí người Anh Stephen Hawking đã chỉ rarằng các lỗ đen có lẽ không hoàn toàn đen. Ông cho rằng, ...