Thuyết tương đối rộng: Vũ trụ giãn nở pptx

Trong hơn 20 năm qua, vô số các quan sát thực hiện bởi các vệ tinh và các kính thiên văn cỡ lớn đã xác nhận thêm bằng chứng cho một vũ trụ đang giãn nở và phát triển.. Chúng ta đã thu đư

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

Họ cho rằng vũ trụ lúc bắt đầu phải nhỏ và đặc, và giãn nở và loãng dần theo thời gian Kết quả là các thiên hà sẽ trôi giạt ra xa nhau

Thoạt đầu, Einstein hoài nghi kết luận đó của Friedmann và Lemaître, ông nghiêng về một vũ trụ tĩnh tại Nhưng một khám phá bơi nhà thiên văn học người

Mĩ 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 nhận thấy các thiên hà ở xa di chuyển ra xa nhanh hơn các thiên hà tương đối ở gần Các quan sát của Hubble chứng tỏ rằng vũ trụ thật sự đang giãn nở Mô hình vũ trụ này sau 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 các kính thiên văn cỡ lớn đã xác nhận thêm bằng chứng cho một vũ trụ đang giãn nở

và phát triển Chúng ta đã thu được một số đo chính xác của tốc độ giãn nở của vũ trụ và nhiệt độ của “bức xạ tàn dư” để lại từ thời Big Bang, và chúng ta đã có thể quan 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, một nhà vật lí người Đức tên là Karl Schwarzschild đã tìm ra một trong những nghiệm đầu tiên và quan trọng nhất của các phương trình trường Einstein Ngày nay được gọi là nghiệm Schwarzschild, nó mô tả hình dạng của không-thời gian xung quanh các 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 lạ hơn nữa là một mặt cầu không nhìn thấy, gọi là chân trời sự cố, bao xung quanh điểm kì dị đó Không có gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra khỏi chân trời sự cố Bạn hầu như có thể nghĩ điểm kì dị Schwarzschild là một cái lỗ trong cấu trúc của

không-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 phát hiện 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 cả nghiệm Schwarzschild

Các vật thể mà các nghiệm Schwarzschild và Kerr mô tả được gọi là các lỗ đen Mặc dù không có lỗ đen nào từng được trông thấy trực tiếp, nhưng có bằng chứng không thể chối cãi rằng chúng tồn tại Chúng thường được phát hiện ra qua tác dụng mà chúng để lại trên các vật thể thiên văn lân cận như các ngôi sao hay chất khí

Những lỗ đen nhỏ nhất có thể được tìm thấy xuất hiện cùng với các ngôi sao bình thường Khi ngôi sao quay xung quanh lỗ đen, nó từ từ bị hút lấy một phần vật 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 chừng bằng 10 lần khối lượng mặt trời

Bằng chứng cho những lỗ đen lớn hơn nhiều xuất hiện trong thập niên 1960 khi một số vật thể rất sáng và xa xôi đã được quan sát thấy trên bầu trời Gọi là các quasar, chúng phát sinh từ các lỗ đen bị phá hủy có vẻ sinh ra tại lõi của các thiên

hà Chất khí ở chính giữa của một thiên hà hình thành nên một đĩa xoáy tít khi nó

bị hút vào trong lỗ đen Sức mạnh của lực hút của lỗ đen làm xoáy tít chất khí làm phát ra những lượng năng lượng khổng lồ có thể nhìn thấy ở cách xa nhiều tỉ năm ánh sáng Các ước tính hiện nay đặt những lỗ đen này nằm trong khoảng giữa một triệu và một tỉ lần khối lượng của mặt trời Kết quả là chúng được gọi là các lỗ đen siêu khối lượng

Bằng chứng hiện nay ủng hộ cho việc có một lỗ đen siêu khối lượng nằm tại tâm của mỗi thiên hà, trong đó có thiên hà của chúng ta Thật vậy, các quan sát quỹ đạo của các sao nằm gần tâm của Dải Ngân hà cho thấy chúng đang chuyển động trong những quỹ đạo ngày càng thu hẹp lại Những quỹ đạo này có thể hiểu được nếu không-thời gian mà chúng tồn tại trong đó bị bóp méo đáng kể bởi sự có mặt của 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 ra rằng các lỗ đen có lẽ không hoàn toàn đen Ông cho rằng, ở gần chân trời sự cố, sự sản sinh lượng tử của các hạt và phản hạt có thể dẫn tới một sự phát sáng rất yếu Lóe sáng này, trở nên nổi tiếng là bức xạ Hawking, cho đến nay chưa được phát hiện ra vì nó quá mờ nhạt Nhưng, theo năm tháng, bức xạ Hawking sẽ đủ để lấy hết năng lượng và khối lượng ra khỏi một lỗ đen, làm cho toàn bộ các lỗ đen cuối cùng bị bốc hơi và biến mất