xung quanh ti n t i quá g n, hút chúng vào c n cu ng n c a l c h p d n mà ch ng có gì,ế ớ ầ ơ ồ ộ ủ ự ấ ẫ ẳ
th m chí ánh sáng, có th thoát ra ngoài.ậ ể
nh minh h a: Sandbox Studio
Và m t khi v t ch t băng qua đi m không th quay đ u, t c chân tr i s ki n, nó chuy n ộ ậ ấ ể ể ầ ứ ờ ự ệ ể
đ ng xo n c m t cách b t l c v phía m t đi m nh g n nh vô h n, m t đi m t i đó ộ ắ ố ộ ấ ự ề ộ ể ỏ ầ ư ạ ộ ể ạ không-th i gian u n cong đ n m c t t c các lí thuy t c a chúng ta s p đ : đi m kì d ờ ố ế ứ ấ ả ế ủ ụ ổ ể ị
Ch ng gì còn s ng mà thoát ra ngoài.ẳ ố
Các l đen nghe quá xa l đ tin là có th t Nh ng th t ra chúng khá ph bi n trong không ỗ ạ ể ậ ư ậ ổ ế gian Có hàng tá l đen đã bi t và có kh năng hàng tri u l đen n a trong D i Ngân hà và ỗ ế ả ệ ỗ ữ ả hàng t l đen đang n náu ngoài kia Các nhà khoa h c còn tin r ng có th có m t siêu l ỉ ỗ ẩ ọ ằ ể ộ ỗ đen t i tâm c a h u nh m i thiên hà, k c thiên hà c a chúng ta S ra đ i và đ ng l c ạ ủ ầ ư ỗ ể ả ủ ự ờ ộ ự
h c c a nh ng tr n cu ng phong quái d này c a không-th i gian đã khi n các nhà khoa ọ ủ ữ ậ ồ ị ủ ờ ế
h c c m th y b i r i trong hàng th k qua.ọ ả ấ ố ố ế ỉ
Trang 2nh minh h a: Sandbox Studio
L ch s c a l đen ị ử ủ ỗ
M i chuy n b t đ u nọ ệ ắ ầ ở ước Anh vào năm 1665, khi m t qu táo t trên cành cây r i xu ng ộ ả ừ ơ ố
đ t Quan sát t khu vấ ừ ườn c a ông t i Woolsthorpe Manor, Isaac Newton b t đ u nghĩ v ủ ạ ắ ầ ề chuy n đ ng r i c a qu táo: m t hể ộ ơ ủ ả ộ ướng t duy mà hai th p niên sau đó k t thúc v i k t ư ậ ế ớ ế
lu n c a ông r ng ph i có m t lo i l c v n v t nào đó chi ph i chuy n đ ng c a qu táo và ậ ủ ằ ả ộ ạ ự ạ ậ ố ể ộ ủ ả
đ n đ i bác và c các thiên th Ông g i nó là l c h p d n.ạ ạ ả ể ọ ự ấ ẫ
Newton nh n ra r ng m i v t có kh i lậ ằ ọ ậ ố ượng đ u s có l c hút h p d n Ông tìm th y khi ề ẽ ự ấ ẫ ấ
kh i lố ượng tăng thì l c h p d n tăng Đ thoát kh i l c h p d n c a m t v t, b n s c n ự ấ ẫ ể ỏ ự ấ ẫ ủ ộ ậ ạ ẽ ầ
đ t t i v n t c thoát c a nó Đ thoát kh i l c h p d n c a Trái đ t, b n s c n chuy n ạ ớ ậ ố ủ ể ỏ ự ấ ẫ ủ ấ ạ ẽ ầ ể
đ ng t c đ ch ng 11 km/s.ộ ở ố ộ ừ
Trang 3sao kh i lố ượng l n h n nhi u ho c kích c nh h n nhi u so v i m t tr i, thì v n t c thoát ớ ơ ề ặ ỡ ỏ ơ ề ớ ặ ờ ậ ố
c a nó có th vủ ể ượt quá t c đ ánh sáng Ông g i nh ng v t th này là “sao t i” Mố ộ ọ ữ ậ ể ố ười hai năm sau, nhà khoa h c và toán h c ngọ ọ ười Pháp Pierre Simon de Laplace đi t i k t lu n ớ ế ậ
tương t và đ a ra b ng ch ng toán h c cho s t n t i c a cái ngày nay chúng ta g i là l ự ư ằ ứ ọ ự ồ ạ ủ ọ ỗ đen
Năm 1915, Albert Einstein công b lí thuy t tố ế ương đ i t ng quát xem không gian và th i ố ổ ờ gian là m t v t th b n chi u b cong Thay vì xem l c h p d n là m t l c, Einstein xem nó ộ ậ ể ố ề ị ự ấ ẫ ộ ự
là s u n cong c a b n thân không gian và th i gian M t v t th kh i lự ố ủ ả ờ ộ ậ ể ố ượng l n, ví d nh ớ ụ ư
m t tr i, s t o ra m t v t lõm trong không th i gian, m t cái gi ng h p d n, làm cho m i ặ ờ ẽ ạ ộ ế ờ ộ ế ấ ẫ ọ
v t xung quanh, ví d nh các hành tinh trong h m t tr i c a chúng ta, đi theo m t qu ậ ụ ư ệ ặ ờ ủ ộ ỹ
đ o cong xung quanh nó.ạ
M t tháng sau khi Einstein công b lí thuy t này, nhà v t lí ngộ ố ế ậ ườ ứi Đ c Karl Schwarzschild tìm th y cái thú v trong các phấ ị ương trình c a Einstein Schwarzschild tìm th y m t nghi m ủ ấ ộ ệ
đ a các nhà khoa h c đ n k t lu n r ng m t vùng không gian có th b u n cong đ n m c ư ọ ế ế ậ ằ ộ ể ị ố ế ứ
nó t o ra m t cái gi ng h p d n mà ch ng v t nào có th thoát ra ngoài.ạ ộ ế ấ ẫ ẳ ậ ể
Mãi đ n năm 1967 thì nh ng vùng bí n này c a không th i gian m i có đế ữ ẩ ủ ờ ớ ược m t tên g i ộ ọ
th ng nh t Các nhà khoa h c đã lóng ngóng v i các tên g i nh “sao s p” hay “sao đóng ố ấ ọ ớ ọ ư ụ băng” khi nói v các bi u đ c a l c h p d n không th thoát ra T i m t h i ngh New ề ể ồ ủ ự ấ ẫ ể ạ ộ ộ ị ở York, nhà v t lí John Wheeler đã trình làng tên g i “l đen”.ậ ọ ỗ
Trang 4nh minh h a: Sandbox Studio
Cách tìm ki m l đen ế ỗ
Trong s hình thành sao, l c h p d n làm nén v t ch t cho đ n khi nó b d ng l i b i áp ự ự ấ ẫ ậ ấ ế ị ừ ạ ở
su t n i c a ngôi sao N u áp su t n i không làm d ng quá trình nén, thì nó có th đem l i ấ ộ ủ ế ấ ộ ừ ể ạ
s ra đ i c a m t l đen.ự ờ ủ ộ ỗ
M t s l đen độ ố ỗ ược hình thành khi các ngôi sao kh i lố ượng l n suy s p Nh ng l đen ớ ụ ữ ỗ khác, theo các nhà khoa h c, đọ ược hình thành r t s m trong vũ tr , kho ng m t t năm sau ấ ớ ụ ả ộ ỉ
V n L n.ụ ổ ớ
Không có gi i h n nào v m c đ s c a m t l đen, th nh tho ng nó l n g p hàng t l n ớ ạ ề ứ ồ ộ ủ ộ ỗ ỉ ả ớ ấ ỉ ầ
kh i lố ượng m t tr i Theo thuy t tặ ờ ế ương đ i t ng quát, không có gi i h n nào cho m c nh ố ổ ớ ạ ứ ỏ
bé c a các l đen (m c dù c h c lủ ỗ ặ ơ ọ ượng t đ xu t cái ngử ề ấ ượ ạc l i) Các l đen tăng trỗ ưởng
kh i lố ượng khi chúng ti p t c nu t l y v t ch t xung quanh chúng Các l đen nh b i t v tế ụ ố ấ ậ ấ ỗ ỏ ồ ụ ậ
Trang 5Các l đen có ch a m t chân tr i s ki n, vỗ ứ ộ ờ ự ệ ượt qua đó thì c ánh sáng cũng không th ả ể thoát ra B i vì ch ng có ánh sáng l t ra ngoài, nên ta không th nhìn th y vở ẳ ọ ể ấ ượt quá b m tề ặ này c a m t l đen Nh ng ch vì b n không th nhìn th y l đen, đi u đó không có nghĩa làủ ộ ỗ ư ỉ ạ ể ấ ỗ ề
b n ch ng th phát hi n ra chúng.ạ ẳ ể ệ
Các nhà khoa h c có th phát hi n ra l đen b ng cách nhìn vào chuy n đ ng c a các sao ọ ể ệ ỗ ằ ể ộ ủ
và ch t khí lân c n cũng nh v t ch t b i t t vùng xung quanh c a nó V t ch t này ấ ậ ư ậ ấ ồ ụ ừ ủ ậ ấ chuy n đ ng xo n c xung quanh l đen, t o ra m t cái đĩa ph ng g i là đĩa b i t V t ch tể ộ ắ ố ỗ ạ ộ ẳ ọ ồ ụ ậ ấ xoáy tít m t d n năng lấ ầ ượng và gi i phóng b c x d ng tia X và các b c x đi n t khác ả ứ ạ ở ạ ứ ạ ệ ừ
trước khi cu i cùng thì vố ượt qua chân tr i s ki n.ờ ự ệ
Đây là cách mà các nhà thiên văn h c đã nh n ra Cygnus X-1 h i năm 1971 Cygnus X-1 ọ ậ ồ
được tìm th y là m t b ph n c a m t h sao đôi trong đó m t ngôi sao c c nóng và sáng ấ ộ ộ ậ ủ ộ ệ ộ ự
g i là sao siêu k nh xanh đã t o ra m t đĩa b i t xung quanh m t v t th không nhìn th y ọ ề ạ ộ ồ ụ ộ ậ ể ấ
H sao đôi y phát ra tia X, b c x không thệ ấ ứ ạ ường đượ ạc t o ra b i các sao siêu k nh xanh ở ề
B ng cách tính toán ngôi sao có th nhìn th y đang chuy n đ ng bao nhanh và bao xa, ằ ể ấ ể ộ ở các nhà thiên văn h c đã có th tính ra kh i lọ ể ố ượng c a v t th không nhìn th y M c dù nó ủ ậ ể ấ ặ
b nén vào m t th tích nh h n Trái đ t, nh ng kh i lị ộ ể ỏ ơ ấ ư ố ượng c a v t th y g p sáu l n m t ủ ậ ể ấ ấ ầ ặ
tr i c a chúng ta.ờ ủ
Có m t s thí nghi m khác nhau nghiên c u các l đen Kính thiên văn Chân tr i S ki n ộ ố ệ ứ ỗ ờ ự ệ
s kh o sát các l đen t i tâm c a thiên hà c a chúng ta và m t thiên hà láng gi ng, M87 ẽ ả ỗ ạ ủ ủ ộ ề
Đ phân gi i c a nó đ cao đ ch p nh ch t khí phát sáng xung quanh chân tr i s ki n.ộ ả ủ ủ ể ụ ả ấ ờ ự ệ Các nhà khoa h c còn ti n hành l p b n đ ti ng v ng, s d ng kính thiên văn tia X đ tìm ọ ế ậ ả ồ ế ọ ử ụ ể
ki m các chênh l ch th i gian gi a các b c x đ n t nh ng n i khác nhau g n l đen, ế ệ ờ ữ ứ ạ ế ừ ữ ơ ở ầ ỗ
nh m tìm hi u qu đ o c a ch t khí và các photon xung quanh l đen.ằ ể ỹ ạ ủ ấ ỗ
Đài thiên văn Sóng h p d n Giao thoa k Laser, hay LIGO, tìm cách nh n d ng s h p ấ ẫ ế ậ ạ ự ợ
nh t c a hai l đen, s ki n s phát ra b c x h p d n, hay sóng h p d n, khi hai l đen ấ ủ ỗ ự ệ ẽ ứ ạ ấ ẫ ấ ẫ ỗ
h p nh t.ợ ấ
Ngoài các đĩa b i t , l đen còn có gió và các vòi v t ch t c c kì sáng phát ra t chúng d c ồ ụ ỗ ậ ấ ự ừ ọ theo tr c quay c a chúng, b n v t v t ch t và b c x g n t c đ ánh sáng Các nhà khoaụ ủ ắ ọ ậ ấ ứ ạ ở ầ ố ộ
h c v n đang tìm cách hi u s hình thành nh ng vòi v t ch t này.ọ ẫ ể ự ữ ậ ấ
Trang 6nh minh h a: Sandbox Studio
Cái chúng ta không bi t ế
Các nhà khoa h c còn bi t r ng các l đen th t ra không đen l m nh ngọ ế ằ ỗ ậ ắ ư ười ta t ng ừ
nghĩ. M t s ộ ốthông tin có th thoát ra kh i chúng Năm 1974, Stephen Hawking cho công b ể ỏ ố các k t qu ch ng minh r ng các l đen ph i phát x năng lế ả ứ ằ ỗ ả ạ ượng, hay phát b c x ứ ạ
Hawking
Các c p v t ch t-ph n v t ch t liên t c đặ ậ ấ ả ậ ấ ụ ượ ạc t o ra trong kh p vũ tr , k c bên ngoài ắ ụ ể ả ở chân tr i s ki n c a m t l đen Thuy t lờ ự ệ ủ ộ ỗ ế ượng t tiên đoán r ng m t h t có th b hút vào ử ằ ộ ạ ể ị
trước khi c p h t có c h i h y nhau, và h t kia có th thoát ra d ng b c x Hawking ặ ạ ơ ộ ủ ạ ể ở ạ ứ ạ
Đi u này mâu thu n v i b c tranh thuy t tề ẫ ớ ứ ế ương đ i t ng quát v nên r ng l đen là cái ố ổ ẽ ằ ỗ
ch ng gì có th thoát ra đẳ ể ược
Nh ng khi m t l đen phát b c x Hawking, nó t t b c h i cho đ n cu i cùng thì nó bi n ư ộ ỗ ứ ạ ừ ừ ố ơ ế ố ế
m t V y chuy n gì x y ra v i toàn b thông tin đã mã hóa trên chân tr i c a nó? Thông tinấ ậ ệ ả ớ ộ ờ ủ
Trang 7tin đó Khi l đen b c h i và bi n m t, nó b o toàn thông tin c a m i th đã r i vào trong ỗ ố ơ ế ấ ả ủ ọ ứ ơ
nó, phát x thông tin đó vào vũ tr ạ ụ
L đen đem l i cho các nhà khoa h c c h i ki m tra thuy t tỗ ạ ọ ơ ộ ể ế ương đ i t ng quát trong ố ổ
nh ng trữ ường h p d n c c m nh H xem l đen là m t c h i đ tr l i m t trong nh ng ấ ẫ ự ạ ọ ỗ ộ ơ ộ ể ả ờ ộ ữ câu h i l n nh t trong lí thuy t v t lí h t s c p: T i sao chúng ta không th dung hòa c ỏ ớ ấ ế ậ ạ ơ ấ ạ ể ơ
h c lọ ượng t v i thuy t tử ớ ế ương đ i t ng quát?ố ổ
Vượt quá chân tr i s ki n, các l đen u n cong thành m t trong nh ng bí n tăm t i nh t ờ ự ệ ỗ ố ộ ữ ẩ ố ấ trong v t lí h c Các nhà khoa h c không th gi i thích cái x y ra khi các v t băng qua chânậ ọ ọ ể ả ả ậ
tr i s ki n và chính xác xo n c v phía đi m kì d Thuy t tờ ự ệ ắ ố ề ể ị ế ương đ i t ng quát và c h c ố ổ ơ ọ
lượng t xung đ t và các phử ộ ương trình Einstein phát sinh các vô h n Các l đen th m chí ạ ỗ ậ
có th ti m ch a nh ng cánh c ng m sang nh ng vũ tr khác mà ngể ề ứ ữ ổ ở ữ ụ ười ta g i là l sâu ọ ỗ
đ c và nh ng dòng năng lụ ữ ượng và v t ch t tuôn d d i g i là l tr ng, m c dù r t không có ậ ấ ữ ộ ọ ỗ ắ ặ ấ
kh năng vũ tr cho phép t n t i nh ng c u trúc này.ả ụ ồ ạ ữ ấ
Đôi khi th c t i còn kì l h n c truy n vi n tự ạ ạ ơ ả ệ ễ ưởng