Lỗ đen

Thảo luận các kiến thức về Thiên văn học.

Lỗ đen

Bài viết chưa xemgửi bởi hell » Thứ 4 Tháng 5 04, 2005 4:54 am

LÝ thuyết của S.Hawking

Lỗ đen

Thuật ngữ lỗ đen còn rất mới. Nó được nhà khoa học người Mỹ John Wheeler đưa ra vào năm 1969 nhằm mô tả một cách hình tượng một ý tưởng bắt nguồn ít nhất khoảng 200 năm trước, vào thời mà còn có hai lý thuyết về ánh sáng: một lý thuyết được Newton ủng hộ cho rằng ánh sáng được tạo thành từ các hạt, còn lý thuyết kia cho rằng nó được tạo thành từ các sóng.

Hiện nay ta biết rằng cả hai lý thuyết trên đều đúng. Theo quan điểm nhị nguyên sóng/hạt của cơ học lượng tử, thì ánh sáng có thể xem như vừa là sóng vừa là hạt. Theo lý thuyết sóng về ánh sáng thì không rõ nó sẽ phản ứng thế nào đối với hấp dẫn. Nhưng nếu ánh sáng được tạo thành từ các hạt thì người ta có thể nghĩ rằng nó sẽ bị tác động bởi hấp dẫn hệt như các viên đạn đại bác, tên lửa và các hành tinh. Ban đầu người ta tưởng rằng ánh sáng truyền với vận tốc lớn vô hạn và như thế thì hấp dẫn không thể nào làm cho nó chậm lại được, nhưng phát minh của Roemer cho thấy ánh sáng truyền với vận tốc hữu hạn, điều đó có nghĩa là hấp dẫn có thể có tác động quan trọng.

Dựa trên giải thuyết đó, một giảng viên của Đại học Cambridge là John Michell đã viết một bài báo in trên tạp chí “những văn kiện triết học của Hội Hoàng gia London” (Philosophical Transaction of the Royal Society of London) vào năm 1783, trong đó ông chỉ ra rằng một ngôi sao đủ nặng và đặc có thể có trường hấp dẫn mạnh tới mức không cho ánh sáng thoát ra được: bất kỳ ánh sáng nào phát ra từ bề mặt ngôi sao đó cũng đều bị kéo ngược trở lại trước khi nó kịp truyền đi rất xa. Michell cho rằng có thể có một số rất lớn những sao như vậy. Mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy những ngôi sao đó bởi vì ánh sáng từ những ngôi sao đó không đến được chúng ta, nhưng chúng ta vẫn cảm thấy được lực hút hấp dẫn của chúng. Những đối tượng đó là cái bây giờ chúng ta gọi là lỗ đen, bởi vì thực tế chúng là những khoảng đen trong vũ trụ.

Một giả thuyết tương tự cũng được một nhà khoa học người Pháp là hầu tước de Laplace đưa ra sau đó ít năm, tất nhiên là độc lập với Michell. Một điều khá lý thú là Laplace chỉ đưa ra giả thuyết này vào lần xuất bản thứ nhất và thứ hai của cuốn sách “Hệ thống thế giới”, nhưng rồi lại bỏ đi trong những lần xuất bản sau, chắc ông cho rằng đó là một ý tưởng điên rồ. (Cũng như lý thuyết hạt của ánh sáng không được ủng hộ trong suốt thế kỷ 19, và dường như mọi chuyện đều có thể giải thích bằng lý thuyết sóng, nhưng theo lý thuyết sóng thì hoàn toàn không rõ ánh sáng bị hấp dẫn tác động như thế nào).

Thực tế, xem ánh sáng như những viên đạn đại bác trong lý thuyết hấp dẫn của Newton là hoàn toàn không thích hợp bởi vì ánh sáng có vận tốc cố định. (Một viên đạn đại bác khi bắn lên từ mặt đất sẽ bị lực hấp dẫn làm cho chuyển động chậm lại và cuối cùng sẽ dừng lại và rơi xuống, trong khi đó hạt photon vẫn phải tiếp tục bay lên với vận tốc không đổi. Vậy thì lực hấp dẫn của Newton làm thế nào có thể tác động tới ánh sáng?). Phải mãi cho tới khi Einstein đưa ra thuyết tương đối rộng vào năm 1915, ta mới có một lý thuyết nhất quán cho biết hấp dẫn tác động như thế nào đến ánh sáng. Và thậm chí ngay cả khi đó cũng phải mất một thời gian sau người ta mới hiểu được những hệ quả của lý thuyết đối với các sao nặng.

Để hiểu một lỗ đen có thể được hình thành như thế nào, trước hết chúng ta phải hiểu vòng đời của một ngôi sao. Một ngôi sao được hình thành khi một lượng lớn khí (mà chủ yếu là hydro) bắt đầu co lại do lực hút hấp dẫn của chính mình. Và vì khi các khối khí co lại, nên các nguyên tử khí va chạm nhau thường xuyên hơn và ngày càng có vận tốc lớn hơn dẫn tới khối khí nóng lên. Cuối cùng, khối khí sẽ nóng tới mức khi các nguyên tử hydro va chạm nhau chúng sẽ không rời nhau ra nữa mà liên kết với nhau thành nguyên tử heli. Nhiệt giải phóng ra từ phản ứng này - giống như vụ nổ của bom khinh khí - sẽ làm cho ngôi sao phát sáng. Lượng nhiệt đó cũng làm tăng áp suất của khối khí cho tới khi đủ để cân bằng với lực hút hấp dẫn và khối khí ngừng co lại. Điều này cũng hơi giống với trường hợp quả khí cầu, trong đó có sự cân bằng giữa áp suất của không khí bên trong có xu hướng làm cho quả khí cầu phồng ra và sức căng của vỏ cao su có xu hướng làm cho nó co lại. Những ngôi sao sẽ còn ổn định như thế một thời gian dài với nhiệt từ các phản ứng hạt nhân tỏa ra cân bằng với lực hút hấp dẫn. Tuy nhiên, cuối cùng rồi các ngôi sao cũng sẽ dùng hết số khí hydro và các nhiên liệu hạt nhân của nó. Một điều thật nghịch lý là các ngôi sao càng có nhiều nhiên liệu lúc bắt đầu thì sẽ hết càng sớm. Đó là bởi vì ngôi sao càng nặng thì nó phải càng nóng để cân bằng với lực hút hấp dẫn. Mà nó đã càng nóng thì sẽ dùng hết số nhiên liệu của nó càng nhanh. Mặt trời của chúng ta có lẽ còn đủ nhiên liệu cho khoảng gần năm ngàn triệu năm nữa, nhưng những ngôi sao nặng hơn có thể dùng hết nhiên liệu của chúng chỉ trong khoảng một trăm triệu năm, ít hơn tuổi của vũ trụ rất nhiều. Khi một ngôi sao hết nhiên liệu, nó sẽ lạnh đi và co lại. Chỉ cuối những năm 20, người ta mới hiểu được điều gì xảy ra đối với nó khi đó.

Năm 1928 một sinh viên Ấn Độ mới tốt nghiệp đại học tên là Subrahmanyan Chandrasekhar đã dong thuyền tới nước Anh để theo học nhà thiên văn ngài Arthur Eddington, một chuyên gia về thuyết tương đối rộng ở Cambridge. (Theo một số dư luận, thì một nhà báo vào đầu những năm 20 có nói với Eddington, rằng ông ta nghe nói cả thế giới chỉ có ba người hiểu được thuyết tương đối rộng. Eddington im lặng một lát rồi nói: “Tôi còn đang cố nghĩ xem người thứ ba là ai”). Trong suốt chuyến chu du của mình từ Ấn Độ, Chandrasekhar đã giải quyết được vấn đề: một ngôi sao có thể lớn tới mức nào để khi đã sử dụng hết nhiên liệu vẫn chống chọi được với lực hấp dẫn riêng của nó. Ý tưởng của ông như sau: khi một ngôi sao trở nên nhỏ, các hạt vật chất sẽ ở rất gần nhau, và vì vậy theo nguyên lý loại trừ Pauli, chúng cần phải có vận tốc khác nhau. Điều này làm cho chúng chuyển động ra xa nhau và vì thế có xu hướng làm cho sao giãn nở ra. Do đó một ngôi sao có thể tự duy trì để có một bán kính không đổi bằng cách giữ cân bằng giữa lực hút hấp dẫn và lực đẩy xuất hiện do nguyên lý loại trừ, hệt như ở giai đoạn đầu trong cuộc đời của nó lực hấp dẫn được cân bằng bởi nhiệt.

Tuy nhiên, Chandrasekhar thấy rằng lực đẩy do nguyên lý loại trừ tạo ra có một giới hạn. Lý thuyết tương đối rộng đặt một giới hạn cho sự khác biệt cực đại về vận tốc của các hạt vật chất trong các ngôi sao - đó là vận tốc của ánh sáng. Điều này có nghĩa là khi một ngôi sao đủ đặc, lực đẩy gây bởi nguyên lý loại trừ sẽ nhỏ hơn lực hút hấp dẫn. Chandrasekhar tính ra rằng một ngôi sao lạnh có khối lượng lớn hơn khối lượng mặt trời chừng 1,5 lần sẽ không thể tự chống chọi nổi với lực hấp dẫn riêng của nó. (Khối lượng này hiện nay được gọi là giới hạn Chandrasekhar). Phát minh tương tự cũng được nhà khoa học người Nga Lev Davidovich Landau đưa ra vào cùng thời gian đó.

Điều này có những hệ quả quan trọng đối với số phận tối hậu của các ngôi sao nặng. Nếu khối lượng của một ngôi sao nhỏ hơn giới hạn Chandrasekhar, thì cuối cùng nó cũng có thể ngừng co lại và yên phận ở trạng thái cuối cùng khả dĩ như “một sao lùn trắng” với bán kính chỉ khoảng vài ngàn dặm và mật độ khoảng vài trăm tấn trong một inch khối. Sao lùn trắng chống đỡ được với lực hút hấp dẫn là bởi lực đẩy do nguyên lý loại trừ sinh ra giữa các electron trong vật chất của nó. Chúng ta đã quan sát được một số khá lớn những sao lùn trắng này. Một trong những sao lùn đầu tiên quan sát được là ngôi sao quay xung quanh sao Thiên Lang (Sirius) - ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm.

Landau chỉ ra rằng còn có một trạng thái cuối cùng khả dĩ nữa cho các ngôi sao có khối lượng giới hạn cỡ 1 đến 2 lần lớn hơn khối lượng mặt trời nhưng có kích thước còn nhỏ hơn cả các sao lùn trắng nhiều. Các sao này chống chọi được với lực hút hấp dẫn, bởi lực đẩy do nguyên lý loại trừ tạo ra giữa các neutron và proton lớn hơn là giữa các electron. Do đó chúng được gọi là các sao neutron. Chúng có bán kính chỉ cỡ mươi dặm và có mật độ cỡ vài trăm triệu tấn trên một inch khối. Khi sao neutron lần đầu tiên được tiên đoán, người ta không có cách nào quan sát được chúng và thực tế mãi rất lâu về sau người ta cũng không phát hiện được.

Trái lại, những ngôi sao có khối lượng lớn hơn giới hạn Chandrasekhar lại có vấn đề rất lớn đặt ra khi chúng đã dùng hết nhiên liệu. Trong một số trường hợp chúng có thể nổ hoặc điều chỉnh để rút bớt đi một lượng vật chất đủ để làm giảm khối lượng của nó xuống dưới giới hạn và như vậy sẽ tránh được tai họa co lại do hấp dẫn. Tuy nhiên, thật khó lòng tin được rằng điều này luôn luôn xảy ra bất kể ngôi sao lớn tới mức nào. Vả lại, làm sao biết được nó cần phải giảm trọng lượng? Và cho dù mọi ngôi sao đều biết điều chỉnh giảm khối lượng đủ để tránh được quá trình co lại thì điều gì sẽ xảy ra nếu ta thêm khối lượng cho một sao lùn trắng hoặc sao neutron để khối lượng của nó lớn hơn khối lượng giới hạn? Liệu nó có co lại tới mật độ vô hạn không? Eddington đã bị “sốc” bởi hệ quả đó và ông đã chối bỏ không tin kết quả của Chandrasekhar. Eddington nghĩ rằng đơn giản là không thể có một ngôi sao có thể co lại thành một điểm được. Đó cũng là quan điểm của đa số các nhà khoa học. Chính Einstein cũng viết một bài báo trong đó ông tuyên bố rằng một ngôi sao không thể co lại tới kích thước bằng 0 được! Trước sự chống đối của các nhà khoa học khác, mà đặc biệt là Eddington - vừa là thầy giáo cũ vừa là người có uy tín hàng đầu về cấu trúc các sao, Chandrasekhar đành bỏ phương hướng nghiên cứu đó của mình và chuyển sang nghiên cứu những vấn đề khác trong thiên văn học như sự chuyển động của các cụm sao. Tuy nhiên, khi ông được trao giải thưởng Nobel vào năm 1938, thì ít nhất cũng một phần là do công trình đầu tay của ông về khối lượng giới hạn của các sao lạnh.

Chandrasekhar đã chứng minh được rằng nguyên lý loại trừ không thể ngăn chặn được sự co lại của các ngôi sao có khối lượng lớn hơn giới hạn Chandrasekhar, nhưng vấn đề hiểu được điều gì sẽ xảy ra đối với những sao như vậy theo thuyết tương đối rộng thì phải tới năm 1939 mới được nhà khoa học trẻ người Mỹ là Robert Oppenheimer giải quyết lần đầu tiên. Tuy nhiên, kết quả của ông cho thấy rằng không có một hệ quả quan sát nào có thể phát hiện được bằng các kính thiên văn thời đó. Rồi chiến tranh thế giới thứ 2 xảy ra, và chính Oppenheimer lại cuốn hút vào dự án bom nguyên tử. Sau chiến tranh, vấn đề sự co lại do hấp dẫn bị lãng quên vì đa số các nhà khoa học bắt đầu lao vào các hiện tượng xảy ra trong quy mô nguyên tử và hạt nhân của nó. Tuy nhiên, vào những năm 60 sự quan tâm tới các vấn đề ở thang vĩ mô của thiên văn học và vũ trụ học lại sống dậy vì số lượng cũng như tầm quan sát thiên văn tăng lên rất lớn, do việc áp dụng những công nghệ hiện đại. Công trình của Oppenheimer khi đó lại được phát hiện lại và được mở rộng thêm bởi nhiều người khác.

Bức tranh mà hiện nay chúng ta có từ công trình của Oppenheimer như sau: trường hấp dẫn của ngôi sao làm thay đổi đường truyền của các tia sáng trong không-thời gian. Các nón ánh sáng - chỉ đường truyền trong không-thời gian của các chớp sáng được phát ra từ đỉnh của nón - sẽ hơi bị uốn vào phía trong, phía gần với bề mặt của sao. Điều này có thể thấy được theo quỹ đạo cong của tia sáng phát từ những ngôi sao xa trong quá trình nhật thực. Vì ngôi sao nặng đang co lại, nên trường hấp dẫn ở bề mặt của nó ngày càng mạnh và nón ánh sáng càng bị uốn cong vào phía trong. Điều này làm cho tia sáng ngày càng khó thoát khỏi ngôi sao, và ánh sáng sẽ ngày càng mờ đi và đỏ hơn đối với người quan sát từ xa. Cuối cùng, khi ngôi sao đã co tới một bán kính tới hạn nào đó, trường hấp dẫn ở bề mặt của nó trở nên mạnh tới mức nón ánh sáng bị uốn vào phía trong nhiều đến nỗi ánh sáng không thể thoát ra được nữa(hình 6.1). Theo thuyết tương đối thì không có gì có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Vì vậy, nếu ánh sáng không thể thoát ra được, thì cũng không có gì có thể thoát được ra; tất cả đều bị trường hấp dẫn kéo lại. Do đó, ta có một tập các sự cố, tức là một vùng trong không-thời gian, mà không có gì có thể thoát ra từ đó để đến được với người quan sát từ xa. Vùng này chính là cái mà người ta gọi là lỗ đen. Biên của vùng này được gọi là chân trời sự cố, và nó trùng với đường truyền của các tia sáng vừa chớm không thoát ra được khỏi lỗ đen.

Để hiểu được điều mà bạn sẽ thấy nếu bạn đang quan sát sự co lại của một ngôi sao để tạo thành lỗ đen, thì cần nhớ rằng trong thuyết tương đối không có khái niệm thời gian tuyệt đối. Mỗi một người quan sát có độ đo thời gian riêng của mình. Thời gian đối với người ở trên một ngôi sao sẽ khác thời gian của người ở xa, do có trường hấp dẫn của các ngôi sao. Giả sử có một nhà du hành vũ trụ quả cảm ở ngay trên bề mặt một ngôi sao đang co lại vào phía trong của nó, cứ mỗi một giây theo đồng hồ của anh ta lại gửi về con tàu đang quay quanh ngôi sao đó một tín hiệu. Ở thời điểm nào đó theo đồng hồ của anh ta, ví dụ lúc 11 giờ, ngôi sao co lại dưới bán kính tới hạn - kích thước mà ở đó trường hấp dẫn bắt đầu mạnh tới mức không gì có thể thoát được ra, - và như vậy, các tín hiệu của nhà du hành không tới được con tàu nữa. Khi tới gần 11 giờ, các đồng nghiệp của nhà du hành quan sát từ con tàu thấy khoảng thời gian giữa hai tín hiệu liên tiếp do nhà du hành gửi về ngày càng dài hơn, nhưng trước 10 giờ 59 phút 59 giây hiệu ứng đó rất nhỏ. Họ chỉ phải đợi hơn một giây chút xíu giữa tín hiệu mà nhà du hành gửi về lúc 10 giờ 59 phút 58 giây và tín hiệu anh ta gửi về lúc đồng hồ anh ta chỉ 10 giờ 59 phút 59 giây, nhưng họ sẽ phải đợi vĩnh viễn viễn tín hiệu gửi lúc 11 giờ. Các sóng ánh sáng được phát từ bề mặt ngôi sao trong khoảng thời gian giữa 10 giờ 59 phút 59 giây và 11 giờ theo đồng hồ của nhà du hành sẽ được truyền qua một khoảng thời gian vô hạn, nếu đo từ con tàu. Khoảng thời gian giữa hai sóng ánh sáng liên tiếp tới con tàu mỗi lúc một dài hơn, do đó ánh sáng từ ngôi sao mỗi lúc một đỏ và nhợt nhạt hơn. Cuối cùng, ngôi sao sẽ mờ tối tới mức từ con tàu không thể nhìn thấy nó nữa; tất cả những cái còn lại chỉ là một lỗ đen trong không gian. Tuy nhiên, ngôi sao vẫn tiếp tục tác dụng một lực hấp dẫn như trước lên con tàu làm cho nó vẫn tiếp tục quay xung quanh lỗ đen.

Thực ra, kịch bản này không phải hoàn toàn là hiện thực vì vấn đề sau: Lực hấp dẫn càng yếu khi bạn càng ở xa ngôi sao, vì vậy lực hấp dẫn tác dụng lên chân nhà du hành vũ trụ quả cảm của chúng ta sẽ luôn luôn lớn hơn lực tác dụng lên đầu của anh ta. Sự khác biệt về lực đó sẽ kéo dài nhà du hành vũ trụ của chúng ta giống như một sợi mì hoặc xé đứt anh ta ra trước khi ngôi sao co tới bán kính tới hạn, tại đó chân trời sự cố được hình thành! Tuy nhiên, chúng ta tin rằng trong vũ trụ có những vật thể lớn hơn rất nhiều, chẳng hạn như những vùng trung tâm của các thiên hà, cũng có thể co lại do hấp dẫn để tạo thành các lỗ đen; một nhà du hành vũ trụ ở trên một trong các vật thể đó sẽ không bị xé đứt trước khi lỗ đen được tạo thành. Thực tế, anh ta sẽ chẳng cảm thấy gì đặc biệt khi đạt tới bán kính tới hạn, và có thể vượt điểm-không-đường-quay-lại mà không nhận thấy. Tuy nhiên, chỉ một ít giờ sau, khi vùng đó tiếp tục co lại, sự khác biệt về lực hấp dẫn tác dụng lên chân và đầu sẽ lại trở nên mạnh tới mức nó sẽ xé đứt người anh ta.

Công trình mà Roger Penrose và tôi tiến hành giữa năm 1965 và 1970 chứng tỏ, rằng theo thuyết tương đối rộng, thì cần phải có một kỳ dị với mật độ và độ cong không-thời gian vô hạn bên trong lỗ đen. Điều này khá giống với vụ nổ lớn ở điểm bắt đầu, chỉ có điều ở đây lại là thời điểm cuối của một vật thể cùng nhà du hành đang co lại. Ở kỳ dị này, các định luật khoa học và khả năng tiên đoán tương lai đều không dùng được nữa. Tuy nhiên, một người quan sát còn ở ngoài lỗ đen sẽ không bị ảnh hưởng bởi sự mất khả năng tiên đoán đó vì không một tín hiệu nào hoặc tia sáng nào từ điểm kỳ dị đó tới được anh ta. Sự kiện đáng chú ý đó đã dẫn Roger Penrose tới giả thuyết về sự kiểm duyệt vũ trụ - một giả thuyết có thể phát biểu dưới dạng “Chúa căm ghét sự kỳ dị trần trụi”. Nói một cách khác, những kỳ dị được tạo ra bởi sự co lại do hấp dẫn chỉ xảy ra ở những nơi giống như lỗ đen - nơi mà chúng được che giấu kín đáo bởi chân trời sự cố không cho người ngoài nhìn thấy. Nói một cách chặt chẽ thì đây là mới là giả thuyết về sự kiểm duyệt vũ trụ yếu: nó bảo vệ cho những người quan sát còn ở ngoài lỗ đen tránh được những hậu quả do sự mất khả năng tiên đoán xảy ra ở điểm kỳ dị, nhưng nó hoàn toàn không làm được gì cho nhà du hành bất hạnh đã bị rơi vào lỗ đen.

Có một số nghiệm của các phương trình của thuyết tương đối rộng, trong đó nó cho phép nhà du hành của chúng ta có thể nhìn thấy điểm kỳ dị trần trụi: như vậy anh ta có thể tránh không đụng vào nó và thay vì anh ta có thể rơi qua một cái “lỗ sâu đục” và đi ra một vùng khác của vũ trụ. Điều này tạo ra những khả năng to lớn cho việc du hành trong không gian và thời gian, nhưng thật không may, những nghiệm đó lại rất không ổn định; chỉ cần một nhiễu động nhỏ, ví dụ như sự có mặt của nhà du hành, là đã có thể làm cho chúng thay đổi tới mức nhà du hành không còn nhìn thấy kỳ dị nữa cho tới khi chạm vào nó và thời gian của anh ta sẽ chấm hết. Nói cách khác, kỳ dị luôn luôn nằm ở tương lai chứ không bao giờ nằm ở quá khứ của anh ta. Giả thuyết kiểm duyệt vũ trụ mạnh phát biểu rằng trong nghiệm hiện thực thì các kỳ dị luôn luôn hoặc hoàn toàn nằm trong tương lai (như các kỳ dị do quá trình co lại do hấp dẫn) hoặc hoàn toàn nằm trong quá khứ (như vụ nổ lớn). Người ta rất hy vọng một trong hai giả thuyết kiểm duyệt là đúng, bởi vì ở gần các kỳ dị trần trụi sẽ có thể chu du về quá khứ. Trong khi điều này thật tuyệt vời đối với các nhà viết truyện khoa học viễn tưởng thì nó cũng có nghĩa là cuộc sống của bất kỳ ai đều không an toàn: một kẻ nào đó có thể mò về quá khứ giết chết bố hoặc mẹ của bạn trước khi bạn được đầu thai!

Chân trời sự cố, biên của vùng không - thời gian mà từ đó không gì thoát ra được, có tác dụng như một màng một chiều bao quanh lỗ đen: các vật, tỷ như nhà du hành khinh suất của chúng ta, có thể rơi vào lỗ đen qua chân trời sự cố, nhưng không gì có thể thoát ra lỗ đen qua chân trời sự cố (cần nhớ rằng chân trời sự cố là đường đi trong không-thời gian của ánh sáng đang tìm cách thoát khỏi lỗ đen, và không gì có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng). Có thể dùng lời của thi sĩ Dante nói về lối vào địa ngục để nói về chân trời sự cố: “Hỡi những người bước vào đây hãy vứt bỏ mọi hy vọng!”. Bất kỳ cái gì hoặc bất kỳ ai, một khi đã rơi qua chân trời sự cố thì sẽ sớm tới vùng có mật độ vô hạn và, chấm hết thời gian.

Thuyết tương đối rộng tiên đoán rằng các vật nặng khi chuyển động sẽ phát ra sóng hấp dẫn - những nếp gợn trong độ cong của không gian truyền với vận tốc của ánh sáng. Những sóng này tương tự như các sóng ánh sáng, là những gợn sóng của trường điện từ, nhưng sóng hấp dẫn khó phát hiện hơn nhiều. Giống như ánh sáng, sóng hấp dẫn cũng mang năng lượng lấy từ các vật phát ra nó. Do đó, hệ thống các vật nặng cuối cùng sẽ an bài ở một trạng thái dừng nào đó bởi vì năng lượng ở bất cứ dạng vận động nào đều được các sóng hấp dẫn mang đi. (Điều này gần tương tự với việc ném một cái nút xuống nước. Ban đầu, nó dập dềnh khá mạnh, nhưng rồi vì các gợn sóng mang dần đi hết năng lượng của nó, cuối cùng nó an bài ở một trạng thái dừng). Ví dụ, chuyển động của trái đất xung quanh mặt trời tạo ra các sóng hấp dẫn. Tác dụng của việc mất năng lượng sẽ làm thay đổi quỹ đạo trái đất, làm cho nó dần dần tiến tới gần mặt trời hơn, rồi cuối cùng chạm mặt trời và an bài ở một trạng thái dừng. Tuy nhiên, tốc độ mất năng lượng của trái đất và mặt trời rất thấp: chỉ cỡ đủ để chạy một lò sưởi điện nhỏ. Điều này có nghĩa là phải mất gần một ngàn triệu triệu triệu triệu năm trái đất mới đâm vào mặt trời và vì vậy chúng ta chẳng có lý do gì để lo lắng cả! Sự thay đổi quỹ đạo của trái đất cũng rất chậm khiến cho khó có thể quan sát được, nhưng chính hiện tượng này đã được quan sát thấy ít năm trước trong hệ thống có tên là PSR 1913+16 PSR là tên viết tắt của một pulsar (pulsar là chuẩn tinh: một loại sao neutron đặc biệt có khả năng phát đều đặn các xung sóng radio). Hệ thống này gồm hai sao neutron quay xung quanh nhau và sự mất năng lượng do phát sóng hấp dẫn làm cho chúng chuyển động theo đường xoắn ốc hướng vào nhau

Trong quá trình co lại do hấp dẫn của một ngôi sao để tạo thành một lỗ đen, các chuyển động sẽ nhanh hơn nhiều và vì vậy tốc độ năng lượng được chuyển đi cũng cao hơn nhiều. Do vậy mà thời gian để đạt tới sự an bài ở một trạng thái dừng sẽ không quá lâu. Vậy cái giai đoạn cuối cùng này nhìn sẽ như thế nào? Người ta cho rằng, nó sẽ phụ thuộc vào tất cả các đặc tính của ngôi sao. Có nghĩa là, nó không chỉ phụ thuộc vào khối lượng và tốc độ quay, mà còn phụ thuộc vào những mật độ khác nhau của các phần tử khác nhau của ngôi sao và cả những chuyển động phức tạp của các khí trong ngôi sao đó nữa. Và nếu các lỗ đen cũng đa dạng như những đối tượng đã co lại và tạo nên chúng thì sẽ rất khó đưa ra một tiên đoán nào về các lỗ đen nói chung.

Tuy nhiên, vào năm 1967, một nhà khoa học Canada tên là Werner Israel (ông sinh ở Berlin, lớn lên ở Nam Phi, và làm luận án tiến sĩ ở Ireland) đã tạo ra một bước ngoặt trong việc nghiên cứu các lỗ đen. Israel chỉ ra rằng, theo thuyết tương đối rộng thì các lỗ đen không quay là rất đơn giản; chúng có dạng cầu lý tưởng và có kích thước chỉ phụ thuộc vào khối lượng của chúng; hai lỗ đen như thế có khối lượng như nhau là hoàn toàn đồng nhất với nhau.

Thực tế, những lỗ đen này có thể được mô tả bằng một nghiệm riêng của phương trình Einstein đã được biết từ năm 1917, do Karl Schwarzchild tìm ra gần như ngay sau khi tuyết tương đối rộng được phát minh. Thoạt đầu, nhiều người, thậm chí ngay cả Israel, lý luận rằng, vì các lỗ đen cần phải có dạng cầu lý tưởng nên chúng chỉ có thể được tạo thành từ sự co lại của đối tượng có dạng cầu lý tưởng. Mà một ngôi sao chẳng bao giờ có thể có dạng cầu lý tưởng được, nên nó chỉ có thể co lại để tạo thành một kỳ dị trần trụi mà thôi.

Tuy nhiên, có một cách giải thích khác cho kết quả của Israel mà Roger Penrose và đặc biệt là John Wheeler rất ủng hộ. Họ lý luận rằng, những chuyển động nhanh trong quá trình co lại có nghĩa là các sóng hấp dẫn do nó phát ra sẽ làm cho nó có dạng cầu hơn và vào thời điểm an bài ở trạng thái dừng nó có dạng chính xác là cầu. Theo quan điểm này thì một ngôi sao không quay, bất kể hình dạng và cấu trúc bên trong phức tạp của nó, sau khi kết thúc quá trình co lại do hấp dẫn đều là một lỗ đen có dạng cầu lý tưởng với kích thước chỉ phụ thuộc vào khối lượng của nó. Những tính toán sau này đều củng cố cho quan điểm này và chẳng bao lâu sau nó đã được mọi người chấp nhận.

Kết quả của Israel chỉ đề cập trường hợp các lỗ đen được tạo thành từ các vật thể không quay. Năm 1963 Roy Kerr người New Zealand đã tìm ra một tập hợp nghiệm của các phương trình của thuyết tương đối mô tả các lỗ đen quay. Các lỗ đen “Kerr” đó quay với vận tốc không đổi, có kích thước và hình dáng chỉ phụ thuộc vào khối lượng và tốc độ quay của chúng. Nếu tốc độ quay bằng không, lỗ đen sẽ là cầu lý tưởng và nghiệm này sẽ trùng với nghiệm Schwarzchild. Nếu tốc độ quay khác 0, lỗ đen sẽ phình ra phía ngoài ở gần xích đạo của nó (cũng như trái đất và mặt trời đều phình ra do sự quay của chúng), và nếu nó quay càng nhanh thì sự phình ra sẽ càng mạnh. Như vậy, để mở rộng kết quả của Israel cho bao hàm được cả các vật thể quay, người ta suy đoán rằng một vật thể quay co lại để tạo thành một lỗ đen cuối cùng sẽ an bài ở trạng thái dừng được mô tả bởi nghiệm Kerr.

Năm 1970, một đồng nghiệp và cũng là nghiên cứu sinh của tôi, Brandon Carter đã đi được bước đầu tiên hướng tới chứng minh suy đoán trên. Anh đã chứng tỏ được rằng với điều kiện lỗ đen quay dừng có một trục đối xứng, giống như một con quay, thì nó sẽ có kích thước và hình dạng chỉ phụ thuộc vào khối lượng và tốc độ quay của nó. Sau đó vào năm 1971, tôi đã chứng minh được rằng bất kỳ một lỗ đen quay dừng nào đều cần phải có một trục đối xứng như vậy. Cuối cùng, vào năm 1973, David Robinson ở trường Kings College, London đã dùng kết quả của Carter và tôi chứng minh được rằng ước đoán nói trên là đúng. Những lỗ đen như vậy thực sự là nghiệm Kerr. Như vậy, sau khi co lại do hấp dẫn, lỗ đen sẽ an bài trong trạng thái có thể quay nhưng không xung động. Hơn nữa, kích thước hình dạng của nó chỉ phụ thuộc vào khối lượng và tốc độ quay chứ không phụ thuộc vào bản chất của vật thể bị co lại tạo nên nó. Kết quả này được biết dưới châm ngôn: “lỗ đen không có tóc”. Định lý “không có tóc” này có một tầm quan trọng thực tiễn to lớn bởi nó hạn chế rất mạnh các loại lỗ đen lý thuyết. Do vậy, người ta có thể tạo ra những mô hình chi tiết của các vật có khả năng chứa lỗ đen và so sánh những tiên đoán của mô hình với quan sát. Điều này cũng có nghĩa là một lượng rất lớn thông tin về vật thể co lại sẽ phải mất đi khi lỗ đen được tạo thành, bởi vì sau đấy tất cả những thứ mà ta có thể đo được về vật thể đó chỉ là khối lượng và tốc độ quay của nó. Ý nghĩa của điều này sẽ được thấy rõ ở chương sau.

Thực tế, điều này đã được dùng như một luận cứ chủ yếu của những người phản đối lỗ đen: làm sao người ta có thể tin rằng có những vật thể mà bằng chứng về sự tồn tại của nó chỉ là những tính toán dựa trên lý thuyết tương đối rộng, một lý thuyết vốn đã đáng ngờ? Tuy nhiên, vào năm 1963, Maarten Schmidt, một nhà thiên văn làm việc ở Đài thiên văn Palomar, Caliornia, Mỹ, đã đo được sự chuyển dịch về phía đỏ của một đối tượng mờ tựa như sao theo hướng một nguồn phát sóng radio có tên là 3C273 (tức là số của nguồn là 273 trong catalogue thứ 3 ở Cambridge). Ông thấy sự chuyển dịch này là quá lớn, nếu xem nó do trường hấp dẫn gây ra: nếu đó là sự chuyển dịch về phía đỏ do trường hấp dẫn gây ra thì đối tượng đó phải rất nặng và ở gần chúng ta tới mức nó sẽ làm nhiễu động quỹ đạo của các hành tinh trong Hệ mặt trời. Điều này gợi ý rằng sự chuyển dịch về phía đỏ này là do sự giãn nở của vũ trụ và vì vậy đối tượng đó phải ở rất xa chúng ta. Để thấy được ở một khoảng cách xa như thế vật thể đó phải rất sáng hay nói cách khác là phải phát ra một năng lượng cực lớn. Cơ chế duy nhất mà con người có thể nghĩ ra để miêu tả một năng lượng lớn như thế, là sự co lại do hấp dẫn không phải chỉ của một ngôi sao mà của cả vùng trung tâm của thiên hà. Nhiều đối tượng “tương tự sao” (chuẩn tinh), hay nói cách khác là các quasar, cũng đã được phát hiện. Tất cả đều có chuyển dịch lớn về phía đỏ. Nhưng tất cả chúng đều ở quá xa, khó quan sát để cho một bằng chứng quyết định về các lỗ đen.

Sự cổ vũ tiếp theo cho sự tồn tại của các lỗ đen là phát minh của Jocelyn Bell, một nghiên cứu sinh ở Cambridge, về những thiên thể phát các xung radio đều đặn. Thoạt đầu, Bell và người hướng dẫn của chị là Antony Hewish, nghĩ rằng có lẽ họ đã liên lạc được với một nền văn minh lạ trong thiên hà! Thực tế, trong buổi seminar khi họ thông báo phát minh của họ, tôi nhớ là họ đã gọi bốn nguồn phát sóng radio đầu tiên đó là LGM 1-4 với LGM là viết tắt của “Little Green Men” (những người xanh nhỏ). Tuy nhiên, cuối cùng họ và mọi người đều đi đến một kết luận ít lãng mạn hơn cho rằng những đối tượng đó - có tên là pulsar - thực tế là những sao neutron quay, có khả năng phát các xung sóng radio, do sự tương tác phức tạp giữa các từ trường của nó với vật chất xung quanh. Đây là một tin không mấy vui vẻ đối với các nhà văn chuyên viết về các chuyện phiêu lưu trong vũ trụ, nhưng lại đầy hy vọng đối với một số ít người tin vào sự tồn tại của lỗ đen thời đó: đây là bằng chứng xác thực đầu tiên về sự tồn tại của các sao neutron. Sao neutron có bán kính chừng mười dặm, chỉ lớn hơn bán kính tới hạn để ngôi sao trở thành một lỗ đen ít lần. Nếu một sao có thể co lại tới một kích thước nhỏ như vậy thì cũng không có lý do gì mà những ngôi sao khác không thể co lại tới một kích thước còn nhỏ hơn nữa để trở thành lỗ đen.

Làm sao chúng ta có thể hy vọng phát hiện được lỗ đen, khi mà theo chính định nghĩa của nó, nó không phát ra một tia sáng nào? Điều này cũng na ná như đi tìm con mèo đen trong một kho than. May thay vẫn có một cách. Như John Michell đã chỉ ra trong bài báo tiên phong của ông viết năm 1983, lỗ đen vẫn tiếp tục tác dụng lực hấp dẫn lên các vật xung quanh. Các nhà thiên văn đã quan sát được nhiều hệ thống, trong đó có hai sao quay xung quanh nhau và hút nhau bằng lực hấp dẫn. Họ cũng quan sát được những hệ thống, trong đó chỉ có một sao thấy được quay xung quanh sao đồng hành (không thấy được). Tất nhiên, người ta không thể kết luận ngay rằng sao đồng hành đó là một lỗ đen, vì nó có thể đơn giản chỉ là một ngôi sao phát sáng quá yếu nên ta không thấy được. Tuy nhiên, có một số trong các hệ thống đó, chẳng hạn như hệ thống có tên là Cygnus X-1(hình 6.2) cũng là những nguồn phát tia X rất mạnh. Cách giải thích tốt nhất cho hiện tượng này là vật chất bị bắn ra khỏi bề mặt của ngôi sao nhìn thấy. Vì lượng vật chất này rơi về phía đồng hành không nhìn thấy, nên nó phát triển thành chuyển động theo đường xoắn ốc (khá giống như nước chảy ra khỏi bồn tắm) và trở nên rất nóng, phát ra tia X (hình 6.3). Muốn cho cơ chế này hoạt động, sao đồng hành không nhìn thấy phải rất nhỏ, giống như sao lùn trắng, sao neutron hoặc lỗ đen. Từ quỹ đạo quan sát được của ngôi sao nhìn thấy, người ta có thể xác định được khối lượng khả dĩ thấp nhất của ngôi sao đồng hành không nhìn thấy. Trong trường hợp hệ thống Cygnus X-1 sao đó có khối lượng lớn gấp 6 lần mặt trời. Theo kết quả của Chandrasekhar thì như thế là quá lớn để cho sao không nhìn thấy là một sao lùn trắng. Nó cũng có khối lượng quá lớn để là sao neutron. Vì vậy, nó dường như phải là một lỗ đen...

Cũng có những mô hình khác giải thích rằng Cygnus X-1 không bao gồm lỗ đen, nhưng tất cả những mô hình đó đều rất gượng gạo. Lỗ đen là cách giải thích thực sự tự nhiên duy nhất những quan trắc đó. Mặc dù vậy, tôi đã đánh cuộc với Kip Thorne ở Viện kỹ thuật California, rằng thực tế Cygnus X-1 không chứa lỗ đen! Đây chẳng qua chỉ là sách lược bảo hiểm cho tôi. Tôi đã tốn biết bao công sức cho những lỗ đen và tất cả sẽ trở nên vô ích, nếu hóa ra là các lỗ đen không tồn tại. Nhưng khi đó tôi sẽ được an ủi là mình thắng cuộc và điều đó sẽ mang lại cho tôi bốn năm liền tạp chí Private Eye. Nếu lỗ đen tồn tại thì Kip được 1 năm tạp chí Penthouse. Khi chúng tôi đánh cuộc vào năm 1975 thì chúng tôi đã chắc tới 80% rằng Cygnus là lỗ đen. Và bây giờ tôi có thể nói rằng chúng tôi đã biết chắc tới 95%, nhưng cuộc đánh cuộc vẫn chưa thể xem là đã ngã ngũ.

Giờ đây chúng ta cũng có bằng chứng về một số lỗ đen khác trong các hệ thống giống như Cygnus X-1 trong thiên hà của chúng ta và trong hai thiên hà lân cận có tên là Magellanic Clouds. Tuy nhiên, số các lỗ đen chắc còn cao hơn nhiều; trong lịch sử dài dằng dặc của vũ trụ nhiều ngôi sao chắc đã đốt hết toàn bộ nhiên liệu hạt nhân của mình và đã phải co lại. Số các lỗ đen có thể lớn hơn nhiều so với số những ngôi sao nhìn thấy, mà chỉ riêng trong thiên hà của chúng ta thôi số những ngôi sao đó đã tới khoảng một trăm ngàn triệu. Lực hút hấp dẫn phụ thêm của một số lớn như thế các lỗ đen có thể giải thích được tại sao thiên hà của chúng ta lại quay với tốc độ như nó hiện có: khối lượng của các sao thấy được không đủ để làm điều đó. Chúng ta cũng có một số bằng chứng cho thấy rằng có một lỗ đen lớn hơn nhiều ở trung tâm thiên hà của chúng ta với khối lượng lớn hơn khối lượng của mặt trời tới trăm ngàn lần. Các ngôi sao trong thiên hà tới gần lỗ đen đó sẽ bị xé tan do sự khác biệt về hấp dẫn ở phía gần và phía xa của nó. Tàn tích của những ngôi sao đó và khí do các sao khác tung ra đều sẽ rơi về phía lỗ đen. Cũng như trong trường hợp Cygnus X-1, khí sẽ chuyển động theo đường xoắn ốc đi vào và nóng lên mặc dù không nhiều như trong trường hợp đó. Nó sẽ không đủ nóng để phát ra các tia X, nhưng cũng có thể là các nguồn sóng radio và tia hồng ngoại rất đậm đặc mà người ta đã quan sát được ở tâm thiên hà.

Người ta cho rằng những lỗ đen tương tự hoặc thậm chí còn lớn hơn, với khối lượng khoảng trăm triệu lần lớn hơn khối lượng mặt trời có thể gặp ở tâm các quasar. Vật chất rơi vào những lỗ đen siêu nặng như vậy sẽ tạo ra một nguồn năng lượng duy nhất đủ lớn để giải thích lượng năng lượng cực lớn mà các vật thể đó phát ra. Vì vật chất chuyển động xoáy ốc vào lỗ đen, nó sẽ làm cho lỗ đen quay cùng chiều tạo cho nó một từ trường khá giống với từ trường của trái đất. Các hạt có năng lượng rất cao cũng sẽ được sinh ra gần lỗ đen bởi vật chất rơi vào. Từ trường này có thể mạnh tới mức hội tụ được các hạt đó thành những tia phóng ra ngoài dọc theo trục quay của lỗ đen, tức là theo hướng các cực bắc và nam của nó. Các tia như vậy thực tế đã được quan sát thấy trong nhiều thiên hà và các quasar.

Người ta cũng có thể xét tới khả năng có những lỗ đen với khối lượng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng mặt trời. Những lỗ đen như thế không thể được tạo thành bởi sự co lại do hấp dẫn, vì khối lượng của chúng thấp hơn giới hạn Chandrasekhar: Các sao có khối lượng thấp đó tự nó có thể chống chọi được với lực hấp dẫn thậm chí cả khi chúng đã hết sạch nhiên liệu hạt nhân. Do vậy, những lỗ đen khối lượng thấp đó chỉ có thể được tạo thành nếu vật chất của nó được nén đến mật độ cực lớn bởi một áp lực rất cao từ bên ngoài. Điều kiện như thế có thể xảy ra trong một quả bom khinh khí rất lớn: nhà vật lý John Wheeler một lần đã tính ra rằng nếu ta lấy toàn bộ nước nặng trong tất cả các đại dương thì ta có thể chế tạo được quả bom khinh khí có thể nén được vật chất ở tâm mạnh tới mức có thể tạo nên một lỗ đen. (Tất nhiên sẽ chẳng còn ai sống sót mà quan sát điều đó!). Một khả năng khác thực tiễn hơn là các lỗ đen có khối lượng thấp có thể được tạo thành dưới nhiệt độ và áp suất cao ở giai đoạn rất sớm của vũ trụ. Mặt khác những lỗ đen chỉ có thể tạo thành nếu vũ trụ ở giai đoạn rất sớm không trơn tru và đều đặn một cách lý tưởng, bởi vì chỉ cần một vùng nhỏ có mật độ lớn hơn mật độ trung bình là có thể bị nén theo cách đó để tạo thành lỗ đen. Nhưng chúng ta biết rằng nhất thiết phải có một số bất thường như vậy, bởi vì nếu không vật chất trong vũ trụ cho tới nay vẫn sẽ còn phân bố đều một cách lý tưởng thay vì kết lại thành khối trong các ngôi sao và thiên hà.

Những bất thường đòi hỏi phải có để tạo ra các ngôi sao và thiên hà có dẫn tới sự tạo thành một số đáng kể “lỗ đen nguyên thủy” hay không còn phụ thuộc vào chi tiết của những điều kiện ở giai đoạn đầu của vũ trụ. Vì vậy, nếu hiện nay chúng ta có thể xác định được có bao nhiêu lỗ đen nguyên thủy thì chúng ta sẽ biết được nhiều điều về những giai đoạn rất sớm của vũ trụ. Các lỗ đen nguyên thủy với khối lượng lớn hơn ngàn triệu tấn (bằng khối lượng của một quả núi lớn) có thể được phát hiện chỉ thông qua ảnh hưởng hấp dẫn của chúng lên các vật thể khác là vật chất thấy được hoặc ảnh hưởng tới sự giãn nở của vũ trụ. Tuy nhiên, như chúng ta sẽ biết ở chương sau, các lỗ đen xét cho cùng cũng không phải quá đen: chúng phát sáng như những vật nóng, và các lỗ đen càng nhỏ thì chúng phát sáng càng mạnh. Và như vậy một điều thật nghịch lý là các lỗ đen càng nhỏ thì càng dễ phát hiện hơn các lỗ đen lớn.

Không thể tồn tại lỗ đen

Lỗ đen là trọng tâm của khoa học viễn tưởng và nhiều người tin rằng các nhà thiên văn đã trực tiếp quan sát được chúng. Song, một nhà vật lý Mỹ mới đây tuyên bố, những lỗ thủng điên cuồng trong không thời gian đó thực sự không thể tồn tại.

Trong vài năm gần đây, các quan sát về sự chuyển động của những thiên hà đã chỉ ra rằng khoảng 70% vũ trụ dường như được tạo thành từ một loại "năng lượng tối" kỳ dị, thứ vật chất khiến cho vũ trụ đang ngày một nở ra.

George Chapline, tại Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore ở California, tin rằng sự sụp đổ của những ngôi sao khổng lồ - xưa nay vẫn được xem là nơi sản sinh các lỗ đen - thực sự chỉ tạo thành những ngôi sao chứa năng lượng tối. "Gần như chắc chắn lỗ đen không tồn tại", ông khẳng định.

Lỗ đen là một trong những dự đoán nổi tiếng nhất trong thuyết tương đối rộng của Einstein - lý thuyết lập luận rằng lực hấp dẫn của những vật thể khổng lồ làm uốn cong không thời gian bao quanh chúng. Theo dự đoán này, một ngôi sao có kích thước đủ lớn khi chết đi sẽ sụp đổ dưới tác dụng lực hấp dẫn của chính mình, trở thành một điểm duy nhất.

Song chính Einstein không tin vào các lỗ đen, Chapline nói. "Không may, ông ấy không thể lý giải tại sao". Gỗc rễ của vấn đề là ở một lý thuyết cách mạng khác trong vật lý học của thế kỷ 20 - lý thuyết cơ học lượng tử - lý thuyết đã giúp nhà vật lý lừng danh xây dựng công thức.

Theo thuyết tương đối rộng, không có cái gì gọi là "thời gian phổ quát" khiến cho các kim đồng đồng chạy cùng tốc độ ở khắp mọi nơi. Ngược lại, lực hấp dẫn khiến cho các đồng hồ chạy nhanh chậm khác nhau ở những địa điểm khác nhau. Song cơ học lượng tử - lý thuyết mô tả hiện tượng vật lý ở quy mô cực nhỏ - lại chỉ có ý nghĩa nếu thời gian là phổ quát. Nếu thời gian không đồng nhất như vậy, các phương trình của nó sẽ trở thành vô nghĩa.

Vấn đề sẽ đặc biệt khó xử ở biên giới (hay chân trời sự cố) của một lỗ đen. Trong những quan sát tốt nhất hiện nay, thời gian dường như dừng lại ở đó. Một phi thuyền rơi vào một lỗ đen - đối với người quan sát ở xa - dường như bị mắc kẹt vĩnh viễn tại biên giới này, mặc dù các nhà du hành trên tàu sẽ cảm thấy họ như thể đang tiếp tục rơi.

"Thuyết tương đối rộng dự đoán rằng chẳng có gì xảy ra ở chân trời sự cố cả", Chapline cho biết.

Tuy nhiên, ngay từ năm 1975, các nhà vật lý lượng tử đã tranh luận rằng có điều lạ lùng xảy ra ở chân trời sự cố: vật chất bị chi phối bởi các quy luật lượng tử trở nên quá nhạy cảm trước những xáo trộn nhỏ. "Kết quả này nhanh chóng bị bỏ quên" - Chapline nói - "vì nó không phù hợp với dự đoán của thuyết tương đối rộng. Nhưng thực tế, nó hoàn toàn chính xác".

Phản ứng kỳ lạ này, theo ông, là dấu hiệu của "pha chuyển tiếp lượng tử" của không thời gian. Chapline lập luận một ngôi sao không đơn giản sụp đổ thành lỗ đen, thay vào đó, không thời gian bên trong nó được lấp đầy bởi vật chất tối và điều này đã kéo theo những hiệu ứng hấp dẫn: Bên ngoài "bề mặt" của một ngôi sao năng lượng tối, vũ trụ hành xử rất giống với một lỗ đen, nghĩa là tạo ra lực hút hấp dẫn cực mạnh. Nhưng bên trong, lực hút "âm" của năng lượng tối có thể khiến vật chất bật trở lại ra ngoài.

Nếu ngôi sao năng lượng tối đủ lớn, Chapline dự đoán, bất kỳ một electron nào bật ra ngoài sẽ bị chuyển hoá thành positron - dạng hạt sẽ huỷ các electron khác trong đợt phóng tràn bức xạ năng lượng cao. Điều này có thể lý giải cho bức xạ quan sát được từ tâm của thiên hà chúng ta, mà trước kia vẫn được xem là dấu hiệu của một lỗ đen khổng lồ.

Chapline cũng cho rằng vũ trụ có thể được lấp đầy bởi các ngôi sao năng lượng tối "nguyên thuỷ". Chúng hình thành không phải từ sự sụp đổ của các ngôi sao, mà bởi sự dao động của chính bản thân không thời gian, giống như các giọt chất lỏng ngưng tụ một cách tự nhiên bên ngoài một thùng chứa gas lạnh. Chúng có thể bị lèn theo cách gây ra ảnh hưởng hấp dẫn tương tự như ở vật chất bình thường, song không thể nhìn thấy.

Hiện tượng giống lỗ đen trong phòng thí nghiệm

Tái tạo điều kiện hình thành lỗ đen là một trong các mục tiêu của vật lý hạt.
Một quả cầu lửa được tạo ra trong một phòng thí nghiệm gia tốc hạt tại Mỹ đã mang những đặc tính của lỗ đen, các nhà vật lý tuyên bố.

Phòng thí nghiệm Relativistic Heavy Ion Collider ở New York tạo ra nó khi bắn các chùm tia nhân nguyên tử vàng vào nhau ở vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng.

Horatiu Nastase cho biết tính toán của ông cho thấy tâm của quả cầu lửa này có sự tương đồng đặc biệt với một lỗ đen. Khi các nhân nguyên tử vàng va chạm vào nhau, chúng bị phân tách thành các hạt nhỏ có tên gọi quark và gluon. Những hạt này tạo nên một quả cầu plasma nóng gấp khoảng 300 lần so với bề mặt mặt trời.

Quả cầu lửa chỉ tồn tại 10 phần tỷ tỷ triệu của một giây, và được phát hiện ra nhờ nó hấp thụ các tia hạt sinh ra trong vụ va chạm giữa các chùm nhân nguyên tử vàng.

Nastase, thuộc Đại học Brown ở Providence, Rhode Island cho rằng có điều gì đó bất thường ở đây. Số tia hạt bị quả cầu lửa hấp thụ lớn gấp 10 lần so với dự đoán. Các nhà nghiên cứu cho rằng những hạt này đang biến mất vào lõi quả cầu và tái xuất hiện dưới dạng bức xạ nhiệt, như thể vật chất rơi vào một lỗ đen và thoát ra dưới dạng bức xạ "Hawking".
Vẫn là Ta
Chú Ruồi sung sướng
Sống xứng đáng
Chết chẳng vấn vương


Sống là để khỏi chết chứ ko phải để làm anh hùng (Godfather)
Hình đại diện của thành viên
hell
Thành viên nhiệt tình
Thành viên nhiệt tình
 
Bài viết: 477
Ngày tham gia: Chủ nhật Tháng 3 13, 2005 1:11 pm

Bài viết chưa xemgửi bởi hell » Thứ 3 Tháng 6 07, 2005 2:45 pm

Làm thế nào để phát hiện ra lỗ đen?

Lực hấp dẫn của lỗ đen cực mạnh, mạnh đến mức không một vật thể nào, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra ngoài được. Vậy làm thế nào giới thiên văn học có thể phát hiện ra lỗ đen?

Nói chính xác thì các nhà nghiên cứu thiên văn không phát hiện ra lỗ đen, mà chỉ phát hiện ra các vật thể xung quanh lỗ đen thôi. Lực hấp dẫn của lỗ đen ảnh hưởng đến sự vận động của các vật thể xung quanh nó. Khi nhìn thấy một ngôi sao bay quanh một vật gì đấy mà họ không thấy được, rất có thể đấy là một lỗ đen hoặc là một ngôi sao neutron - xác siêu đặc của một ngôi sao.

Giới nghiên cứu thiên văn học có thể tìm ra lỗ đen bằng cách đo khối lượng và tốc độ của ngôi sao. Phương pháp này còn được áp dụng để phát hiện các siêu lỗ đen ẩn náu tại tâm nhiều thiên hà, trong đó có dải Ngân hà của chính chúng ta. Trong dải Ngân hà, họ quan sát thấy nhiều sao và khí gas chuyển động với tốc độ cực lớn ở gần tâm. Hiện tượng này cho thấy sự xuất hiện của một vật thể nặng gấp triệu lần mặt trời nhưng lại chỉ có đường kính khoảng 10 ngày ánh sáng (tương đương với khoảng cách từ mặt trời đến Diêm vương tinh). Đấy chính là lỗ đen.

Quan sát bằng kính thiên văn vô tuyến và tia X trên trái đất cho thấy, tại chính tâm Ngân hà có một nguồn năng lượng cực mạnh có tên là Sagittarius A. Rất có khả năng, chính nó là lỗ đen đề cập đến ở trên. Gần đây, giả thuyết này được giới khoa học nhiệt tình ủng hộ, vì họ nhìn thấy một ngôi sao ở cách Sagittarius A 17 giờ ánh sáng mà lại bay với vận tốc 5.000 km/s.

Một bằng chứng nữa cho sự hiện diện của siêu lỗ đen tại tâm thiên hà chính là chuẩn tinh, vật thể sáng nhất trong vũ trụ. Để giải thích cho số năng lượng khổng lồ mà chuẩn tinh phát ra, các nhà thiên văn học lại phải viện đến lỗ đen: trước khi bị lỗ đen hút mất, vật chất nóng lên và toả hết năng lượng ra ngoài. Khoa học gọi đây là hiện tượng "trút hơi thở cuối cùng". Như vậy, chuẩn tinh được tạo ra do các lỗ đen có khối lượng lớn hơn mặt trời hàng tỉ lần.

(Khánh Hà - Theo UniverseToday)
Bạn không được cấp phép để xem tập tin đính kèm trong bài viết này.
Vẫn là Ta
Chú Ruồi sung sướng
Sống xứng đáng
Chết chẳng vấn vương


Sống là để khỏi chết chứ ko phải để làm anh hùng (Godfather)
Hình đại diện của thành viên
hell
Thành viên nhiệt tình
Thành viên nhiệt tình
 
Bài viết: 477
Ngày tham gia: Chủ nhật Tháng 3 13, 2005 1:11 pm

Bài viết chưa xemgửi bởi hell » Thứ 3 Tháng 6 07, 2005 2:56 pm

Hai lỗ đen chơi trò mèo vờn chuột



Các nhà thiên văn nghi ngờ, một lỗ đen có trọng lượng trung bình, nặng gấp mặt trời hàng nghìn lần, đang kéo các ngôi sao trẻ hướng về phía lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm Ngân hà. Khám phá này có thể giải thích cơ chế lỗ đen khổng lồ trở nên ''béo phì''.

Có bằng chứng vững chắc cho thấy phần lớn, nếu không nói là tất cả, các thiên hà lớn chứa một lỗ đen khổng lồ. Lỗ đen tương tự ở trung tâm Ngân hà lớn gấp mặt trời khoảng 3 triệu lần. Giới thiên văn tin rằng nó ngăn chặn các ngôi sao mới hình thành trong phạm vi 3 hoặc 4 năm ánh sáng bởi trọng lực của nó xé toang mọi đám mây khí và bụi lớn - vật liệu cần thiết cho sự hình thành của các ngôi sao.

Tuy nhiên, Brad Hansen thuộc ĐH California, Los Angeles, cho biết có những ngôi sao trẻ nằm thành một nhóm cách lỗ đen siêu lớn ở trung tâm Ngân hà 0,5 năm ánh sáng. Tuổi đời của chúng chưa tới 10 triệu năm - trẻ theo thuật ngữ thiên văn. Vậy chúng ở đó bằng cách nào?

Hansen và đồng nghiệp Milos Milosavljevic thuộc Viện Công nghệ California ở Pasadena cho biết lời giải thích hợp lý nhất là ban đầu những ngôi sao trẻ trên hình thành trong một nhóm, cách lỗ đen siêu lớn một khoảng cách an toàn, khoảng 5 năm ánh sáng hoặc xa hơn nữa. Tuy nhiên, nhóm sao này chứa một lỗ đen nhỏ hơn, nặng gấp mặt trời 1.000-10.000 lần. Khi lỗ đen này bị kéo về phía người láng giềng khổng lồ, nó mang theo các ngôi sao trẻ trên.

Trọng lực của lỗ đen trung bình này có lẽ đã liên kết nhóm các ngôi sao trẻ với nhau. Điều đó giải thích tại sao nhóm sao trẻ vẫn gần như nguyên vẹn, thậm chí khi nó bị hút vào trường hấp dẫn huỷ diệt của một lỗ đen siêu lớn. Hansen cho biết nếu lỗ đen trung bình này tồn tại, nó hiện đang quay quanh lỗ đen khổng lồ và mất 100 năm mới quay hết một vòng, làm văng ra một số ''tù nhân'' mà nó đã bắt giữ. Cuối cùng, nó sẽ rơi vào ''hàm'' của lỗ đen siêu lớn, làm cho con quái vật đó ngày càng ''béo'' hơn.

Điều đó có thể giải thích bí ẩn về việc lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của các thiên hà trở nên nặng nề và to lớn như chúng ta nhìn thấy hôm nay.

(Minh Sơn - Theo NewScientist)
Bạn không được cấp phép để xem tập tin đính kèm trong bài viết này.
Vẫn là Ta
Chú Ruồi sung sướng
Sống xứng đáng
Chết chẳng vấn vương


Sống là để khỏi chết chứ ko phải để làm anh hùng (Godfather)
Hình đại diện của thành viên
hell
Thành viên nhiệt tình
Thành viên nhiệt tình
 
Bài viết: 477
Ngày tham gia: Chủ nhật Tháng 3 13, 2005 1:11 pm

Bài viết chưa xemgửi bởi hell » Thứ 3 Tháng 6 07, 2005 2:58 pm

Thiên hà va chạm tạo ra lỗ đen


Kính thiên văn vũ trụ Chandra vừa quan sát thấy một dải lỗ đen trong thiên hà hình elip NGC 4261. Chúng được hình thành từ vụ va chạm lớn giữa hai thiên hà xoắn ốc cách đây vài tỷ năm.

NGC 4261 cách Thái dương hệ khoảng 100 triệu năm ánh sáng. Hàng chục lỗ đen và sao neutron nằm vắt ngang qua không gia giống như các hạt trên một chuỗi vòng cổ. Các nhà thiên văn cho rằng cấu trúc ngoạn mục này là kết quả của vụ phá huỷ một thiên hà nhỏ hơn khi 2 thiên hà va chạm.

Đã từ lâu nguồn gốc của các thiên hà hình elip là đề tài tranh cãi gay gắt trong giới thiên văn. Mô hình máy tính ủng hộ giả thuyết: hầu hết thiên hà elip được hình thành trong các vụ va chạm giữa những thiên hà hình xoắn ốc. Hiện kính Chandra đã cung cấp bằng chứng cho lý thuyết này.

Khi va chạm, thiên hà bé hơn bị thiên hà lớn nuốt chửng. Sóng sốc do vụ va chạm giữa hai thiên hà đã dẫn tới sự hình thành của các ngôi sao khổng lồ. Trong vài triệu năm, chúng tiến hoá thành các ngôi sao neutron hoặc lỗ đen.

Phát hiện này cho thấy quan sát bằng tia X là cách tốt nhất để nhận dạng những thứ còn lại sau các vụ va chạm giữa những thiên hà. Nó có thể là công cụ quan trọng trong việc tìm hiểu nguồn gốc của thiên hà hình elip.

(Minh Sơn - Theo BBC)
Bạn không được cấp phép để xem tập tin đính kèm trong bài viết này.
Vẫn là Ta
Chú Ruồi sung sướng
Sống xứng đáng
Chết chẳng vấn vương


Sống là để khỏi chết chứ ko phải để làm anh hùng (Godfather)
Hình đại diện của thành viên
hell
Thành viên nhiệt tình
Thành viên nhiệt tình
 
Bài viết: 477
Ngày tham gia: Chủ nhật Tháng 3 13, 2005 1:11 pm

Bài viết chưa xemgửi bởi hell » Thứ 3 Tháng 6 07, 2005 2:59 pm

Thiên hà và lỗ đen, vật nào có trước?


Giới thiên văn học vừa phát hiện các thiên hà và lỗ đen trung tâm của chúng phát triển với tốc độ ngang bằng nhau. Khám phá này đặt dấu chấm hết cho cuộc tranh cãi kéo dài nhiều năm về việc thiên thể nào xuất hiện trước.
Tim Heckman thuộc ĐH Johns Hopkins, Baltimore, Mỹ, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết: ''Giống như gà và trứng, giới khoa học không thể biết lỗ đen hay thiên hà có trước''. Nhóm của ông đã trình bày kết quả nghiên cứu tại Hội nghị của Liên minh thiên văn quốc tế đang diễn ra tại Sydney, Australia.

Đại đa số các thiên hà chứa một lỗ đen ở trung tâm - vùng không gian dày đặc tới mức nó nặng gấp mặt trời của chúng ta hàng triệu lần song chỉ lớn hơn vài lần. Lực hấp dẫn của lỗ đen cực lớn, giống như một lỗ tháo nước khổng lồ, hút bụi và mọi thiên thể ở gần để gia tăng khối lượng.

Đã từ lâu giới thiên văn thắc mắc lỗ đen dẫn tới sự ra đời của thiên hà bằng cách tập hợp bụi và khí thành các ngôi sao hay là thiên hà có đủ khối lượng để "gieo mầm" lỗ đen bằng cách bắt giữ các ngôi sao. Heckman và các thành viên khác, hiện đang làm việc cho dự án mang tên Sloan Digital Sky Survey để lập bản đồ 100 triệu thiên thể, đã nghiên cứu 120.000 thiên hà gần kề Ngân hà.

Nhóm nghiên cứu quan sát thấy dấu hiệu ra đời của các ngôi sao và sự huỷ diệt vật chất khi vật chất bị hút vào một lỗ đen. Từ đó, họ kết luận các ngôi sao hình thành với tốc độ ngang bằng với lỗ đen. Nhà nghiên cứu lỗ đen Andrew King thuộc ĐH Leicester, Anh, nhận xét: ''Đây là một phát hiện lớn. Con người sẽ sử dụng dữ liệu này trong nhiều năm tới''.

Có lẽ đa phần sự phát triển của thiên hà và lỗ đen diễn ra cách đây chừng 10 tỷ năm. Dự án khảo sát lập bản đồ là cần thiết nhằm tìm ra một vài thiên hà vẫn đang trải qua quá trình phát triển. Những thiên hà gần kề này là một phòng thí nghiệm tốt giúp giới khoa học hiểu biết về các sự kiện đã xảy ra trong quá khứ.

Ngân hà nhỏ hơn các thiên hà trong dự án và có một lỗ đen khá khiêm tốn ở trung tâm. Tuy nhiên, dữ liệu mới cho thấy Ngân hà và lỗ đen trung tâm của nó cùng trải qua quá trình phát triển đau đớn cách đây hàng tỷ năm.

(Minh Sơn - Theo Nature)
Bạn không được cấp phép để xem tập tin đính kèm trong bài viết này.
Vẫn là Ta
Chú Ruồi sung sướng
Sống xứng đáng
Chết chẳng vấn vương


Sống là để khỏi chết chứ ko phải để làm anh hùng (Godfather)
Hình đại diện của thành viên
hell
Thành viên nhiệt tình
Thành viên nhiệt tình
 
Bài viết: 477
Ngày tham gia: Chủ nhật Tháng 3 13, 2005 1:11 pm

Bài viết chưa xemgửi bởi hell » Thứ 3 Tháng 6 07, 2005 3:01 pm

Lỗ đen không phải là thiên thể huỷ diệt!

Nhà vật lý học thiên thể nổi tiếng Stephen Hawking cho biết lỗ đen không phá huỷ mọi thứ mà nó hút vào. Trái lại, nó sẽ phun ra vật chất và năng lượng dưới dạng bị biến đổi.


Lỗ đen hút tất cả mọi thứ và ánh sáng không thể thoát ra ngoài.
Như vậy, Hawking đã rút lại lý thuyết về lỗ đen của chính ông sau 30 năm công bố!

Lý thuyết mới của Hawking, được công bố tại Hội nghị quốc tế lần thứ 17 về lực hấp dẫn và thuyết tương đối rộng ở Dublin, là thành quả của 30 năm nghiên cứu nhằm giải thích một nghịch lý căn bản trong khoa học: Làm thế nào mà lỗ đen có thể phá huỷ mọi dấu vết của vật chất và năng lượng mà chúng hút vào, như niềm tin bấy lâu của ông, trong khi lý thuyết nguyên tử thành phần nói rằng các yếu tố đó tiếp tục tồn tại dưới một dạng nào đó?

Câu trả lời của Hawking là lỗ đen giữ các thành phần của chúng trong hàng thiên niên kỷ song bản thân chúng cuối cùng sẽ suy tàn và chết. Khi lỗ đen tan rã, chúng giải phóng các thành phần bị biến đổi bên trong trở lại vũ trụ. Trước đó, Hawking đã đưa ra khả năng rằng vật chất đang biến mất đi qua lỗ đen tới một vũ trụ mới, tương tự - đây chính là hạt mầm của phần lớn các tiểu thuyết khoa học.

''Không có vũ trụ con phân nhánh như tôi từng nghĩ. Thông tin (vật chất và năng lượng) vẫn tồn tại trong vũ trụ của chúng ta.'' - Hawking nói - ''Tôi lấy làm tiếc vì đã làm cho những người yêu thích tiểu thuyết khoa học thất vọng song nếu thông tin được bảo toàn, không thể có khả năng sử dụng lỗ đen để tới các vũ trụ khác. Nếu bạn nhảy vào trong một lỗ đen, năng lượng khối của bạn sẽ được trả lại vũ trụ của chúng ta, dĩ nhiên dưới một dạng bị biến đổi. Dạng này chứa thông tin về việc bạn giống cái gì song ở một trạng thái không thể nhận diện. Thật là tuyệt với khi giải quyết được một vấn đề khiến tôi mất ăn mất ngủ trong gần 30 năm. Tuy nhiên, câu trả lời ít... lý thú hơn lý thuyết trước của tôi.''

Với lý thuyết mới về lỗ đen, Hawking cũng đã chấp nhận thua cuộc trong ''canh bạc'' kéo dài 29 năm của ông với nhà vật lý thiên thể người Mỹ John Preskill. Năm 1975, John Preskill quả quyết răng vật chất mà lỗ đen hút vào bên trong không thể bị phá huỷ. Hawking đã đưa cho Preskill một tác phẩm tham khảo song John vẫn nghi ngờ. Hawking đưa ra lý thuyết mới sau khi xem xét những điều đã xảy ra với các lỗ đen có hình dạng và kích cỡ khác nhau sau một khoảng thời gian vô hạn. Ông chỉ ra rằng lượng thông tin ở đuôi bằng lượng thông tin ở đầu song không nói gì về điều đã xảy ra với nó ở giữa. Mặc dù vậy, ông cũng chưa thuyết phục hoàn toàn Preskill.

Khi kết luận thông tin có thể thoát ra khỏi lỗ đen, quan điểm của Hawking nhất quán với quan điểm mà các nhà vật lý lý thuyết khác đưa ra trong nhiều năm qua. Theo Joseph Polchinski thuộc ĐH California, chẳng hạn nếu một lỗ đen được tạo ra theo lý thuyết dây - vũ trụ được cấu thành từ những sợi dây rung, tí hon, chứ không phải các hạt giống như điểm - có lập luận hoàn toàn thuyết phục rằng thông tin có thể thoát ra.


GS Hawking năm nay 62 tuổi.
Hawking đi tiên phong trong lĩnh vực lỗ đen - các xoáy đen nuốt chửng vật chất và hình thành khi các ngôi sao bị huỷ diệt - vào giữa những năm 1970. Trước kia, ông chứng minh rằng lỗ đen mất đi khối lượng bằng cách phát ra bức xạ và cuối cùng bốc hơi song không bao giờ nhả ra một chút vật chất nào. Tuy nhiên, lý thuyết này lại mâu thuẫn với các quy luật của vật lý lượng tử. Vật lý lượng tử tuyên bố rằng thông tin rơi vào lỗ đen không thể bị xoá sạch hoàn toàn. Hawking phản bác rằng trường hấp dẫn mạnh bên trong lỗ đen có lẽ gửi thông tin đó tới các vũ trụ khác.

Hawking là giáo sư toán học tại ĐH Cambridge và nổi tiếng thế giới với cuốn sách bán chạy nhất: ''Lược sử thời gian'', giải thích cho công chúng những khía cạnh phức tạp nhất về cách vũ trụ hoạt động. Mặc dù bị liệt và phải ngồi trên xe lăn kể từ giữa độ tuổi 20, Hawking đã tới nhiều nơi trên thế giới để nói chuyện. Ông nói chuyện bằng cách sử dụng máy tính trên xe lăn.

Minh Sơn
Vẫn là Ta
Chú Ruồi sung sướng
Sống xứng đáng
Chết chẳng vấn vương


Sống là để khỏi chết chứ ko phải để làm anh hùng (Godfather)
Hình đại diện của thành viên
hell
Thành viên nhiệt tình
Thành viên nhiệt tình
 
Bài viết: 477
Ngày tham gia: Chủ nhật Tháng 3 13, 2005 1:11 pm

Bài viết chưa xemgửi bởi hello » Thứ 7 Tháng 4 29, 2006 4:22 am

một bài điễn văn hay quá ! chẳng thế đứng vị trí cuối bảng xếp hạng là phải ,toàn những thuật ngữ ,chẳng thấy mô hình toán gì cả ,chán thật !đề nghị anh Hell miêu tả toán học trong không thời gian của hố đen ,vị du như kiến thức toán học về các hình học lượng tử ,hình học đối đồng đều ,hay lý thuyết K ,thế mới hấp dẫn chứ. em cũng rất quan tâm tới hố đen ,và đã viết nhiều về nó trên diễn đàn lớp Sư Phạm lý _ĐHKHTN _ĐHQGHN ,quả thật nó đúng là hố đen ,nó cuốn mọi thứ kể cả em ,dù chạy với vận tốc ánh sáng ,heee.nghe phong phanh gần đây ,nghiên cứu hố đen với không thởi gian 12 chiều ,mà chẳng hiểu lắm.bác chỉ rõ em với !
hello
Mod
Mod
 
Bài viết: 181
Ngày tham gia: Thứ 7 Tháng 6 18, 2005 2:55 pm

Những câu thường hỏi về hố đen

Bài viết chưa xemgửi bởi lucgiac_muadong » Thứ 6 Tháng 12 15, 2006 6:43 am

Hố đen là gì?
Nói một cách dễ hiểu, một hố đen là một vùng của có quá nhiều tập trung trong đó tới nỗi không có cách nào để một vật ở gần thoát khỏi của nó. Bởi vì lý thuyết tốt nhất hiện nay của chúng ta về trọng lực là tổng quát, chúng ta phải nghiên cứu một số kết quả của lý thuyết đó để hiểu chi tiết các lỗ đen, nhưng đầu tiên hãy cùng khởi đầu chậm rãi, bằng cách suy nghĩ về trong những trường hợp đơn giản.

Tưởng tượng bạn đang đứng trên bề mặt một. Bạn ném một hòn đá thẳng lên trên trời. Giả sử bạn không ném quá mạnh, nó sẽ bay lên một lúc, nhưng cuối cùng gia tốc dưới ảnh hưởng của sức hút của hành tinh sẽ làm nó bắt đầu rơi xuống. Nếu bạn ném hòn đá đủ mạnh, bạn có thể làm nó thoát hoàn toàn khỏi sức hút của hành tinh. Nó sẽ bay lên mãi mãi. Tốc độ mà bạn cần để ném hòn đá khiến nó thoát khỏi sức hút của hành tinh gọi là "". Tốc độ thoát phụ thuộc vào khối lượng của hành tinh. Nếu hành tinh cực kỳ nặng, thì sức hút của nó cực mạnh, và tốc độ thoát rất cao. Một hành tinh nhỏ hơn sẽ có tốc độ thoát nhỏ hơn. Tốc độ thoát cũng phụ thuộc vào việc bạn ở cách xa trung tâm của hành tinh bao xa: bạn càng ở gần, tốc độ càng phải cao. Tốc độ thoát của là 11.2 km/s (khoảng 25,000 dặm/giờ]]), trong khi tốc độ thoát của chỉ là 2.4 km/s (khoảng 5,300 dặm/giờ).

Bây giờ tưởng tượng một vật với một mức độ tập trung vật chất to lớn bên trong một phạm vi nhỏ tới mức tốc độ thoát của vật đó còn lớn hơn vận tốc ánh sáng. Sau đó, bởi vì không gì có vận tốc lớn hơn ánh sáng, nên không gì có thể thoát khỏi trường hấp dẫn của vật đó. Thậm chí một chùm sáng sẽ bị trọng lực kéo lại và sẽ không thể thoát ra. Ý tưởng về một sự tập trung đậm đặc tới mức ánh sáng cũng bị giữ lại đã được Laplace đưa ra từ thế kỷ 18. Hầu như ngay sau khi Einstein phát triển thuyết tương đối rộng, Karl Schwarzschild phát hiện ra một đáp án toán học cho phương trình giữa lý thuyết miêu tả một vật như vậy. Chỉ sau đó, với công sức của Oppenheimer, Volkoff và Snyder trong thập kỷ 1930, mọi người đã suy nghĩ nghiêm túc hơn về khả năng những vật như thế trên thực tế có thể tồn tại trong vũ trụ. (Cũng chính Oppenheimer là người điều hành Dự án Manhattan.) Các nhà nghiên cứu đó cho thấy rằng khi một khối lượng đủ lớn bắt đầu [[hết nhiên liệu, nó không thể tự chống đỡ lại lực hút trọng lực của chính nó, và nó sẽ sụp đổ trở thành một hố đen.

Nói chung, tương đối, trọng lực là một các biểu thị sự uốn cong của không-thời gian vũ trụ. Các vật thể đồ sộ bóp méo không gian và thời gian, vì vậy những quy luật hình học thông thường không còn áp dụng được nữa. Gần một hố đen, sự bóp méo không gian cực lớn dẫn tới việc các hố đen có các tính chất rất khác thường. Nói chi tiết, một hố đen có một thứ gọi là ‘Chân trời sự kiện’. Đây là một bề mặt hình cầu đánh dấu biên giới của hố đen. Bạn có thể đi qua chân trời, những bạn không thể quay trở lại. Trên thực tế, một khi bạn đã bước qua chân trời, bạn bắt buộc phải di chuyển vào gần hơn và gần hơn nữa đến ‘tính phi thường’ ở trung tâm của hố đen.

Bạn có thể nghĩ về chân trời như một nơi mà tại đó tốc độ thoát tương đương với tốc độ ánh sáng. Bên ngoài chân trời, tốc độ thoát nhỏ hơn tốc độ ánh sáng, vì vậy nếu bạn bắn tên lửa đủ mạnh, bạn có thể tự tạo cho mình đủ năng lượng để thoát ra. Nhưng nếu bạn đã ở bên trong chân trời, thì dù tên lửa của bạn có mạnh đến đâu chăng nữa, bạn không thể thoát ra ngoài.

Chân trời sự kiện có một số đặc tính hình học rất kỳ lạ. Đối với một người quan sát đứng yên ở nơi nào đó xa bên ngoài hố đen, chân trời dường như là một bề mặt cầu đẹp đẽ, tĩnh lặng và không chuyển động. Nhưng một khi tiến đến gần, bạn nhận ra rằng nó có một tốc độ vô cùng lớn. Trên thực tế nó chuyển động ra ngoài với tốc độ ánh sáng! Điều đó giải thích tại sao dễ dàng để vượt qua chân trời hướng vào bên trong, nhnưg không thể quay trở ra. Bởi vì chân trời chuyển động ra ngoài với tốc độ ánh sáng, để thoát ra khỏi nó, bạn phải di chuyển với tốc độ cao hơn tốc độ ánh sáng. Bạn không thể có tốc độ cao hơn ánh sáng, và vì thế bạn không thể thoát ra ngoài hố đen.

(Nếu điều này nghe có vẻ kỳ lạ, đừng lo lắng. Nó rất kỳ lạ. Chân trời là một cảm giác chắc chắn nào đó đứng yên, nhưng ở cảm giác khác nó đang bay ra ngoài với tốc độ ánh sáng. Nó hơi giống với Alice trong “Đi qua Tấm gương nhìn”; Alice phải chạy hết sức mình nhưng chỉ đứng yên ở một chỗ.)

Một khi bạn đã ở bên trong chân trời, thời gian vũ trụ bị bóp méo tới mức toạ độ miêu tả khoảng cách bán kinh và thời gian đổi chỗ cho nhau. Đó là, thuật ngữ “r” được dùng để tả bạn cách trung tâm bao xa thì là thứ để miêu tả thời gian và “t” là một thứ để tả khoảng cách. Một kết quả của nó là bạn không thể tự mình chuyển về các giá trị r ngày càng nhỏ, cũng như trong những điều kiện thông thường bạn không thể tránh tiến về tương lai (đó là, tiến về các giá trị t ngày càng lớn). Cuối cùng, bạn tiến gần tới điểm phi thường tại r=0. Bạn sẽ tránh nó bằng cách thử sử dụng tên lửa, nhưng đó là điều vô ích: dù bạn chạy về hường nào, bạn không thể tránh khỏi tương lai. Tìm cách tránh trung tâm của một hố đen một khi bạn đã vượt qua chân trời cũng giống như bạn tìm cách tránh ngày thứ Năm tuần sau vậy.

Tiện đây, cái tên ‘hố đen’ được John Archibald Wheeler nghĩ ra, và có vẻ đã được công nhận bởi vì nó dễ nhớ hơn các tên khác trước đó. Trước Wheeler, các vật đó thường được coi là ‘các ngôi sao đông cứng’. Điều này sẽ giải thích tại sao ở phần dưới.

Hố đen rộng bao nhiêu?
Có ít nhất hai cách để miêu tả một vật lớn bao nhiêu. Chúng ta có thể nói nó có bao nhiêu khối lượng, hay chúng ta có thể nói nó chiếm bao nhiêu không gian. Đầu tiên chúng ta nói về khối lượng của các hố đen.

Về nguyên tắc, không có giới hạn về việc một hố đen có thể có nhiều hay ít khối lượng. Bất kỳ một giá trị khối lượng về nguyên tắc đều có thể dùng để tạo ra một hố đen nếu bạn ép nó đến mật độ đủ. Chúng ta cho rằng đa số các hố đen đang biết hiện nay được hình thành từ cái chết của các ngôi sao có khối lượng lớn, và vì vậy chúng ta cho rằng các hố đen đó có trọng lượng tương đương các ngôi sao có khối lượng lớn. Một khối lượng thông thường cho một hố đen dạng sao như thể phải khoảng 10 lần lớn hơn khối lượng Mặt Trời, hay khoảng 10^{31} kilograms. (Ở đây tôi dùng ký hiệu khoa học: 10^{31} có nghĩa một số 1 với 31 số 0 đằng sau, hay 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.) Các nhà thiên văn học cũng cho rằng nhiều thiên hà che dấu các hố đen có khối lượng siêu lớn tại trung tâm. Chúng được cho có khối lượng gấp một triệu lần Mặt Trời, hay 10^{36} kilograms.

Hố đen có khối lượng càng lớn thì càng chiếm nhiều không gian. Trên thực tế, bán kính Schwarzschild (có nghĩa là bán kính của chân trời) và khối lượng có tỷ lệ trực tiếp với nhau: nếu một hố đen có khối lượng lớn hơn mười lần so với hố đen kia thì bán kính của nó cũng lớn hơn mười lần. Một hố đen có khối lượng tương đương Mặt Trời có bán kính khoảng 3km. Vì thế một hố đen tiêu biểu gấp mười lần Mặt Trời có bán kính 30km, và một hố đen lớn gấp một triệu lần mặt trời ở trung tâm thiên hà sẽ có bán kính 3 triệu km. Ba triệu km có thể nghe rất lớn nhưng đối với các tiêu chuẩn thiên văn học thì nó thực tế cũng không quá lớn. Ví dụ, Mặt Trời có bán kính khoảng 700,000km, và vì thế một siêu hố đen có bán kính chỉ khoảng bốn lần lớn hơn Mặt Trời.

Điều gì sẽ xảy ra nếu tôi rơi vào một hố đen?
Hãy tưởng tượng bạn vào trong tàu vũ trụ của bạn và trực chỉ hướng một hố đen cỡ một triệu Mặt trời ở trung tâm ngân hà của chúng ta. (Thực tế, có một số tranh cãi về việc thiên hà của chúng ta có chứa một hố đen ở tâm hay không, nhưng hãy cho là nó hiện đang có). Bắt đầu từ một con đường dài khỏi hố đen, bạn chỉ phóng tên lửa và lao vào. Điều gì xảy ra?

Đầu tiên, bạn không cảm thấy một sức mạnh trọng lực nào. Bởi vì bạn đang rơi tự do, mọi phần cơ thể bạn và tàu vũ trụ bị kéo theo cùng một hướng, và vì thế bạn cảm thấy không trọng lượng. (Điều này cũng chính là điều xảy ra với các phi hành gia trên quỹ đạo Trái Đất: thậm chí cả các phi hành gia và tàu đều bị kéo bởi lực hút của trái đất, họ không cảm thấy lực hút bởi vì mọi thứ đều bị hút về một hướng.) Khi bạn tiến gần hơn đến trung tâm hố đen, mặc dù, bạn bắt đầu cảm thấy chịu ảnh hưởng của trọng lực. Tưởng tượng chân bạn gần hố đen hơn đầu. Lực hút mạnh hơn khi bạn tiến gần đến trung tâm hơn, vì thế chân bạn bị hút mạnh hơn. Kết quả là chân bạn “dài ra”. (Lực này được gọi là lực thuỷ triều bởi vì nó giống hoàn toàn các lực gây ra thuỷ triều trên trái đất.) Các lực thuỷ triều đó càng lúc càng mạnh khi bạn tiến gần đến tâm và cuối cùng chúng sẽ xé toạc bạn ra.

Đối với một hố đen rất lớn như cái bạn đang rơi vào, các lực thuỷ triều không thực sự nhận thấy được cho tới khi bạn ở trong khoảng 600,000km từ tâm. Nhớ rằng điều này sau khi bạn đã vượt qua chân trời. Nếu bạn rơi vào một hố đen nhỏ hơn, như cái có trọng lượng tương đương Mặt Trời, các lực thuỷ triều sẽ bắt đầu làm bạn khó chịu khi bạn cách tâm 6,000km, và bạn sẽ bị xé rách bởi chúng trước khi bạn vượt qua chân trời. (Đó là điều tại sao chúng tôi đã quyết định để bạn nhảy vào một hố đen lớn thay vì cái nhỏ: chúng tôi muốn bạn còn sống ít nhất đến khi bạn đã lọt vào trong.)

Bạn sẽ thấy gì khi bạn đang rơi vào? Rất ngạc nhiên, bạn không cần thiết thấy bất kỳ thứ gì hay ho. Các hình ảnh của các vật ở xa có thể bị bóp méo theo những cách kỳ lạ, bởi vì trọng lực của hố đen uốn cong ánh sáng, nhưng đó chính là ánh sáng. Nói riêng, không có gì đặc biệt xảy ra vào thời điểm bạn vượt qua chân trời. Thậm chí sau khi bạn đã vượt qua chân trời, bạn vẫn có thể thấy các thứ bên ngoài: dù sao ánh sáng từ các vật bên ngoài vận đến được với bạn. Không ai ở ngoài có thể thấy bạn, tất nhiên, bởi vì ánh sáng từ bạn không thể thoát ra khỏi chân trời.

Cả quá trình đó diễn ra trong bao lâu? Tất nhiên, nó phụ thuộc vào việc bạn bắt đầu từ bao xa. Coi như bạn bắt đầu từ một điểm kỳ quặc mười lần lớn hơn bán kính của hố đen. Vì thế, đối với một hố đen cỡ 1 triệu Mặt Trời, bạn mất 8 phút để tiến tới chân trời. Bởi vì với khoảng cách đó, bạn chỉ cần mất 7 giây để chạm tới sự kỳ quặc. Nhân đây, khoảng cách thời gian này tỷ lệ với kích cỡ hố đen, nên nếu bạn nhảy vào một hố đen nhỏ hơn thời gian của bạn ngắn hơn nhiều.

Một khi bạn đã vượt qua chân trời, trong bảy giây còn lại của bạn, bạn có thể sẽ sợ hãi và bắt đầu khởi động tên lửa trong một cố gắng tuyệt vọng nhằm tránh điểm kỳ quặc. Không may thay, nó là vô vộng, bởi vì điểm kỳ quặc nằm trước tương lai bạn, và không có cách gì tránh khỏi tương lai. Trên thực tế, bạn càng bắn tên lửa nhiều, bạn càng nhanh tiến tới điểm kỳ quặc. Tốt nhất là cứ ngồi xuống và tận hưởng cuộc chơi.

Một người quan sát đứng yên tại một khoảng cách an toàn, nhìn một vật rơi vào trong hố đen. Cô ấy thấy gì?
Người quan sát thấy mọi thứ khá khác bình thường. Khi bạn tiến gần hơn, gần hơn tới chân trời, cô ấy thấy bạn càng lúc càng di chuyển chậm lại. Trên thực tế, không cần biết cô ấy chờ bao lâu, cô ấy sẽ không bao giờ hoàn toàn thấy bạn chạm tới chân trời.

Trên thực tế, dù nhiều hay ít thì thứ có thể nói về vật liệu tạo lên hố đen cũng như nhau lúc đầu. Coi như rằng hố đen được tạo từ một vụ sụp đổ sao. Khi vật liệu tạo lên hố đen sụp đổ, Penelope thấy nó ngày càng nhỏ hơn, tiến tới gần nhưng không bao giờ thực sự chạm tới bán kính Schwarzschild. Điều này giải thích tại sao lúc đầu hố đen được gọi là các ngôi sao đông cứng: bởi vì chúng dường như đông lạnh ở kích thước chỉ hơi lớn hơn bán kính Schwarzschild.

Tại sao cô ấy lại nhìn thấy mọi thứ theo cách đó? Cách tốt nhất để nghĩa về nó là nó thực sự chỉ là một ảo ảnh quang học. Nó không thực sự chiếm một khối lượng vô định thời gian để hình thành hố đen, và nó không thực sự chiếm một khối lượng vô định thời gian để bạn vượt qua chân trời. (Nếu bạn không tin tôi, hãy thử nhảy vào trong! Bạn sẽ vượt qua chân trời trong tám phút, và lao đến cái chết chỉ vài giây sau đó.) Khi bạn ngày càng tiến gần hơn đến chân trời, ánh sáng mà bạn phát ra ngày càng mất nhiều thời gian để quay trở lại với Penelope. Thực tế, bức xạ bạn phát ra khi bạn vượt qua chaâ trời sẽ lơ lửng ở chân trời đó mãi mãi và không bao giờ tới được chỗ cô ấy. Bạn đã vượt qua chân trời từ lâu, nhưng tín hiệu ánh sáng thông báo cho cô ta biết về điều đó sẽ không đến được chỗ cô ta trong một khoảng thời gian dài vô định.

Có cách khác để nhòm vào cái đó. Trong một cảm giác, thời gian trôi chậm hơn ở gần chân trời hơn ở nơi xa. Giả sử bạn lái con tàu vũ trụ và đỗ ở một điểm ngay bên ngoài chaâ trời, sau đó bạn lơ lửng ở đó một lúc (đốt một lượng cực lớn nhiên liệu để giữ bạn không bị rơi vào trong.) Sau đó bạn bay trở lại phía Penelope. Bạn sẽ thấy rằng cô ấy đã nhiều tuổi hơn bạn (trải qua nhiều thời gian hơn bạn) trong cả quá trình đó; thời gian trôi chậm hơn đối với bạn so với cô ấy. Vậy thì trong hai sự giải thích đó (một về ảo ảnh quang học hay một về thời gian trôi chậm lại) cái nào thực sự đúng? Câu trả lời tuỳ thuộc vào việc bạn sử dụng toạ độ nào để miêu tả hố đen. theo hệ toạ độ thường dùng, được gọi là ‘Hệ toạ độSchwarzschild’, bạn vượt qua chân trời khi toạ độ thời gian t là vô định. Vì vậy trong những toạ độ đó nó thực sự khiến bạn mất một khoảng thời gian vô định để vượt qua chân trời. Nhưng lý do của việc đó là vì các toạ độ Schwarzschild cung cấp một cái nhìn rất méo mó về điều đang xảy ra gần chân trời. Trên thực tế, ngay tại chân trời các toạ độ hoàn toàn bị bóp méo (hay, để sử dụng thuật ngữ tiêu chuẩn, “kỳ quặc”). Nếu bạn chọn sử dụng các hệ toạ độ không kỳ quặc ở gần chân trời, bạn sẽ thấy rằng thời gian khi bạn vượt qua chân trời quả thực có giới hạn, nhưng thời gian khi Penelope nhìn thấy bạn vượt qua chân trời là vô hạn. Sự bức xạ cần một khoảng thời gian vô định để đến được chỗ cô ta. Trên thực tế, mặc dù bạn được phép sử dụng bất kỳ hệ toạ độ nào, và vì thế cả hai cách giải thích đều có giá trị. Chúng chỉ là những cách khác nhau để nói về cùng một thứ.

Trong thực nghiệm, bạn sẽ thực tế trở thành không nhìn thấy được đối với Penelope trước khi quá nhiều thời gian đã trôi qua. Vì một điều, ánh sáng “bị kéo dãn về phía đỏ” thành những bước sóng dài hơn khi nó chạy ra từ hố đen. Vì thế nếu bạn bức xạ các ánh sáng nhìn thấy được ở một số bước sóng dài đặc biệt, Penelope sẽ thấy ánh sáng ở một số bước sóng dài hơn. Cuối cùng không còn ánh sáng nhìn thấy được nữa: sẽ là bức xạ tia hồng ngoại, sau đó sóng radio. Tại một số điểm chiều dài sóng sẽ dài đến mức cô ấy không thể quan sát chúng. Hơn nữa, hãy nhớ rằng ánh sáng được bức xạ trong những gói nhỏ riêng biệt được gọi là photon. Cho là bạn đang bức xạ photon khi bạn rơi qua chân trời. Tại một số điểm bạn sẽ bức xạ những photon cuối cùng trước khi bạn vượt chân trời. Photon đó sẽ tới với Penelope vào một khoảng thời gian xác định - điển hình là chưa đến một giờ đối với một hố đen cỡ một triệu Mặt trời – và sau đó cô ấy sẽ không bao giờ thấy bạn nữa. (Sau rốt, không một photon nào bạn bức xạ “sau khi” bạn vượt chân trời sẽ không bao giờ tới chỗ cô ấy.)

Nếu một hố đen tồn tại, nó có hút tất cả vật chất trong Vũ trụ?
Không. Mỗi hố đen có một “chân trời”, có nghĩa là một vùng mà từ đó bạn không thể thoát ra. Nếu bạn vượt qua chân trời, bạn bị bắt buộc cuối cùng phải chạm tới điểm kỳ quặc. Nhưng nếu bạn vẫn còn ở bên ngoài chân trời, bạn có thể tránh bị hút vào đó. Trên thực tế, đối với một người đang ở xa ngoài chân trời, trường hấp dẫn bao quanh một hố đen không khác gì trường hấp dẫn từ bất kỳ một vật thể nào khác có cùng khối lượng. Nói theo cách khác, một hố đen cỡ mặt trời cũng không khác gì một vật thể có khối lượng tương đương mặt trời (ví dụ như Mặt trời) về khoảng cách hút các vật.

Điều gì xảy ra nếu Mặt trời trở thành một hố đen? Đầu tiên, hãy để tôi đảm bảo với bạn rằng Mặt trời không có ý định làm như vậy. Chỉ các ngôi sao có trọng lượng lớn hơn Mặt trời rất nhiều mới kết thúc cuộc đời của nó bằng cách trở thành một hố đen. Mặt trời sẽ tiếp tục tồn tại như vậy trong khoảng năm tỷ năm nữa hoặc hơn. Sau đó nó sẽ trải qua một pha ngắn như một ngôi sao đỏ khổng lồ, trong khoảng thời gian đó nó sẽ phình to và nhận chìm các hành tinh Sao Thuỷ và Sao Kim, và biến cuộc sống trên Trái Đất trở nên khá bất ổn (các đại dương sôi lên, khí quyển biến mất, và các thứ kiểu thế). Cuối cùng Mặt Trời sẽ kết thúc cuộc đời nó bằng cách biến thành một ngôi sao lùn trắng buồn tẻ. Nếu tôi là bạn, tôi sẽ sắp đặt kế hoạch để chuồn đi nơi khác trước khi điều đó xảy ra. Tôi cũng sẽ không mua bất kỳ thứ giao kèo Chính phủ 8 tỷ năm nào.

Nhưng tôi lạc đề một chút. Điều gì sẽ xảy ra nếu Mặt Trời biến thành một hố đen vì một lý do nào đó? Hậu quả chính xảy ra là mọi thứ xung quanh sẽ trở lên lạnh lẽo và tối tăm. Trái đất và các hành tinh khác sẽ không bị hút về phía hố đen; chúng vẫn giữ quỹ đạo theo đúng như chúng đã làm từ bao đời nay. Tại sao? Bởi vì chân trời của hố đen này sẽ rất nhỏ - chỉ khoảng 3km – và như chúng ta đã thấy ở phần trên, khi chúng ta vẫn ở đủ xa ngoài chân trời, lực hút của một hố đen không mạnh hơn bất kỳ một vật thể nào có cùng trọng lượng.

Có bất kỳ bằng chứng nào về việc hố đen tồn tại không?
Có, bạn không thể thấy trực tiếp một hố đen, tất nhiên là vậy, bởi vì ánh sáng không thể thoát ra khỏi chân trời. Điều đó có nghĩa là chúng ta phải dựa trên các chứng cớ không trực tiếp rằng hố đen tồn tại. Giả sử bạn đã tìm thấy một vùng không gian nơi bạn nghĩ rằng có thể có một hố đen. Làm sao bạn có thể kiểm tra là nó có ở đấy hay không? Điều đầu tiên bạn muốn làm là tính toán xem có bao nhiêu khối lượng trong vùng đó. Nếu bạn tìm thấy một khối lượng lớn tập trung bên trong một thể tích nhỏ, và nếu khối lượng đó tối, thế thì đã có một phán đoán tốt là ở đó có một hố đen. Có hai kiểu hệ thống mà các nhà thiên văn học tìm thấy các vật thể chắc nịch, khối lượng lớn và tối đó: trung tâm các thiên hà (có lẽ gồm cả Ngân hà của chúng ta), và các hệ thống đôi phát ra tia X trong chính Thiên hà của chúng ta.

Theo một bài báo gần đây của Kormendy and Richstone (xuất hiện trong lần xuất bản năm1995 của cuốn “Các báo cáo hàng năm của Thiên văn học và Vật lý học thiên thể” (Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics), tám thiên hà đã được quan sát thấy chứa những vật thể có khối lượng lớn và tối đó ở tâm. Khối lượng tại trung tâm các thiên hà đó nằm trong phạm vi từ một triệu đến nhiều tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Khối lượng được đo đạc bằng cách quan sát tốc độ các ngôi sao và khí quay quanh trung tâm Thiên hà: tốc độ quỹ đạo càng nhanh thì lực hút trung tâm càng phải lớn để giữ ngôi sao và khí trong quỹ đạo của nó. (Đây là cách thường được dùng nhất để đo khối lượng trong thiên văn học. Ví dụ, chúng ta đo khối lượng Mặt Trời bằng cách quan sát các hành tinh quay quanh chúng với tốc độ nhanh bao nhiêu, và chúng ta đo khối lượng các vật thể tối trong các thiên hà bằng cách đo đạc các vật thể quay ở quỹ đạo ngoài của nó có tốc độ bao nhiêu.)

Các vật thể tối có khối lượng khổng lồ ở trung tâm thiên hà đó được cho là các hố đen vì ít nhất hai lý do. Thứ nhất, rất khó để tưởng tượng ra chúng có thể là một thứ gì khác: chúng quá đặc và tối để là các ngôi sao hay các bầy sao. Thứ hai, lý thuyết nhiều triển vọng duy nhất để giải thích các vật thể bí ẩn được biết tới là các quasar và các thiên hà hoạt động đòi hỏi các thiên hà đó phải có các hố đen với khối lượng siêu khổng lồ ở trung tâm. Nếu lý thuyết này là chính xác, thì một phần lớn các thiên hà - tất cả những thứ hiện được biết đến hay được cho là các thiên hà hoạt động - phải có các hố đen với khối lượng siêu khổng lồ ở trung tậm. Gộp lại với nhau, các cuộc tranh cãi đó mạnh mẽ cho rằng trung tâm của các thiên hà đó có chứa hố đen, nhưng chúng vẫn chưa tạo thành một chứng minh tuyệt đối.

Hai phát hiện rất gần đây đã ủng hộ mạnh mẽ giả thuyết rằng các hệ thống đó thực sự chứa các hố đen. Thứ nhất, một thiên hà hoạt động gần đây được tìm thấy có chứa một hệ thống “water maser” (một nguồn các bức xạ vi sóng cực mạnh) gần tâm của nó. Sử dụng kỹ thuật dụng cụ đo giao thoa vạch ranh giới cực dài, một nhóm các nhà nghiên cứu đã có thể vẽ bản đồ việc phân bố tốc độ khí bên trong chưa đầy nửa năm ánh sáng của trung tâm thiên hà. Từ việc đo đạc này họ có thể kết luận rằng vật thể khối lượng khổng lồ ở trung tâm thiên hà này tập trung trong bán kính chưa tới nửa năm ánh sáng. Rất khó để tưởng tượng ra bất kỳ thứ gì khác ngoài hố đen có thể có một khối lượng lớn như vậy tập trung trong một thể tích nhỏ như vậy. (Kết quả này đã được Miyoshi và những người khác trích dẫn lại trong kỳ xuất bản ngày 12 tháng Một của tờ Nature, tập 373, trang 127.)

Một sự phát hiện thứ hai thậm chí còn cung cấp bằng chứng thuyết phục hơn. Các nhà thiên văn học tia X đã kiểm tra một đường quang phổ từ một tâm thiên hà cho thấy sự hiện diện của các nguyên tử gần tâm đang chuyển động với tốc độ cực lớn (khoảng 1/3 tốc độ ánh sáng). Hơn nữa, sự phát xạ từ các nguyên tử đó đã chuyển dịch về phía đỏ theo cách mà mọi người có thể cho rằng sự phát xạ đến từ gần trung tâm của hố đen. Những quan sát đó sẽ rất khó để giải thích trong bất kỳ cách nào khác ngoài hố đen, và nếu chúng được kiểm tra, thì giải thuyết rằng một số thiên hà chứa các hố đen khối lượng siêu lớn ở tâm sẽ được bảo đảm tuyệt vời. (Kết quả này được báo cáo trong kỳ xuất bản ngày 22 tháng Sáu 1995 của tờ Nature, tập 375, trang 659, bởi Tanaka và những người khác.) Một lớp các thứ có thể gọi là hố đen hoàn toàn khác biệt khác được tìm thấy ngay trong thiên hà của chúng ta. Chúng sáng hơn và là các hố đen kiểu sao, được cho là đã hình thành khi một ngôi sao có khối lượng lớn chấm dứt cuộc sống trong một vụ nổ sao siêu mới. Nếu một hố đen kiểu sao như vậy tắt đi ở một nơi nào đó, chúng ta sẽ không có nhiều hy vọng tìm thấy nó. Tuy nhiên, nhiều ngôi sao xuất hiện trong hệ sao đôi – các cặp sao quay với quỹ đạo xung quanh nhau. Nếu một ngôi sao trong hệ sao đôi đó trở thành hố đen, chúng ta có thể thám sát nó. Đặc biệt, trong một số hệ sao đôi chữa một vật thể nén như một hố đen, vật chất bị hút từ vật thể kia để tạo thành “một đĩa lớn dần lên” gồm các quặng xoáy về phía hố đen. Các vật chất trong đĩa lớn dần lên đó rất nóng và càng ngày càng rơi dần về phía hố đen, và nó phát ra lượng lớn bức xạ, đa số là tia X trong dải quang phổ. Nhiều “hệ sao đôi tia X” như vậy đã được biết tới, và một số chúng được cho là rất giống ứng cử viên hố đen.

Giả sử bạn đã tìm được một hệ sao đôi tia X. Làm sao bạn có thể nói rằng vật thể nén tối đó là một hố đen? Một điều chắc chắn bạn sẽ muốn làm là ước tính khối lượng của nó. Bằng cách đo đạc tốc độ quỹ đạo của ngôi sao nhìn thấy (cùng với một số ít thứ khác nữa), bạn có thể đưa ra khối lượng của vật thể đi kèm không nhìn thấy kia. (Kỹ thuật khá giống với cái chúng ta đã miêu tả phần trên đối với các hố đen có khối lượng siêu khổng lồ ở trung tâm thiên hà: các ngôi sao càng quay nhanh thì lực hấp dẫn càng phải lớn để giữ nó ở nguyên vị trí, và vật thể đi kèm không nhìn thấy đó có khối lượng càng lớn.) Nếu khối lượng của vật thể nén đó cực cực lớn, thế thì chưa có bất kỳ vật thể gì chúng ta đã biết có thể như vậy ngoài một hố đen. (Một ngôi sao thông thường với khối lượng như thế chắc chắn phải nhìn thấy. Tàn dư của một ngôi sao như một sao neutron sẽ không thể tự nó chống lại được trọng lực, và sẽ sụp đổ thành một hố đen.) Việc tổng hợp các ước tính khối lượng đó cùng một số nghiên cứu chi tiết về phát xạ từ đĩa lớn dần lên cung cấp các chứng cớ chi tiết đầy sức mạnh rằng vật thể nghi vấn đó quả thực là một hố đen. Có rất nhiều vật như thế được cho là giống hố đen tuy về chứng cớ có ít hơn. Hơn nữa, lĩnh vực nghiên cứu này đã trở nên rất sôi động từ năm 1992, và số lượng những vật được coi là ứng cử viên lớn đã tăng thêm hơn ba lần.

Các hố đen chết như thế nào?
Đây là một vấn đề hóc búa. Quay trở lại thập kỷ 1970, Stephen Hawking đặt ra các cuộc tranh cãi lý thuyết cho thấy rằng các hố đen không thật sự hoàn toàn đen: vì các hiệu ứng cơ học lượng tử, chúng phát xạ. Năng lượng sản xuất ra bức xạ có được từ khối lượng của hố đen. Vì vậy, hố đen dần co lại. Cuối cùng tỷ lệ bức xạ tăng lên khi khối lượng giảm xuống, vì vậy hố đen tiếp tục bức xạ ngày càng nhiều và từ từ co lại ngày càng nhanh tới khi nó có lẽ biến mất hoàn toàn.

Hiện tại, không ai thật sự chắc chắn điều gì xảy ra ở giai đoạn cuối sự biến mất của hố đen: một số nhà nghiên cứu nghĩ rằng một thứ nhỏ bé và rắn chắc sẽ còn sót lại. Các lý thuyết hiện nay của chúng ta chỉ đơn giản là chưa đủ tốt để có thể nói chắc về cách này hay cách kia. Khi mà tôi còn chưa nhận, hãy để tôi thêm rằng toàn bộ vấn đề về sự bay hơi của hố đen hoàn toàn có tính suy đoán. Nó liên quan tới việc xác định được cơ học lượng tử trình bày thế nào (hay thậm chí lý thuyết trường lượng tử) các tính toán trong đường cong không thời gian, đây là một nhiệm vụ vô cùng khó khăn, và đưa ra các kết quả về bản chất là không thể thử nghiệm bằng thí nghiệm. Các nhà vật lý nghĩ rằng chúng ta đã có các lý thuyết chính xác để đưa ra các phán đoán về sự bay hơi hố đen, nhưng với việc không có thí nghiệm kiểm chứng thì không thể biết chắc. Bây giờ tại sao các hố đen lại bay hơi? Đây là một cách để có một cái nhìn vào đó, nó chỉ đúng ở mức vừa phải. (Tôi không nghĩ có thể làm việc gì tốt hơn điều đó, trừ khi bạn muốn bỏ một vài năm để học về lý thuyết trường lượng tử trong không gian cong.) Một trong những hậu quả của nguyên lý không chắc chắn về cơ học lượng tử là luật bảo toàn năng lượng có thể bị vi phạm, nhưng chỉ trong những thời hạn rất ngắn. Vũ trụ có thể tạo ra khối lượng và năng lượng ở một nơi nào đó, nhưng chỉ khi khối lượng và năng lượng lại biến mất đi một cách nhanh chóng. Một cách riêng biệt khi hiện tượng kỳ lạ này tự biểu hiện là khi nó xuất hiện dưới dạng những sự dao động bất thường của chân không. Cặp đôi gồm thực tiễn và phản thực tiễn có thể xuất hiện ở đâu đó, tồn tại trong một khoảng thời gian rất ngắn, và sau đó huỷ diệt lẫn nhau. Bảo toàn năng lượng bị vi phạm khi các thực tiễn được tạo ra, nhưng toàn bộ năng lượng đó bị giữ lại khi chúng huỷ diệt lẫn nhau một lần nữa. Cũng kỳ lạ như tất cả những thứ đó, hiện tại chúng ta đã xác nhận về mặt thực nghiệm rằng những sự dao động bất thường của chân không đó là sự thực.

Bây giờ, giả sử một trong những sự bất thường của chân không đó xảy ra gần chân trời của một hố đen. Điều có thể xảy ra là một trong hai thực tiễn rơi vào trong chân trời, trong khi cái kia thoát ra. Cái thoát ra mang theo năng lượng thoát khỏi hố đen và có thể được nhận thấy bởi một nhà quan sát ở xa. Đối với nhà quan sát đó, nó sẽ trông giống như hố đen vừa nhả ra một thực tiễn. Quá trình này diễn ra nhiều lần, và người quan sát thấy một dòng suối liên tục các bức xạ từ hố đen.

Liệu hố đen sẽ không bị bốc hơi mất khỏi tôi trước khi tôi chạm tới nó?
Chúng ta đã quan sát thấy rằng, từ điểm quan sát của người bạn của bạn Penelope người đang đứng an toàn bên ngoài hố đen, bạn mất một thời gian vô định để vượt qua chân trời. Chúng ta cũng quan sát thấy rằng các hố đen bốc hơi thông qua bức xạ Hawking trong một khoảng thời gian xác định. Bởi thế vào thời điểm bạn chạm tới hố đen, hố đen sẽ biến mất, phải vậy không? Sai. Khi chúng ta nói Penelope sẽ thấy bạn cần thời gian vĩnh cửu để vượt qua chân trời là chúng ta đang tưởng tượng một hố đen không bốc hơi. Nếu hố đen đang bốc hơi, điều đó sẽ làm thay đổi mọi thứ. Bạn của bạn sẽ thấy bạn vượt qua chân trời cùng lúc cô ta thấy hố đen bốc hơi. Hãy để tôi thử miêu tả tại sao điều này lại đúng.

Hãy nhớ điều chúng ta đã nói ở trên: Penelope là nạn nhân của một ảo ảnh. Ánh sáng mà bạn phát ra khi bạn ở rất gần chân trời (nhưng vẫn đang ở bên ngoài) cần khoảng thời gian rất dài để thoát ra ngoài và quay trở lại chỗ cô ta. Nếu hố đen tồn tại vĩnh viễn, vì thế ánh sáng sẽ cần một khoảng thời gian cực dài để thoát ra, và đó giải thích tại sao cô ấy không thấy bạn vượt qua chân trời trong một khoảng thời gian cực lớn (thậm chí là vô định). Nhưng một khi hố đen đã bốc hơi, không có điều gỉ cản trở ánh sáng mang thông tin rằng bạn sắp vượt qua chân trời tới chỗ cô ta. Trên thực tế nó tới chỗ cô ta đúng vào lúc vụ nổ cuối cùng của bức xạ Hawkin. Tất nhiên không có cái gì của nó có ý nghĩa đối với bạn: bạn từ lâu đã vượt qua chân trời và bị đẩy về điểm kỳ quặc. Xin lỗi bạn về điều đó, nhưng bạn đã phải nghĩ về nó trước khi bạn nhảy vào.

Cái gì là một hố trắng?
Những sự cân bằng của thuyết tương đối rộng có một tính chất toán học rất hay: chúng đối xứng theo thời gian. Điều này có nghĩa bạn có thể lấy bất kỳ một nghiệm nào của sự cân bằng và tưởng tượng rằng thời gian đang trôi giật lùi nhiều hơn trôi tiến, và bạn sẽ có một nghiệm có giá trị khác của sự cân bằng. Nếu bạn áp dụng quy luật này cho nghiệm miêu tả hố đen, bạn có một vật được biết như là một hố trắng. Bởi vì một hố đen là một vùng không gian mà không một vật nào có thể thoát khỏi nó thì đối nghịch theo thời gian của một hố đen là một vùng không gia mà không một vật nào có thể rơi vào đó. Trên thực tế, một hố đen chỉ có thể nuốt vật khác vào, một hố trắng chỉ có thể phun vật khác ra.

Các hố trắng hoàn toàn có thể về mặt nghiệm toán học của sự đối xứng của thuyết tương đối rộng, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng hiện đang tồn tại trong tự nhiên. Trên thực tế chúng hầu như không thể tồn tại, bởi vì không có cách nào để tạo ra một hố như thế. (Để tạo ra một hố trắng là điều không thể cũng như để tiêu diệt một hố đen, bởi vì cả hai thứ đó diễn ra trong chiều thời gian đảo ngược của nhau.)

Cái gì là một hố giun?
Cho đến giờ, chúng ta chỉ coi cái thông thường các hố đen “vanilla”. Một cách cá biệt, chúng ta đã nói về các hố đen không quay và không được nạp điện. Nếu chúng ta coi các hố đen quay và/hay được nạp, mọi điều trở nên phức tạp hơn. Đặc biệt, không thể rơi vào một hố đen như thế và không chạm vào điểm kỳ quặc. Trên thực tế, bên trong của một hố đen quay và được nạp có thể “nối ghép với nhau” với một hố đen tương đương theo một cách mà bạn có thể rơi vào hố đen và bị hố trắng đẩy ra. Sự tổng hợp này của hố trắng và hố đen được gọi là hố sâu. Hố trắng có thể ở đâu đó rất xa khỏi hố đen; đúng vậy, nó có thể thậm chí ở một “Vũ trụ khác” – đó là, một vùng không thời gian mà riêng ra khỏi hố sâu, nó hoàn toàn liên kết với vùng của riêng chúng ta. Một hố sâu nằm ở một điểm thuận tiện vì thế có thể cung cấp một cách thuận tiện và nhanh chóng để đi qua các khoảng cách rất lớn, hay thậm chí đi tới một Vũ trụ khác. Có thể sự tồn tại của hố sâu trải ra trong quá khứ, vì thệ bạn có thể đi ngược thời gian bằng cách đi qua nó. Tất cả những thứ này nghe ra khá thú vị.

Nhưng trước khi bạn dựa vào nghiên cứu đó để tìm kiếm nó, có đôi điều bạn cần biết. Đầu tiên, các hố sâu hầu như không tồn tại. Như chúng ta đã nói trên trong phần về các hố trắng, chỉ bởi vì một thứ có giá trị nghiệm toán học đối với các sự cân bằng không có nghĩa rằng thứ đó tồn tại trên thực tế trong tự nhiên. Đặc biệt, các hố đen được tạo thành từ các vụ sụp đổ của các vật chất thông thường (gồm tất cả các hố đen mà chúng ta nghĩ là có tồn tại) không tạo nên các hố sâu. Nếu bạn rơi vào một trong những hố đó, bạn sẽ không bị tống ra ở một nơi nào khác. Bạn sẽ chạm tới điểm kỳ quặc, và đó là tất cả những gì xảy ra.

Hơn nữa, thậm chí nếu một hố sâu được tạo ra, mọi người cho rằng nó sẽ không ổn định. Thậm chí với trạng thái mỏng manh nhất (gồm cả trạng thái cố gắng của bạn để đi qua nó) sẽ dẫn nó tới việc sụp đổ.

Cuối cùng, thậm chí nếu các hố sâu tồn tại và ổn định, khá khó khăn để đi qua chúng. Bức xạ đổ vào trong hố sâu (từ các ngôi sao gần đó, màn vi sóng vũ trụ, vv.) sẽ lên ở mức tần số cực cao. Khi bạn cố vượt qua hố sâu, bạn sẽ bị nướng chín bởi các tia X và tia gamma đó.

Tôi có thể học thêm về các hố đen ở đâu?
Hãy để tôi bắt đầu bằng cách báo cho bạn rằng tôi đã nhặt một số trong những thứ bên trên từ các bài viết về hố đen trong danh sách Các câu hỏi thường được đặt ra cho Usenet newgroup sci.physics. Ấn bản sci.physics FAQ được xuất bản hàng tháng cho các sci.physics và cũng được cung cấp bởi các fpt nặc danh từ rtfm.mit.edu (và có thể ở những địa chỉ khác). Bài báo về các hố đen, rất hay, được viết bởi Matt Mclrvin. FAQ cũng có những bài rõ ràng khác.

Có rất nhiều sách về hố đen và những thứ liên quan. Cuốn “Hố đen và Không thời gian bị uốn cong: di sản kỳ quặc nhất của Einstein do Kip Thorne viết là một cuốn hay. Cuốn “Hố đen và Không thời gian bị uốn cong” của William Kaufmann cũng đáng đọc. Cuốn “Không gian, Thời gian và Trọng lực” của R. Wald là một sự giải thích về thuyết tương đối rộng cho những người không phải là nhà khoa học. Tôi vẫn chưa đọc nó, nhưng đã được nghe những lời khen ngợi về nó.

Các quyển sách trên đều hướng tới đối tượng độc giả không có nhiều kiến thức về vật lý. Nếu bạn muốn có thêm “thịt” (ví dụ, thêm nhiều phần toán học), có thể bạn nên bắt đầu với cuốn về những căn bản về lý thuyết tương đối. Cuốn hay nhất về vấn đề này là quyển “Vật lý Không thời gian” của E.F. Taylor and J.A. Wheeler. Cuốn sách này phần lớn về thuyết tương đối hẹp, nhưng phần cuối tranh cãi về thuyết tương đối rộng). Taylor và Wheeler đã hứa hẹn từ khoảng hai năm nay về việc xuất bản một cuốn tiếp theo với tựa đề “Do thám các hố đen,” cuốn này có lẽ sẽ khá hay khi xuất hiện. “Vật lý Không thời gian” không giả định rằng bạn biết nhiều về vật lý, nhưng nó giả định rằng bạn muốn làm việc nhiều để am hiểu vấn đề. Nó không phải là cuốn dễ đọc, mặc dù nó được viết theo kiểu khá vui nhộn và ít đáng sợ hơn đa số những cuốn vật lý khác.

Cuối cùng, nếu cuốn “Vật lý không thời gian” còn chưa đủ cho bạn, bạn có thể đọc bất kỳ cuốn nào nói về thuyết tương đối rộng sau. Cuốn “Bài học đầu tiên về Thuyết tương đối rộng” của B. Schutz và cuốn “Thuyết tương đối hẹp” của W. Rindler là hai cuốn có triển vọng. Và dành cho độc giả dũng cảm nhất với một trình độ vật lý hoàn hảo có cuốn sách về thuyết tương đối rộng của các ông Misner, Thorne, và Wheeler tựa đề “Sức hấp dẫn”. Cuốn “Thuyết tương đối rộng” của R. Wald ở mức có thể so sánh được với cuốn “Sức hấp dẫn,” mặc dù kiểu viết của hai cuốn hoàn toàn khác nhau. Những điều nhỏ bé mà tôi biết về sự bốc hơi hố đen có được từ cuốn sách của Wald. Hãy để tôi nhấn mạnh rằng tất cả các cuốn sách trên, và đặc biệt là hai cuốn cuối cùng đều giả định rằng bạn biết khá về vật lý. Chúng không dành cho những người yếu tim.

Đọc nguyên bản bằng tiếng Anh của tác giả Ted Bunn
Hình đại diện của thành viên
lucgiac_muadong
Thợ mộc chính hiệu
Thợ mộc chính hiệu
 
Bài viết: 1415
Ngày tham gia: Thứ 6 Tháng 3 11, 2005 10:55 am
Đến từ: K54_ Hải Dương
Blog: http://vhntnamdinh.edu.vn/

Bài viết chưa xemgửi bởi antrang » Thứ 7 Tháng 3 31, 2007 4:29 am

Moi nguoi co the xem bo phim nay de hieu the nao la ho den, lam the nao de xac dinh duoc ho den...

http://www.pbs.org/wgbh/nova/blackhole/program.html

Ngoai ra cung co mot so phim khac nhu The elegant Universe
http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/program.html

http://www.pbs.org/wgbh/nova/programs/int_spac.html
Hình đại diện của thành viên
antrang
Thành viên nhiệt tình
Thành viên nhiệt tình
 
Bài viết: 217
Ngày tham gia: Thứ 6 Tháng 3 11, 2005 6:27 am
Đến từ: US

Hô đen : tranh cãi giữa thuyết tương đối và vật lí lượng tử !

Bài viết chưa xemgửi bởi engvn » Chủ nhật Tháng 5 13, 2007 8:41 am

Mình tình cờ biết được web site này khi một người bạn của mình học k56 lớp lí 1b nhg mình đăng kí thành viên cho bậy ấy.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Có nhiều ý kiến khác nhau của các nhà khoa học khi nhắc đến "thằng" này đa số các nhà khoa học đều tin về sự tồn tại của nó nhưng một nhà vật lý Mỹ mới đây tuyên bố, những lỗ thủng điên cuồng trong không thời gian đó thực sự không thể tồn taị.Mình chẳng là cái gì cả và có lẽ có phấn đấu cả đời cũng không đạt được danh hiệu "lều khoa học" chứ chưa dám nói tới nhà khoa học :D nhưng không ai cấm mình phát biểu ý kiên riêng của mình :engvn tin chắc là có.Vậy thì có hay là không ?

Theo các kết luận mà engvn được biết thì các quan sát về sự chuyển động của những thiên hà trong vài ba năm gần đây của một số nhà khoa học đã chỉ ra rằng khoảng 70% vũ trụ dường như tạo thành từ một loại "năng lượng tối" kỳ dị được sinh ra do sự sụp đổ của các ngôi sao xanh khổng lồ,thứ vật chất khiến cho vũ trụ đang ngày một nở ra.Mới đọc đến đây chắc hẳn nhiều người sẽ cho rằng ý kiến này thuộc luồng ý kiến tin chắc vào sự tồn tại của lỗ đen.Nhầm to,nó thuộc nhóm kia

Sự sụp đổ của những ngôi sao khổng lồ - xưa nay vẫn được xem là nơi sản sinh các lỗ đen.Một ngôi sao có kích thước đủ lớn khi chết đi sẽ sụp đổ dưới tác dụng lực hấp dẫn của chính mình, trở thành một điểm duy nhất_Einstein đã nói như vậy trong thuyết tương đối rộng,nhưng nghịch lí thay chính Einstein cũng không tin vào sự tồn tại của các lỗ đen nhưng (lại nhưng) thật không may là nhà bác học thiên tài này cũng không giải thích được tại sao.Gỗc rễ của vấn đề là ở một lý thuyết cách mạng khác trong vật lý học của thế kỷ 20 - lý thuyết cơ học lượng tử - lý thuyết đã giúp nhà vật lý lừng danh xây dựng công thức.

Nhưng theo những gì mà engvn được đọc và còn nhớ thì "hình như thuyết tương đối rộng đã nói : không có cái gì gọi là "thời gian phổ quát" khiến cho các kim đồng đồng chạy cùng tốc độ ở khắp mọi nơi. Ngược lại, lực hấp dẫn khiến cho các đồng hồ chạy nhanh chậm khác nhau ở những địa điểm khác nhau. Song cơ học lượng tử - lý thuyết mô tả hiện tượng vật lý ở quy mô cực nhỏ - lại chỉ có ý nghĩa nếu thời gian là phổ quát. Nếu thời gian không đồng nhất như vậy, các phương trình của nó sẽ trở thành vô nghiã.Lại một câu hỏi nữa được đặt ra : Cái nào đúng ?

Vấn đề sẽ đặc biệt khó xử ở biên giới (hay chân trời sự cố) của một lỗ đen.Có một ai đó nói (đại loại là như sau ,tôi không nhớ rõ tên của vị này :D) : "Thuyết tương đối rộng dự đoán rằng chẳng có gì xảy ra ở chân trời sự cố cả" Ta hãy tưởng tượng rằng Một phi thuyền rơi vào một lỗ đen - đối với người quan sát ở xa - dường như bị mắc kẹt vĩnh viễn tại biên giới này, mặc dù các nhà du hành trên tàu sẽ cảm thấy họ như thể đang tiếp tục rơi.Vậy phải chăng thuyết tương đối rộng không chính xác hoàn toàn ?Phải chăng đã có một sự mâu thuẫn giữa nó và cơ học lượng tử :"vật chất bị chi phối bởi các quy luật lượng tử trở nên quá nhạy cảm trước những xáo trộn nhỏ" cơ học lượng tử đã nói vậy.Và người ta đã chúng minh được là trong trường hợp này cơ học lượng tử đã đúng,nói như vậy không có nghĩa là thuyết tương đối không chính xác mà ở đây có một sự "vượt ra khỏi quy luật".Trở lại với cái lỗ đen của chúng ta theo engvn tìm hiểu thì một ngôi sao không đơn giản sụp đổ thành lỗ đen, thay vào đó, không thời gian bên trong nó được lấp đầy bởi vật chất tối và điều này đã kéo theo những hiệu ứng hấp dẫn Bên ngoài "bề mặt" của một ngôi sao năng lượng tối, vũ trụ hành xử rất giống với một lỗ đen, nghĩa là tạo ra lực hút hấp dẫn cực mạnh. Nhưng bên trong, lực hút "âm" của năng lượng tối có thể khiến vật chất bật trở lại ra ngoài. (không biết có đúng không .hay chỉ là rùa thôi :D )

Nếu ngôi sao năng lượng tối đủ lớn, người ta dự đoán, bất kỳ một electron nào bật ra ngoài sẽ bị chuyển hoá thành positron - dạng hạt sẽ huỷ các electron khác trong đợt phóng tràn bức xạ năng lượng cao. Điều này có thể lý giải cho bức xạ quan sát được từ tâm của thiên hà chúng ta, mà trước kia vẫn được xem là dấu hiệu của một lỗ đen khổng lồ.Các ngôi sao mới sinh ra rồi lại theo thời gian già đi =>chết .Chúng hình thành không phải từ sự sụp đổ của các ngôi sao, mà bởi sự dao động của chính bản thân không thời gian.Một ví dụ đơn giản để hiểu cái này là.Các bạn có bao giờ chú ý một cốc đựng nước đá không bên ngoài cốc bao giờ cũng có các giọt nước ngưng tụ một cách tự nhiên.Giải thích cái này thì quá đơn giản,nhưng di vào vũ trụ thì đó là cả một vẫn đề không thể giải quyết trong ngày một ngày hai và rồi theo thời gian vũ trụ có thể được lấp đầy bởi các ngôi sao năng lượng tối "nguyên thuỷ".
engvn
Thành viên mới
Thành viên mới
 
Bài viết: 1
Ngày tham gia: Chủ nhật Tháng 5 13, 2007 7:54 am

Bài viết chưa xemgửi bởi tramngan » Thứ 3 Tháng 6 26, 2007 8:04 am

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 chỉ dừng lại ở khái niệm "hố" mà còn là một vùng không gian ảnh hưởng bởi hố đen. Lý thuyết về hố đen là một trong số các lý thuyết hiếm hoi trong vật lý bao trùm mọi thang đo khoảng cách, từ kích thước cực nhỏ (thang Planck) đến kích thước quan sát vũ trụ, do vậy có thể kiểm chứng cùng lúc thuyết lượng tử (cho thang nhỏ) và thuyết tương đối (cho thang lớn).
Bé Pink - Người em gái đáng yêu của anh. Bé Mít - Người vợ yêu quý của anh. Cả hai em chính là động lực cho anh sẽ cố gắng vượt qua kì thi Đại học này!
Hình đại diện của thành viên
tramngan
Buôn sao
Buôn sao
 
Bài viết: 35
Ngày tham gia: Thứ 2 Tháng 6 25, 2007 4:03 pm
Đến từ: TPHCM


Quay về Thảo luận.

Ai đang trực tuyến?

Đang xem chuyên mục này: Không có thành viên nào đang trực tuyến1 khách