Hố đen hay còn gọi là lỗ đen là một vùng trong không - thời gian mà tại đó lực hấp dẫn đạt cực đại, khiến mọi thứ xung quanh đều bị hút vào, kể cả ánh sáng. Chính vì thế cho tới ngày nay, mặc dù mặc định sự tồn tại của nó nhưng khoa học vẫn chưa thể quan sát được vùng bí ẩn mà giới khoa học gọi là "quái vật" này!
Hố đen vẫn là vùng vô hình đối với các nhà khoa học
Thuyết tương đối rộng của Einstein tiên đoán sự tồn tại của hố đen khi một vật chất hay vật thể có khối lượng lớn nằm trong một phạm vi cực nhỏ sẽ biến thành hố đen, ví dụ: sự suy sụp hấp dẫn của các ngôi sao lớn.
Do lực hấp dẫn cực lớn, hố đen giống như tên gọi của nó, giống như một hố sâu không đáy làm mọi thứ vật chất (hành tinh, sao, ánh sáng...) xung quanh đều bị hút vào mà không có lối ra, từ đó tăng khối lượng cho hố đen, biến chúng thành những con "quái vật vũ trụ"!
Năm 1921, Albert Einstein gây tiếng vang lớn trong giới vật lý sau khi nhận giải Nobel Vật lý nhưng không phải là nhờ thuyết tương đối (được ông công bố năm 1905 và năm 1915) gắn liền với sự vĩ đại của ông sau này.
Phát hiện sóng hấp dẫn củng cố lý thuyết tương đối rộng của Einstein
Do sự tranh cãi của giới vật lý về học thuyết này nên hội đồng giải Nobel đã trao giải cho Einstein vì các đóng góp của ông trong vật lý và việc lý giải hiện tượng quang điện.
Sóng hấp dẫn quan sát được năm 2015 sau khi hai hố đen va chạm và sát nhập nhau. Ảnh IFLScience.
Mà nguyên nhân của việc nhiều người còn nghi ngờ tính đúng đắn của học thuyết tương đối vì nó mang tính cách mạng quá lớn, khiến các tư tưởng của vật lý cổ điển Newton vốn bám rễ trong giới khoa học bấy lâu này có thể bị lật nhào.
Một phần cũng là do trình độ khoa học kỹ thuật khi ấy chưa cho phép các nhà khoa học có thể kiểm chứng, đo đạc hay thí nghiệm để xác nhận tính đúng đắn về mặt lý thuyết của lý thuyết mới này.
Cũng trong năm này, Einstein lần đầu tiên tới New York (Mỹ) và có những bài thuyết trình tóm tắt lý thuyết tương đối tại Đại học Columbia và Đại học Princeton. Ông bắt đầu thu hút được sự chú ý của giới khoa học về các công trình nghiên cứu của mình.
Trong cuốn The Formative Years Of Relativity: The History and Meaning of Einstein’s Princeton Lectures (Đại học Princeton, tác giả Jürgen Renn) nhà vật lý Hanoch Gutfreund và sử gia Jürgen Renn tuyên bố những buổi thuyết trình này là "phiên bản biến hóa" của thuyết tương đối tổng quát sau này.
Trong đó, sóng hấp dẫn là điều mà Einstein đã tiên đoán từ học thuyết của mình nhưng khi đó, không ai và thậm chí cả ông có thể kiểm chứng. Cho tới tận ngày này, ngày 14/09/2015 thì giới khoa học và cả thế giới mới có thể lần đầu tiên kiểm chứng loại sóng này.
Sau khi các khoa học Advanced LIGO thu được tín hiệu của sóng hấp dẫn sau vụ va chạm của hai hố đen rồi sát nhập vào nhau, cả thế giới như chấn động vì những gì mà Einstein tiên đoán trong học thuyết tương đối của mình, cũng cố niềm tin về sự đúng đắn của học thuyết trong giới khoa học.
Theo đó, loại sóng này sẽ xuất hiện và lan truyền khi các nguồn hấp dẫn có sự thay đổi biến thiên (và đủ lớn để tạo nên sự dao động như hai hố đen tương tác, hệ sao đôi, sao neutron, sao lùn trắng), từ đó tạo nên sự thay đổi của không - thời gian.
Einstein cũng không tin vào việc con người có thể tìm ra sóng hấp dẫn. Ảnh Science.
Nhà vật lý John Archibald Wheeler cho biết: "Vật thể sẽ quyết định độ cong của không - thời gian; không - thời gian sẽ quyết định cách di chuyển của vật thể". Một sự tương tác qua lại giữa không - thời gian và các vật thể bên trong nó.
Vật thể càng lớn thì càng tương tác mạnh với không - thời gian, sóng hấp dẫn càng dễ nhận biết. Đó là lý do chúng ta phải mất rất nhiều thời gian để có thể quan sát được hiện tượng hiếm có (hai hố đen sát nhập vào nhau) và tìm ra sóng hấp dẫn.
Phương trình mà Einstein sử dụng trong học thuyết của mình cũng tương tự với phương trình trong điện động học, nếu bạn lấy một diện tích âm và gia tốc nó, bạn sẽ tạo ra một sóng điện từ (như sóng radio, vi sóng, sóng thấy được...).
Còn trong trường hợp của Einstein, nếu bạn gia tốc một vật thể lớn thì sẽ tạo nên sóng hấp dẫn lan truyền theo không - thời gian cũng như sóng biển lan truyền khắp đại dương vậy!
Các nhà khoa học sẽ sử dụng sóng hấp dẫn để quan sát thứ "không thể nhìn thấy"
Phát hiện mới này không chỉ cũng cố tính chính xác trong học thuyết tương đối rộng của Einstein mà còn mở ra một chân trời mới trong thiên văn học và cả vật lý học, như một bàn đạp cho sự tiến bộ sau đó của thiên văn học nói riêng và khoa học nói chung.
Vì hố đen có thể tạo ra sóng hấp dẫn nên giờ đây các nhà khoa học đã có thể sử dụng sóng hấp dẫn để quan sát ngược lại hố đen (vốn được biết đến là không thể thấy được vì nó hấp thù ánh sáng gần như tuyệt đối).
Quan sát một thứ vốn không thể quan sát có lẽ là điều tuyệt vời nhất mà con người có thể làm được nhờ sự phát hiện ra sóng hấp dẫn. Hố đen cũng như vật chất tối là những bí ẩn chưa lời giải của vũ trụ và rất khó để nghiên cứu, tiếp cận.
Việc quan sát được hố đen có thể giải mã bí ẩn về lỗ sâu. Ảnh New Atlas.
Việc quan sát được hố đen nhờ sóng hấp dẫn sẽ mở ra hướng khám phá mới, cách tiếp cận mới giúp các nhà khoa học có được những phát hiện chưa từng có trước đây. Những nghiên cứu của vật lý lý thuyết chỉ ra rằng hố đen có thể trở thành một lỗ sâu.
Mà lỗ sâu đó có thể giúp vật chất dịch chuyển xuyên không - thời gian như đi qua con đường tắt vậy (cánh cổng xuyên không - thời gian), vậy nên nghiên cứu và quan sát được hố đen có thể sẽ giúp khoa học kiểm chứng giả thuyết này.
Ngay cả Einstein cũng không tin rằng nhân loại có thể tìm ra sóng hấp dẫn
Một điều thú vị là năm 1916, chính Einstein cũng không tin sự tồn tại của sóng hấp dẫn, ông viết "Không có sóng hấp dẫn giống với sóng ánh sáng", nhưng chỉ 1 năm sau ông đã thay đổi quan điểm của mình và công bố một bài viết khoa học đầu tiên đề cập đến chúng.
Công bố này có vài tính toán nhầm nhưng năm 1918, ông đã sửa đổi và bổ sung hoàn thiện hơn lý thuyết của mình trong bài viết có tựa đề "On Gravitational Waves", ông mất năm 1955 mà chưa thể chứng kiến sự kiện phát hiện sóng hấp dẫn (năm 2015).
Nhưng Einstein có lẽ cũng không tin vào việc nhân loại có thể phát hiện hay quan sát được loại sóng này, trong cuốn sách:
RIPPLES IN SPACETIME: Einstein, Gravitational Waves, and the Future of Astronomy (tác giả: Belknap Press/Đại học Harvard), Einstein cho rằng "loại sóng này quá nhỏ để có thể phát hiện", hơn nữa khoảng cách quá xa cũng khiến việc thu sóng bị ảnh hưởng.
Nếu bạn biết độ lớn mà các nhà khoa học tại LIGO đã thu được thì có lẽ bạn sẽ hiểu được tại sao phát hiện này được xem là kỳ tích của con người và là khám phá mà Einstein không tin rằng con người có thể làm được.
Sóng hấp dẫn sẽ giúp chúng ta quan sát ngược lại hố đen. Ảnh Science News.
Sau khi hai hố đen có kích thước lớn gấp 36 và 29 lần Mặt Trời va chạm rồi sát nhập với nhau, trải qua khoảng cách 1,3 tỉ năm ánh sáng để đến đài quan sát LIGO, độ lớn mà các nhà khoa học có được bằng... 0.0000000000001 cm, nhỏ hơn gấp cả triệu lần kích thước một nguyên tử!
Nếu như việc phát hiện sóng hấp dẫn vốn được xem là "nhiệm vụ bất khả thi" thì giờ đây việc quan sát hố đen liệu có là kỳ tích tiếp theo của con người. Hãy cùng chờ đợi câu trả lời trong tương lai nhé!
Bài viết được dịch từ: Nytimes.com, Theverge.com, Theguardian.com