| Liên Mạng VietNam || GiaiTri.com | GiaiTriLove.com | GiaiTriChat.com | LoiNhac.com | Đăng Nhập | Gia Nhập |
Home >> Khoa Học >> Thuyết tương đối cho mọi người Thuyết tương đối cho mọi người
M. Gardner
Phần kết
... Theo Gamop, đã có thời kỳ toàn bộ vật chất trong vũ trụ tập trung trong một quả cầu đơn nhất khá đậm đặc của một khối vật chất gọi là Item (tên gọi cổ Hy lạp của khối vật chất nguyên thủy). Vậy thì nó từ đâu mà ra? Gamop cho rằng nó được tạo thành do kết cấu của sự dồn nén từ trước của vũ trụ...
Với sự xuất hiện của mô hình đó ngay lập tức vấn đề phản đề Olbe về ánh sáng của bầu trời đêm đã được làm sáng tỏ. Mô hình tĩnh của Anhxtanh ít hỗ trợ về mặt này. Thực vậy, nó chỉ chứa đựng một số hữu hạn số lượng mặt trời, nhưng do độ dẹt của không gian trong mô hình ánh sáng của các mặt trời này buộc phải lan tỏa mãi mãi toàn vũ trụ bằng cách uốn cong đường đi của mình phù hợp với tỉ suất cong cục bộ của không gian thời gian. Kết quả là bầu trời đêm tỏa sáng giống như trong trường hợp có vô số mặt trời nếu không giả thiết rằng vũ trụ đang còn quá trẻ, nhiều ánh sáng chỉ có thể thực hiện một số hữu hạn các vòng xoáy.
Khái niệm vũ trụ dãn nở gạt bỏ rất đơn giản vấn đề này. Nếu các thiên hà xa xôi rời xa trái đất với vận tốc tỉ lệ với khoảng cách đến chúng thì số lượng đầy đủ ánh sáng đến được trái đất phải giảm thiểu. Nếu một thiên hà ở đủ xa vận tốc của nó có thể vượt quá vận tốc ánh sáng khi ánh sáng cách nó nói chung không bao giờ đạt tới chỗ chúng ta. Ngày nay nhiều nhà thiên văn cho rằng nếu như vũ trụ dãn nở, thì hẳn đã không có sự khác biệt thực sự nào giữa ngày và đêm.
Hiện tượng vận tốc của các thiên hà xa xôi đối với trái đất có thể vượt quá vận tốc ánh sáng dường như là phá vỡ nguyên lý: không một vật thể vật chất nào có thể chuyển động nhanh hơn vận tốc ánh sáng. Nhưng như chúng ta đã thấy ở chương 4 nguyên lý này có hiệu lực chỉ trong các điều kiện phù hợp với các yêu cầu của thuyết tương đối hẹp. Trong thuyết tương đối tổng quát cần diễn đạt lại như sau: không một tín hiệu nào có thể truyền đi nhanh hơn ánh sáng. Song vẫn đang có vấn đề quan trọng còn tranh cãi như sau: trên thực tế có thể có các thiên hà xa xôi khắc phục được rào cản ánh sáng và sau khi trở thành không nhìn thấy được, vẫn luôn luôn biến mất do tường ngăn của con người, thậm chí nếu như con người có bố trí được một kính viễn vọng cực mạnh mà ta có thể hình dung ra. Một số chuyên gia cho rằng vận tốc ánh sáng trên thực tế là giới hạn và chính bản thân các thiên hà xa xôi nhất cũng dễ bị xỉu đi hơn mà không bao giờ hoàn toàn nhìn thấy được (tất nhiên trong điều kiện con người phải bố trí những máy móc đủ nhậy cảm để quan sát chúng).
Những thiên hà già nua, như ai đó đã có lần nhận xét, không bao giờ bị chết đi. Đơn giản là chúng dần dần biến mất. Song dễ hiểu là không một thiên hà nào biến đi với ý nghĩa là vật chất của vũ trụ bị biến mất. Đơn giản là nó đạt được vận tốc không thể phát hiện bằng kính viễn vọng trên trái đất. Thiên hà biến mất tiếp tục nhìn thấy được từ các thiên hà khác ở gần với nó. Đối với mỗi thiên hà tồn tại một "đường chân trời quang học" kiểu như một ranh giới hình cầu mà kính viễn vọng không thể xuyên thủng. Các đường chân trời hình cầu này đối với hai thiên hà bất kỳ không trùng nhau. Các nhà thiên văn tính rằng các điểm mà sau đó thiên hà bắt đầu biến đi từ trường ngắm của chúng ta nằm ở khoảng xa gấp đôi so với miền đạt được của bất kỳ kính viễn vọng quang học hiện đại nào. Nếu như giả thiết đó là đúng thì bấy giờ đã nhìn thấy một phần tám của tất cả các thiên hà mà một thời điểm nào đó có thể quan sát được.
Nếu vũ trụ dãn nở (không quan trọng là không gian phải phẳng không dẹt hoặc là dẹt) thì xuất hiện vấn đề hóc búa là như vậy. Vậy thì vũ trụ trước kia giống cái gì? Có hai cách thức khác nhau trả lời câu hỏi này, hai mô hình vũ trụ hiện đại. Cả hai mô hình đều được đề cập ở chương sau.
Vụ nổ hoặc là trạng thái ổn định?
Bạn thử hình dung một bức tranh vũ trụ từ từ dãn nở, sau đó làm ngược lại như xảy ra trên màn ảnh. Rõ ràng là trong "quá khứ phủ đầy bóng tối và không cùng của thời gian" như có lần Sexpia đã nói, đã từng có lúc số lượng vật chất tập trung vào một khối vật nhỏ. Có thể là toàn bộ quá trình dãn nở đã bắt đầu nhiều tỉ năm trước đây với một vụ nổ lớn đầu tiên. Đó là quan điểm vụ nổ lớn đầu tiên được Lemet đề xuất và ngày nay đã có được người bảo vệ nhiệt thành nhất mà đại biểu là Gamop.
Gamop trong cuốn sách "sự tạo thành vũ trụ" đã bảo vệ thuyết phục học thuyết của mình. Lemet cho rằng vụ nổ xảy ra chừng năm tỉ năm trước đây, say mê đánh giá độ tuổi của vũ trụ vẫn thiên về phía tăng dần lên. Hiện nay người ta cho rằng độ tuổi từ 20 đến 25 tỉ năm là gần đúng nhất. Như vậy, theo Gamop đã có thời kỳ toàn bộ vật chất trong vũ trụ tập trung trong một quả cầu đơn nhất khá đậm đặc của một khối vật chất gọi là Item (là tên gọi cổ Hy lạp của khối vật chất nguyên thủy). Vậy thì nó từ đâu mà ra? Gamop cho rằng nó được tạo thành do kết cấu của sự dồn nén từ trước của vũ trụ. Về giai đoạn dồn nén này, đương nhiên chúng ta không thể nhận biết được điều gì. Giống như mô hình của Lemet, mô hình Gamop bắt đầu từ một vụ nổ được gọi là "thời điểm tạo thành", nhưng không phải với ý nghĩa rằng tôi không có gì tạo ra một cái gì đó mà là với ý nghĩa tạo ra một dạng từ một cái gì đó không có hình dạng trước đó.
Ngay trước vụ nổ nhiệt độ và áp suất của Item là rất cao. Sau đó xảy ra vụ nổ kì lạ không thể tưởng tượng nổi. Trong cuốn sách của mình, Gamop đã phân tích chi tiết mọi cái có thể xảy ra sau đó. Cuối cùng từ bụi và khí dãn nở mà tạo thành các ngôi sao. Sự dãn nở của tương đối ngày nay là sự tiếp tục của vận động tổng hợp vật chất bởi vụ nổ ban đầu. Gamop cho rằng sự vận động đó không bao giờ ngừng.
...Vũ trụ là đơn nhất (theo nghĩa khái quát nhất của từ đó) trong không gian vô tận và thời gian vô tận. Sự dãn nở của nó không phải là hậu quả của vụ nổ. Đó là do một lực đẩy nào đó mà bản chất của nó đang còn được tranh luận sôi nổi. Lực này giống như hằng số vũ trụ còn lại của Anhxtanh...
Hiện nay, cạnh tranh với lý thuyết vụ nổ của Gamop chủ yếu là lí thuyết vũ trụ ổn định được đề xuất vào năm 1948 bởi ba nhà bác học của trường Đại học Cambrit là Hecman Bunđi, Tomat Hon và Fut Hoy. Bảo vệ thuyết phục nhất lý thuyết này là cuốn sách phổ biến của Hoy "Bản chất của vũ trụ". Giống như trong lý thuyết của Gamop, trong lý thuyết trạng thái ổn định, người ta chấp nhận sự dãn nở của vũ trụ và không gian được xem là mở và vô cùng, chứ không phải là đóng kín như mô hình của Edington. Khác với lý thuyết của Gamop, lý thuyết này không bắt đầu từ vụ nổ, trong đó, nói chúng là không có điểm khởi đầu. Không phải ngẫu nhiên mà đầu đề cuốn sách của Hoy khác với đầu đề cuốn sách của Gamop chỉ là sự thay đổi một từ. Vũ trụ của Hoy không có thời điểm tạo thành để như chúng ta thấy càng nhanh chóng có được vô số các kiến tạo nhỏ. Hoy đã xây dựng công thức đó như sau. "Mỗi đám mây thiên hà, mỗi ngôi sao, mỗi nguyên tử đều có bắt đầu, nhưng không phải là vũ trụ nói chung. Vũ trụ là một cái gì đó lớn hơn các bộ phận của nó, mặc dù kết luận này có thể tỏ ra là bất ngờ".
Vũ trụ ổn định luôn luôn ở trong trạng thái chuyển động từ tốn. Nếu như chúng ta có thể kể lại hàng trăm nghìn tỉ năm trước đây, chúng ta hẳn đã thấy được những kiểu dáng của các thiên hà đang phát triển trong bất kỳ bộ phận nào của vũ trụ, chứa đựng chính những kiểu dáng của các vì sao đang già đi, mà một số trong đó có cùng kiểu dáng của các hành tinh quay xung quanh các vì sao đó. Và trên một số hành tinh ấy, có thể là tồn tại những dạng tương tự của sự sống. Có thể là tồn tại vô số hành tinh trên đó vào chính thời khắc này (độc lập với điều nó có ý nghĩa gì) những thực thể có trí tuệ phóng các nhà du hành vũ trụ đầu tiên của mình vào vũ trụ. Vũ trụ là đơn nhất (theo nghĩa khái quát nhất của từ đó) trong không gian vô tận và thời gian vô tận. Sự dãn nở của nó không phải là hậu quả của vụ nổ. Đó là do một lực đẩy nào đó mà bản chất của nó đang còn được tranh luận sôi nổi. Lực này giống như hằng số vũ trụ còn lại của Anhxtanh. Nó đẩy các thiên hà ra cho đến khi chúng còn chưa biến mất khỏi "trường ngắm" khi vượt qua rào cản ánh sáng. Hiển nhiên, sự biến mất này xảy ra từ điểm ngắm của người quan sát trong thiên hà chúng ta. Khi người quan sát từ trái đất nhìn thấy thiên hà X và láng giềng của nó rời xa nhau, người quan sát từ thiên hà X nhìn thấy cũng như vậy từ thiên hà chúng ta.
Một vấn đề quan trọng đặt ra. Nếu tương đối luôn luôn dãn nở và sẽ tiếp tục dãn nở, thì tại sao nó lại đậm đặc hơn? Rõ ràng là không có cách khác giải thích trạng thái ổn định, ngoài cách giả thiết rằng vật chất mới được tạo thành liên tục, có thể là dưới dạng hydro - một nguyên tố đơn giản nhất trong các nguyên tố. Theo Hoy, nếu như trong một thùng không gian (hầu như không thể viết về quan điểm của Hoy mà không tán đồng sử dụng cách hình dung đó) cứ mỗi nguyên tử hyđro được tạo ra trong khoảng 10 triệu năm, thì hẳn là sẽ duy trì được vũ trụ trong trạng thái ổn định. Đương nhiên, vận tốc mà với vận tốc vật chất được tạo thành cần phải vừa vặn sao cho cân bằng được quá trình giảm thiểu mật độ. Vậy thì các nguyên tử hyđro lấy từ đâu ra? Không ai dám trả lời vấn đề này. Đó chính là điểm khởi đầu lý thuyết của Hoy. Nếu như kiên trì lòng tin vào việc thành tạo từ không có gì, thì đó là điểm mà trong lý thuyết trạng thái ổn định đã xảy ra, và đáng tin hơn là sự sáng tạo diễn tiến không ngừng.
Cả hai lý thuyết đang tranh chấp - lý thuyết vụ nổ và lý thuyết trạng thái ổn định - đều có thể phù hợp với tất cả các sự kiện đã biết về vũ trụ (chính xác hơn là với những điều mà ở thời điểm này người ta xem là đã biết), cũng như với tất cả các nguyên lí của thuyết tương đối. Hiện nay cả hai lý thuyết đều được chấp nhận như nhau. Hằng năm những quan sát mới nào đó khẳng định lý thuyết vụ nổ và tạo ra sự nghi ngờ đối với lý thuyết trạng thái ổn định, song chúng đều được cân bằng bởi các kết quả quan trắc mới, khẳng định lý thuyết trạng thái ổn định và tạo ra sự nghi ngờ đối với lý thuyết vụ nổ lớn. Nếu các bạn đọc sách báo của người bảo vệ lý thuyết nào đó bạn sẽ thấy rằng tác giả viết sao cho mọi số liệu thiên về bên này hoặc bên kia. Bạn hãy cảnh giác. Khi các chuyên gia bất đồng ý kiến bạn hãy tỉnh táo để khỏi thiên về ý kiến của ai nếu như bạn chưa thực sự cảm nhận về tính thuyết phục của nó. Gamôp công khai viết về cảm tình của mình đối với lý thuyết vụ nổ. Cũng như vậy, Hoy công khai ủng hộ lý thuyết trạng thái ổn định (tôi được biết rằng hiện nay các nhà tâm lý học vẫn chưa giải thích hai hiện tượng trên cơ sở tâm thần của những người bảo vệ chúng, song có thể tin rằng cuối cùng sẽ dẫn tới điều đó). Nếu như không có thiện cảm thì về mặt lý trí còn phải chờ đợi cho đến khi các nhà thiên văn học đưa những cứ liệu đầy đủ để có thể quyết đạp ngã theo lý thuyết nào.
Còn có nhiều mô hình vũ trụ khác nữa. Một số được đề xuất một cách nghiêm túc, số khác thì như thể trò đùa. Có mô hình trong đó không gian xoắn lại giống hình phễu.
Nếu như bạn đi vòng quanh một vũ trụ như vậy một lượt, bạn sẽ lại ở chỗ bắt đầu cuộc hành trình, có điều tất cả sẽ đạo ngược như ở trong gương. Đương nhiên bạn có thể đi vòng quanh nó một lần nữa và trở về chỗ cũ. Có cả mô hình vũ trụ hình trụ trong đó các vụ nổ luân phiên thời kỳ dãn nở và thời kỳ dồn nén. Chu kì đó được lặp lại không chết như kiểu phục sinh vĩnh hằng của các nhà triết học và tôn giáo phương đông (cũng xin nói rằng Etga Po trong tác phẩm về vũ trụ khác lạ của mình dưới tiêu đề "Ơrêka" (tìm ra rồi!), mà ông đã đánh giá cao, đã bảo vệ mô hình vũ trụ hình trụ hiện nay dạng ở giai đoạn dồn nén). Cực đoan nhất trong số các mô hình, như đã biết, là mô hình "tương đối động học" được đề xuất bởi nhà thiên văn học thuộc trường đại học Oxphit là Eđua Min. Trong đó chấp nhận cả hai dạng thời gian rất khác nhau. Ở một thuật ngữ (khái niệm) thời gian tuổi và kích thước vũ trụ là vô tận và nó hoàn toàn không dãn nỡ. Ở thuật ngữ thời gian khác nó lại có kích thước hữu hạn và dãn nở ngày từ lúc thành tạo. Dạng thời gian nào được chọn làm chủ yếu là vấn đề thuận tiện mà thôi.
Nhà toán học người Anh là Etmun Uytcơ đã có lần đề nghị (dưới hình thức tếu) một lý thuyết vũ trụ co thắt, trong đó vũ trụ hữu hạn không chỉ bị co lại, mà vật chất không ngừng đi về nơi mà từ đó nó đến theo lý thuyết của Hoy. Thế giới cuối cùng sẽ hoàn toàn biết mất, nhưng không kèm theo vụ nổ, mà là tiếng thở hắt ra cuối cùng. "Lý thuyết này có ưu điểm - Uytcơ viết - nó cho một bức tranh rất đơn giản về sự chấm hết của vũ trụ". Tất nhiên một lý thuyết như vậy cần được giải thích tại sao chúng ta quan sát thấy không phải là sự xê dịch màu tím, mà là màu đỏ trong quang phổ của các thiên hà, nhưng làm điều đó thì dễ dàng. Muốn vậy cần phải vay mượn ở de Xitơ một trong những phương pháp và giả thiết rằng thời gian tăng tốc đường đi của nó (một trong những nhà vật lý nhận xét vui rằng điều đó chỉ có thể giải thích là tại sao chúng ta trở nên già đi, vì dường như một năm trôi đi nhanh như một tháng - Trên thực tế nó trôi nhanh như tháng) ánh sáng đến với trái đất từ thiên hà xa xăm lúc đó chính là ánh sáng của thiên hà đã hàng tỉ năm trước đó, khi các dao động điện từ xảy ra chậm dần đi. Điều đó có thể dẫn đến sự di động màu đỏ đủ lớn để vượt qua sự xê dịch Dôpl sang miền trên của quang phổ. Đương nhiên, thiên hà càng ở xa, nó càng già hơn và đỏ hơn.
Thực tế có thể xây dựng công thức mô hình vũ trụ co thắt chỉ ra rằng các phương trình thuyết tương đối mềm dẻo biết nhường nào. Chúng có thể phù hợp với nhiều mô hình vũ trụ khác nhau, mỗi mô hình đó có thể giải thích mọi điều quan sát được hiện nay. Thật là thú vị nhận thấy rằng nhà triết học người Anh Frenxit Bacơn vào năm 1620 trong tác phẩm của mình "Novum Organum" (Tổ chức mới) đã viết : "Về bầu trời có thể kiến tạo nhiều giả thuyết khác nhau, song những giả thuyết phải phù hợp với các hiện tượng". Vũ trụ học hiện đại không thay đổi về mặt này, cho dù số lượng hiện tượng được quan sát là rất lớn; như vậy, có cơ sở để giả thuyết rằng các mô hình hiện đại càng tiến dẫn tới chân lý hơn là các mô hình cũ. Tất nhiên, các mô hình vũ trụ phải trải qua hành trăm năm dựa trên cơ sở những số liệu thiên văn còn chưa được tới hiện nay có thể hoàn toàn không thích hợp với bất kỳ mô hình nào của chúng ta mà giờ đây đang được nghiên cứu nghiêm túc.
Có câu chuyện vui nho nhỏ của nhà văn Ieclan lãnh chúa Danxen (trong cuốn sách của ông nhan đề "Con người ăn thịt phượng hoàng" trong đó Atlas, kể lại cho Đanxen chuyện xảy ra rằng vào một ngày khi nhờ có khoa học những người chết thôi tin vào mô hình vũ trụ cổ Hylạp, Atlas nói rằng nhiệm vụ của chàng khá là đần độn và phiền toái. Chàng bị lạnh, bởi vì phải đeo trên cổ cực nam của trái đất, còn hai tay chàng luôn luôn bị ướt bởi hai đại dương. Nhưng chàng tiếp tục thực hiện nhiệm vụ của mình cho đến khi loài người vẫn tin vào chàng.
Sau đó, Atlas buồn bã nói thế giới bắt đầu trở nên "quá thông thái". Atlas quyết định rằng mình không còn cần thiết nữa, chàng đã để lại thế giới và ra đi.
"Nhưng, Atlas nói, đầy vẻ suy nghĩ, trăn trở. Song tôi đã ngạc nhiên sâu sắc; ngạc nhiên về điều đã xảy ra khi tôi đã làm điều đó.
"Vậy điều gì đã xảy ra?" "Tuởng như không có gì. Đơn giản là không có gì cả".
Trong cuốn sách này tôi có ý định kể một câu chuyện về điều đã xảy ra do kết quả của sự kiện gần với chúng ta hơn khi thượng đế Niutơn của chuyển động tuyệt đối, sau đó Anhxtanh đã để lại trái đất cho chúng ta và ra đi. Với trái đất không có gì đặc biệt xảy ra cả, chí ít là đang như vậy. Nó tiếp tục quay xung quanh trục của nó, căng ta theo xích đạo và quay xung quanh mặt trời. Nhưng trong vật lý học dù sao cũng có cái gì đó đã xảy ra. Khả năng lý giải của vật lý học, khả năng dự đoán của nó và hơn thế nữa khả năng thay đổi bộ mặt trái đất về phía tốt hoặc xấu đã lớn hơn nhiều so với bất kỳ thời gian nào trước đây.
Hết
<< Mô hình vũ trụ |