Hố đen kỳ bí

Tham khảo tài liệu hố đen kỳ bí, tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hố đen kỳ bíHố đen kỳ bíSao - Tinh vânTác giả: Trần Văn Tính 11/09/2007 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 dừnglại ở khái niệm hố mà còn là một vùng không gian ảnh hưởng bởi hố đen. Lý thuyết về hố đenlà một trong số các lý thuyết hiếm hoi trong vật lý bao trùm mọi thang đo khoảng cách, từ kíchthước cực nhỏ (thang Planck) đến kích thước quan sát vũ trụ, do vậy có thể kiểm chứng cùnglúc thuyết lượng tử (cho thang nhỏ) và thuyết tương đối (cho thang lớn).Hố đen được dự đoán bởi lý thuyết tương đối rộng. Theo mô hình thuyết tương đối rộng cổ điển,không một vật chất hay thông tin nào có thể thoát ra khỏi hố đen để tới tầm quan sát bên ngoàiđược. Tuy nhiên, các hiệu ứng của cơ học lượng tử, không có trong thuyết tương đối rộng cổđiển, có thể cho phép vật chất và năng lượng bức xạ từ các hố đen. Một số lý thuyết cho rằngbản chất tự nhiên của bức xạ không phụ thuộc vào những thứ đã rơi vào trong hố đen trong quákhứ, nói cách khác hố đen xóa sạch mọi thông tin quá khứ, đây là nghịch lý thông tin hố đen.Nghịch lý này dường như đã được loại bỏ bởi lý thuyết gần đây và dường như thông tin vẫnđược bảo toàn trong hố đen.Sự tồn tại của các hố đen trong vũ trụ được củng cố bởi các quan sát thiên văn, cụ thể là việcnghiên cứu về các sao siêu mới và các bức xạ tia X từ các lò hoạt động hạt nhân vũ trụLịch sửKhái niệm một vật thể nặng đến độ ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi vật đó đã đượcmột nhà khoa học người Anh John Michell đưa ra vào năm 1783 trên một bài báo khoa học đăngtrên tạp chí của Viện hàn lâm Hoàng gia Anh Quốc. Lúc bấy giờ, lý thuyết cơ học cổ điển củaIsaac Newton về hấp dẫn và khái niệm vận tốc thoát đã được biết. Michell đã tính rằng, một vậtthể có bán kính gấp 500 lần Mặt Trời và có mật độ bằng mật độ Mặt Trời thì vận tốc thoát ở bềmặt của nó bằng vận tốc ánh sáng, và do đó không ai có thể nhìn thấy nó.Mặc dù ông nghĩ rằng điều đó rất khó xảy ra nhưng vẫn nghiên cứu khả năng rất nhiều các vậtthể như thế không thể được quan sát trong vũ trụ.Năm 1796, một nhà toán học người Pháp Pierre-Simon Laplace cũng đưa ra ý tưởng tương tựtrong lần xuất bản thứ nhất và thứ hai của cuốn sách của ông, nhưng trong các lần xuất bảnsau thì không đưa vào nữa. Trong suốt thế kỷ thứ 19, ý tưởng đó không gây chú ý vì người tacho rằng ánh sáng là sóng nên không có khối lượng, và do đó không bị ảnh hưởng bởi lực hấpdẫn.Năm 1915, Einstein đưa ra một lý thuyết hấp dẫn gọi là lý thuyết tương đối rộng. Trước đó ôngđã cho thấy ánh sáng bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn. Mấy tháng sau, Karl Schwarzschild đã đưara nghiệm cho trường hấp dẫn của một khối lượng điểm và tiên đoán về lý thuyết sự tồn tại củamột vật thể mà ngày nay được gọi là hố đen. Ngày nay, bán kính Schwarzschild được coi là bánkính của một hố đen không quay, nhưng vào lúc bấy giờ người ta không hiểu rõ về nó. Bản thânSchwarzschild cũng từng nghĩ rằng nó không có ý nghĩa vật lý.Vào những năm 1920, Subrahmanyan Chandrasekhar đã cho tính toán rằng một vật thể khôngquay có khối lượng lớn hơn một giá trị nhất định mà ngày nay được biết là giới hạnChandrasekhar, sẽ suy sập dưới lực hấp dẫn của chính nó và không có gì có thể cản trở quátrình đó diễn ra. Tuy nhiên, một nhà vật lý khác là Arthur Eddington chống lại giả thuyết đó vàcho rằng chắc chắn sẽ có cái gì đó xảy ra để không cho vật chất suy sụp đến mật độ vô hạn.Năm 1939, Robert Oppenheimer và H. Snyder tiên đoán rằng các ngôi sao nặng sẽ phải chịuquá trình suy sập do hấp dẫn. Các hố đen có thể hình thành trong tự nhiên. Trong một thời gian,người ta gọi các vật thể như vậy là các ngôi sao bị đóng băng vì sự suy sập sẽ bị chậm đi mộtcách nhanh chóng và ngôi sao sẽ trở nên rất đỏ khi đạt đến gần giới hạn Schwarzschild. Tuyvậy, các vật thể nặng như thế không được quan tâm lắm cho đến cuối những năm 1960. Phầnlớn các nhà vật lý, vào lúc đó, tin rằng hố đen là một nghiệm đối xứng cao đặc biệt doSchwarzschild tìm ra, và các vật thể bị suy sập trong tự nhiên sẽ không tạo nên các hố đen.Việc nghiên cứu về hố đen trở nên sôi nổi vào năm 1967 do sự tiến bộ của lý thuyết và thựcnghiệm. Stephen Hawking và Roger Penrose đã chứng minh rằng các hố đen là các nghiệmtổng quát của lý thuyết hấp dẫn của Einstein, và sự suy sập để tạo nên hố đen, trong một sốtrường hợp, là không thể tránh được. ...