Sơ lược về các vấn đề trong vũ trụ học

Bài viết này chỉ nêu sơ lược về quá trình phát triển của vũ trụ học và vật lý thiên văn, các lý thuyết xung quanh sự ra đời của vũ trụ; các nền tảng vật lý học hiện đại là thuyết tương đối lớn và cơ học lượng tử; và cuối cùng là một thuyết thống nhất lớn - thuyết dây - tổng hợp 4 lực cơ bản chi phối tự nhiên: lực hấp dẫn, lực tương tác yếu, lực tương tác mạnh và lực điện từ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sơ lược về các vấn đề trong vũ trụ học SƠ LƯỢC VỀ CÁC VẤN ĐỀ TRONG VŨ TRỤ HỌC Bài viết này chỉ nêu sơ lược về quá trình phát triển của vũ trụ học và vật lýthiên văn, các lý thuyết xung quanh sự ra đời của vũ trụ; các nền tảng vật lý họchiện đại là thuyết tương đối lớn và cơ học lượng tử; và cuối cùng là một thuyếtthống nhất lớn - thuyết dây - tổng hợp 4 lực cơ bản chi phối tự nhiên: lực hấp dẫn,lực tương tác yếu, lực tương tác mạnh và lực điện từ. - GATHIENOLOGYEinstein và thuyết tương đối rộng Năm 1905, một nhân viên kĩ thuật 26 tuổi ở phòng cấp bằng sáng chế phátminh tại Berne, Đức đã công bố thuyết tương đối hẹp. Đó là Einstein, phủ nhận cơhọc cổ điển Newton, một lý thuyết đã được biết đến và luôn nghiệm đúng với thựctế suốt 300 năm cho biết thời gian là tuyệt đối và mọi chuyển động của không giandiễn ra trên cái nền tuyệt đối đó. Với sự ra đời của lý thuyết tương đối hẹp, Einstein khẳng định rằng - Thời gian cũng chỉ có tính tương đối, nó phụ thuộc hệ qui chiếu - Mọi định luật vật lí là như nhau trong mọi hệ quy chiếu. Và một phương trình kinh điển được khắc lên mộ ông sau này: E = MC 2,khối lượng có thể chuyển hoá thành năng lượng, và ngược lại. Công thức này konhững cho phép khám phá bí mật năng lượng của các sao, mà còn chế tạo 2 quảbom nguyên tử đã tàn phá 2 thành phố Hiroshima và Nagasaki năm 1945. Giả sử có 2 anh em sinh đôi là John và Jim. John du hành vào không giantrên một tên lửa bay với vận tốc bằng 87% C. Jim ở lại trên trái đất. 2 anh em liênlạc với nhau bằng cách gửi cho nhau sóng vô tuyến. Jim thấy rằng, với các dụngcụ đo thời gian và khoảng cách mà anh có trên Trái đất, John khi bay trong ko giansẽ già chậm hơn mình 2 lần, phi thuyền của John sẽ ngắn lại so với KT trên Tráiđất 2 lần và khối lượng tăng lên 2 lần. Hay nói cách khác, Jim thấy khi thời giangiãn ra, tức là nó trôi chậm hơn, thì ko gian cũng co lại chừng ấy; và ngược lại. Khi kết thức chuyến đi của mình, John quay về trái đất và gặp lại Jim đã giàhơn mình rất nhiều. Như vậy, trong chừng mực nào đó, John đã du hành đến tươnglai của Jim. Tuy nhiên, đây hoàn toàn chỉ là giả định, trở ngại đầu tiên là cơ thểchúng ta ko thể chịu đựng được những cú tăng tốc đột ngột và vận tốc lớn như vậymà ko bị vụn ra. Ko thể tăng tốc một vật có khối lượng đạt đến vận tốc ánh sáng, bởi khichuyển động với vận tốc lớn, khối lượng của vật đó tăng theo, Vd phi thuyền củaJohn, nếu đạt gần vận tốc AS thì khối lượng tăng đến vô cùng, phải có một lượngnhiên liệu vô cùng lớn để duy trì chuyển động của phi thuyền. Trờ ngạiv ề nhiênliệu là ko thể vượt qua. Do đó, ko thể đạt đến vận tốc ánh sáng, và càng ko thểvượt qua nó. Phải chăng từ xa xưa người ta đã có ý tưởng về sự co giãn không thời gian?Trong các truyện cổ tích, có chàng trai lên trời ở 3 ngày, khi xuống mặt đất đã 3năm trôi qua. Thuyết tương đối hẹp chỉ mô tả được chuyển độngt hẳng đều của các vật,nhưng ko mô tả được chuyển động có gia tốc. Lực hấp dẫn cũng vắng bóng trongphương trình của ông. Từ trước, trong cơ học Newton, không gian là phẳng và các vật thể hútnhau bởi lực hấp dẫn. Tuy nhiên, Einstein chỉ xem không gian là phẳng khi khôngcó vật chất và năng lượng. Từ đó, ông cho ra đời thuyết tương đối rộng, có thể diễn giải nôm na là: sựhiện diện của 1 khối lượng, vd Mặt trời, sẽ làm cho cấu trúc của không gian quanhnó bị cong đi. Sự cong này lại ảnh hưởgn tới các vật khác chuyển động ở lân cận mặtTrời, vì chúng phải chuyển động qua một cấu trúc không gian bị biến dạng. Hìnhảnh minh hoạ với màng cao su và quả bowling, nếu ta đặt 1viên bi nhỏ trên màngđó và cho nso vận tốc ban đầu, thì quãng đường mà nó đi sẽ phụ thuộc rằng quảbowling có được đặt ở tâm hay ko. Nếu ko có quả bowling ở đó, màng cao su sẽphẳng và viên bi sẽ chuyển động theo một đường thẳng. Nếu có mặt quả bowlingvà do đó làm cong màng cao su, thì viên bi sẽ chuyển động với quỹ đạo cong. Nếubỏ qua ma sát, thả viên bi chuyển động với vận tốc và hướng thích hợp, nó sẽ tiếptục chuyển động theo một quỹ đoạ cong, tuần hoàn quanh quả bowling . Đó cũnglà cách giải thích về cơ chế truyền lực hấp dẫn của Einstein. Giống như quả bowling, Mặt trời làm cong cấu trức không gian bao quanhnó và chuyển động của Trái Đất, giống như chuyển động của viên bi, được xácđịnh bởi hình dạng sự cong đó. Trái đất, giống như viên bi, sẽ chuyển động xungquanh Mặt trời nếu như vận tốc và sự định hướng của nó có giá trị thích hợp. Tácdụng này lên Trái đất chính là cái mà chúng ta thường viện đến như là tác dụnghấp dẫn của Mặt trời. Einstein đã chỉ ra được cơ chế truyền hấp dẫn: sự cong củakhông gian. Từ đó, lực hấp dẫn theo cách mới được hiểu như sau: - Quả bowling càng nặng thì sự biến dạng nó gây ra cho màng cao su cànglớn. Tương tự, một vật có khối lượng càng lớn thì sự biến dạng nó gây ra chokhông gian xung quanh cũng càng lớn. Như thế, nếu mo ...