Những bí ẩn của Vũ trụ: Lỗ đen (P1)
Mô phỏng một lỗ đen ở tâm dải ngân hà, cách chúng ta 600 ngàn năm ánh sáng.
Chiếc thuyền giấy lững lờ trôi dần ra xa, trên thuyền, cô bé đặt 5 viên sỏi nhỏ tượng trưng cho 5 thủy thủ can đảm trong hành trình nhiều thử thách nhưng cũng đầy ắp mộng mơ. Ngồi sát bên mép nước cô bé khua tay xuống mặt hồ như để đẩy chiếc thuyền đi xa hơn trong ánh mắt nhân từ của người cha đang dõi theo cô trên bờ. Khi chiếc thuyền đã khuất tầm với, cô vẫy tay tạm biệt những chàng thủy thủ cùng con thuyền kiêu hãnh kia sẽ tìm thấy những vùng đất tươi đẹp, những vùng đất chứa đựng những điều thần kỳ tựa như xứ sở thần tiên của Alice mà cô vẫn thường được nghe kể vào mỗi buổi tối bên cạnh gấu Teddy đáng yêu.
Đây là mùa người ta đang tháo nước trong hồ để hứng chờ những cơn mưa mang nguồn nước mới trong lành, việc tháo nước hồ được thực hiện thông qua một van nhỏ mà người ta hay gọi là "lỗ rốn" ở giữa hồ. Nước được rút khỏi hồ từ từ qua "lỗ rốn" này, do mực nước hồ khá sâu, "lỗ rốn" lại nằm dưới đáy hồ nên mặt hồ có một xoáy nước lớn. Chiếc thuyền giấy cùng "đoàn thuỷ thủ" cứ lập lờ trôi vô định, không có động cơ, mặt hồ lại phẳng lặng, nó phó mặc cho những cơn gió nhẹ lèo lái mà không biết rằng nó đang tiến dần đến lỗ xoáy. Không một tín hiệu cảnh báo cũng chẳng có một dấu hiệu gì cho thấy "tâm chết" đang ở phía trước, mặt nước vẫn yên ả, những con nhện nước vẫn nhởn nhơ quanh đó. Trong sự tĩnh lặng chết người đó, con thuyền giấy mỏng manh đã vượt qua "lằn ranh đỏ" - bán kính không thể quay lui của lỗ xoáy mà không hề hay biết, nó bắt đầu rẽ hướng, chuyển động nhanh dần theo hình vòng cung. Đã quá trễ, số phận chiếc thuyền giấy bé nhỏ đó đã được định đoạt, ngay cả những cơn gió mạnh nhất cũng không thể mang nó thoát ra được nữa, chiếc thuyền chuyển động càng lúc càng nhanh trên những vòng tròn ngày càng hẹp dần, chiếc mui thuyền bắt đầu chúc xuống, những viên sỏi "thủy thủ" xô đẩy rồi văng ra, chiếc thuyền dựng đứng lên, xoay tít rồi bị hút hẳn xuống lỗ xoáy, cuộc hành trình đầy mộng mơ và đáng yêu của những viên sỏi "thủy thủ" biến mất trên mặt hồ mang theo cả xứ sở Alice thần kỳ của cô bé, mà giờ đây, đang tíu tít cười nói trong vòng tay ấm áp của cha cô...
Cách chúng ta 600 ngàn năm ánh sáng, ở ngoài biên của dải ngân hà đang tồn tại một "xoáy nước" như vậy, và con thuyền trái đất của chúng ta cùng hơn 6,5 tỷ viên sỏi mà nó đang mang theo cũng đang lững lờ trôi về phía lỗ xoáy đó, một cuộc hành trình định mệnh, sẽ không thể thay đổi được hải trình dù có nỗ lực đến đâu đi nữa. Ở một tương lai xa xôi nào đó chúng ta sẽ bị nuốt chửng trong cái bụng đen ngòm con quái vật khủng khiếp và uy lực nhất vũ trụ - lỗ đen.
Lực hấp dẫn
Được phát hiện và tính toán bởi Isaac Newton vào cuối thế kỷ thứ 17, lực hấp dẫn đã trở thành một trong những khám phá quan trọng và bí ẩn nhất của tự nhiên cho đến tận ngày nay, truyền thuyết cho rằng khi Newton đang dạo trong vườn thì bị một quả táo rơi trúng đầu và ông đã nghiệm ra những dấu hiệu của lực hấp dẫn. Tôi có dịp nói chuyện qua mail với nhà Vật lý lý thuyết, một chuyên gia hàng đầu về lỗ đen và thuyết tương đối ở Đại học Stanford - Leonard Susskind về truyền thuyết này và được ông cho rằng đó chỉ là lời đồn thổi đầy hình tượng. Newton đã mất một thời gian rất dài để tìm ra lực hấp dẫn và cách tính toán nó chứ không phải do một quả táo nào đó đem đến. Lực hấp dẫn là nguyên nhân của rất nhiều sự kiện, hiện tượng đang hiển hiện hàng ngày, từ cân nặng của bạn đến cảm ứng gia tốc trong iPhone, là nguyên nhân gây ra thủy triều và cũng là "sợi dây" buộc mặt trăng với trái đất để mỗi dịp tháng tám âm lịch các em thiếu nhi lại nô nức rước đèn đón trăng.
Bên cạnh những điều tốt đẹp (nếu không muốn nói là sống còn) mà lực hấp dẫn mang lại thì ở đâu đó trong Vũ trụ, lực hấp dẫn cũng đẻ ra một đứa con ngỗ ngược và hung tợn, một con quái vật khổng lồ, đen sì và phàm ăn, chúng nuốt cả ánh sáng - thực thể có vận tốc lớn nhất trong Vũ trụ để không ngừng lớn lên. Những lỗ đen không di chuyển nhanh nhẹn như những ngôi sao chổi nhưng cái miệng nham nhở của chúng vẫn liên tục mở rộng để vồ lấy những vật thể vô tình đi ngang qua nó, đôi khi là cả những ngôi sao hoặc chùm sao khổng lồ, mà so với chúng, trái đất của chúng ta chỉ là những hạt bụi không hơn không kém.
Bản chất của lỗ đen chính là lực hấp dẫn, khi một ngôi sao cạn nhiên liệu thì nó sẽ co sụp dưới tác động của hấp dẫn tự thân, những hạt nhỏ xíu cấu tạo nên nó sẽ hút lẫn nhau khiến cho nó bị co nén lại, với một ngôi sao nhỏ thì việc vò nén này sẽ có giới hạn, ngôi sao đó sẽ co lại cỡ trái đất, mặt trăng hay thậm chí chỉ bé như viên bi. Tuy nhiên, với một ngôi sao nặng hơn 4 lần mặt trời thì việc co nén đó sẽ không bao giờ ngừng lại, kích thước của nó dần bằng trái đất, mặt trăng rồi quả bóng, hạt cát và cứ nhỏ mãi như thế, nó trở thành một lỗ đen không kích thước nhưng lực hấp dẫn của nó lại lớn gần như vô hạn, hút tất cả vật chất kể cả ánh sáng chuyển động ở gần nó, và do nó nuốt cả ánh sáng nên chúng ta không thể quan sát trực tiếp được nó mà chỉ nhờ các quan sát gián tiếp vì thế giới khoa học gọi đó là các lỗ đen.
Ngày nay, nhờ những quan sát từ những kính thiên văn hiện đại được đặt ngoài không gian hoặc tại những vùng có bầu khí quyển trong lành nhất mà người ta phát hiện ra rằng những lỗ đen hoàn toàn không hiếm gặp trong vũ trụ thậm chí chúng rất đông đúc với đủ loại kích thước, có những lô đen "tí hon" mà "cái miệng" của chúng chỉ cỡ và chục mét đường kính, nhưng cũng có những lỗ đen siêu khổng lồ mà "cái miệng" của nó có thể nuốt trọn một góc của giải ngân hà. Nằm giữa thiên hà Milky Way (giải ngân hà) của chúng ta là một lỗ đen khổng lồ như thế, nó được phát hiện dựa trên những quan sát vào năm 1980.
Lằn ranh đỏ - bán kính không thể quay lui
Một lỗ đen là một vật thể không có kích thước nhưng lực hấp dẫn lại lớn đến vô hạn, vì thế ở gần quanh nó là một vùng không gian vô cùng nguy hiểm được giới hạn bởi một ranh giới tượng trưng được gọi là bán kính không thể quay lui, nói cách khác, nếu bạn vượt qua ranh giới này để tiến gần lỗ đen hơn thì coi như số phận của bạn đã được định đoạt, sẽ không có cách gì khiến bạn trở ra được nữa và hậu quả sẽ vô cùng khủng khiếp. Tùy vào kích thước của mỗi lỗ đen mà bán kính này lớn, nhỏ khác nhau, với một lỗ đen nhỏ, bán kính không thể quay lui của nó có thể chỉ khoảng vài chục mét, nhưng với những lỗ đen khổng lồ thì bán kính đó có thể lên tới hàng triệu km, thậm chí còn được tính bằng năm ánh sáng. Một điều quan trọng nữa là những bán kính này có thể thay đổi chẳng hạn khi một lỗ đen nuốt vật chất rơi vào trong nó thì khối lượng của lỗ đen sẽ tăng lên và bán kính không thể quay lui tương ứng cũng sẽ lớn thêm. Ngược lại, một lỗ đen không nuốt vật chất thì nó sẽ bốc hơi và dần tiêu biến và như thế bán kính tương ứng cũng bị thu nhỏ lại - đây là phát hiện quan trọng nhất của Stephen Hawking, là trung tâm của cuộc tranh luận dai dẳng kéo dài hơn 30 năm giữa Hawking và Susskind cùng một số người khác, thật may mắn cho chúng ta phần thắng đã không thuộc về Hawking, vì theo Hawking thì mọi thứ thật tệ hại (bạn nào muốn tìm hiểu nội dung cuộc tranh luận này có thể tìm đọc cuốn "Cuộc chiến lỗ đen" của L. Susskind vừa được xuất bản ở Việt Nam).
Bạn sẽ thế nào nếu rơi vào một lỗ đen?
Lỗ đen là một vật thể vô cùng bí hiểm của Vũ trụ, cái mà lỗ đen nuốt vào bụng nó không chỉ có vật chất mà cả không - thời gian quanh nó. Trở lại hình ảnh của một xoáy nước, chúng ta đều biết dù mặt hồ có phẳng lặng đến đâu thì vùng nước xung quanh một xoáy nước cũng vẫn bị uốn cong, nó giống như một cái phễu mà mọi vật trôi qua miệng phễu đều bị chui tụt xuống. Một hình ảnh tương tự cho các lỗ đen nhưng trừu tượng hơn, xung quanh một lỗ đen, không - thời gian bị uốn cong và theo thuyết tương đối của Einstein thì nó sinh ra rất nhiều hệ quả kỳ lạ trong cái vùng không gian đặc biệt này. Một giả định, nếu anh Hiệp trên diễn đàn bị hút vào một lỗ đen thì những người quan sát trên trái đất như chúng ta sẽ chỉ thấy anh trôi lập lờ qua "miệng phễu" - bán kính không thể quay lui, rồi như một cuộn băng càng ngày càng quay chậm, chúng ta thấy anh di chuyển vô cùng chậm chạp để tiến gần đến tâm lỗ đen, hiệu ứng này do sự cong của không thời gian ở vùng trong bán kính của lỗ đen gây ra nhưng do chúng ta đứng ở ngoài quan sát nên mới thấy sự kỳ lạ đó. Anh Hiệp vẫn trôi dần vào tâm lỗ đen nhưng càng lúc càng chậm một cách kinh khủng (do không - thời gian chỗ anh Hiệp càng lúc càng cong, để dễ hình dung về sự cong này, các bạn hãy nghĩ tới xoáy nước). Ban đầu chúng ta áng chừng mất khoảng 2 tiếng để anh Hiệp trôi thêm được 1m nhưng sau đó thì chúng ta sẽ mất cả đời mà không thấy anh quản trị gầy gò này trôi thêm được một centi nào nữa. Cuộn băng như dừng lại và hình ảnh cuối cùng còn lại mà chúng ta thấy sẽ là một anh Hiệp đang cười (hay mếu) rất tươi, bất động, gần tâm lỗ đen.
Đó là cái chúng ta thấy, nhưng còn anh Hiệp thì sao? Cảm giác này tôi chỉ mong là mình đang khéo tưởng tượng vì sự thật sẽ vô cùng khủng khiếp. Cũng theo hiệu ứng không thời gian cong mà anh Hiệp thấy cuộc sống trên trái đất diễn ra nhanh một cách điên cuồng, chỉ một cái nhắm mắt ngáp ngủ của anh khi mở ra cũng thấy con cháu anh bỗng vụt lớn và xây dựng gia đình trong khi những người bạn đồng niên của anh người thì bắt đầu chống gậy, người thì bắt đầu nhặt lá đá ống bơ. Nhưng đó không phải là điều khủng khiếp nhất mà anh phải trải qua, lực hấp dẫn ngày một tăng theo cấp số nhân khi tiến gần tâm lỗ đen khiến phần chân anh bị kéo mạnh hơn phần đầu, kết quả là anh bị kéo dài ra như sợi mì. Càng tiến gần "tâm chết", lực tác động này như được cộng hưởng khiến anh sẽ bị xé nát và phân tách thành những hạt còn nhỏ hơn cả nguyên tử - một kết cục mà người viết chỉ mong anh tha lỗi vì đã dám tưởng tượng ra...
(còn tiếp)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét
Lưu ý: Chỉ thành viên của blog này mới được đăng nhận xét.