Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương II. Phần nội dung

Chương II. Phần nội dung

Tải bản đầy đủ - 0trang

Vũ trụ có thể được định nghĩa là mọi thứ đang tồn tại, mọi thứ đã tồn tại, và mọi

thứ sẽ tồn tại. Theo như hiểu biết hiện tại, Vũ trụ chứa các thành phần: không thời

gian, các dạng năng lượng (bao gồm bức xạ điện từ và vật chất), và các định luật

vật lý liên hệ giữa chúng. Vũ trụ bao hàm mọi dạng sống, mọi lịch sử, và thậm chí

một số nhà triết học và khoa học gợi ý rằng nó bao hàm các ý tưởng như tốn

học và logic



2.1.2. Cơ sở hình thành

Có rất nhiều giả thuyết về sự hình thành vũ trụ nhưng thuyết được nhiều nhà khoa

học công nhận nhất hiện nay là “ Big Bang”,hay còn được gọi là thuyết “Vụ nổ

lớn”



Năm 1927, một linh mục người Bỉ là Georges Lemtre là người đầu tiên đề xuất

rằng vũ trụ đã ra đời từ một vụ nổ phát sinh từ một cái tâm nguyên thuỷ. Hơn 1

năm sau đó, Edwin Hubble với những quan sát chi tiết về độ dịch bước sóng của

các thiên hà ở xa đã nhận ra rằng tất cả các thiên hà đều đang chạy ra xa chúng ta

theo mọi hướng. Trong khi đó chúng ta thì hẳn khơng phải trung tâm của vũ trụ,

như vậy là vũ trụ đang giãn nở theo mọi hướng, khơng gian có kích thước và nó

đang ngày càng tăng lên cùng với chiều tăng của thời gian. Hubble được coi là

người đầu tiên đặt nền tảng cho thuyết BigBang. Tuy nhiên đến tận năm 1948,

George Gamov mới biến BigBang thành một lí thuyết cho biết vũ trụ ra đời từ một

vụ nổ lớn nóng (the hot big bang). Tất nhiên có rất nhiều sự hồi nghi về lí thuyết

này cho đến năm 1964, khi Arno Penzias và Robert Wilson phát hiện ra sự tồn tại

của bức xạ nền vũ trụ (cosmic background radiation) và họ đã nhận giải Nobel cho

phát hiện này. Sự tồn tại của loại bức xạ này đã chứng minh rằng vũ trụ phải ra đời

từ một vụ nổ lớn cách đây khoảng 10 20 tỉ năm. Như vậy là theo thuết Big Bang

nói trên, tất cả chúng ta (vũ trụ) đã ra đời cách đây 13,9 tỷ năm (con số tương đối



chính xác được tính cho tới thời điểm hiện nay) bởi một vụ Tìm kiếm Hiện có 93

khách Trực tuyến Kiến thức Lịch sử thiên văn học Trái Đất Hệ Mặt Trời Thiên cầu,

các hiện tượng Các chòm sao Sao, tinh vân, lỗ đen, .... Ta khơng thể nói gì về nó vì

ngồi phạm vi của BigBang thì khơng tồn tại vật chất và bức xạ, do đó khơng tồn

tại khái niệm không gian và thời gian, từ duy nhất ta có thể dùng để chỉ nó là

"khơng gì cả". Chúng ta khơng thể có khái niệm khơng gian và thời gian vào trước

khi Big Bang xảy ra. Vì sao lại như vậy? Như trên đã nói, tồn bộ vật chất (các hạt)

chỉ được tạo thành bởi vụ nổ lớn (Big Bang). Vậy có nghĩa là trước Big Bang

khơng hề có sự tồn taị của các hạt mà chúng ta đã biết. Như vậy là khơng có một

sự khác biệt nào để phân biệt 2 điểm, như vậy là không gian không hề tồn tại. Mặt

khác ta lại biết rằng thời gian chỉ là một đại luợng biểu diễn các quá trình. Vậy ở

đây ta sẽ sử dụng thời gian để làm gì khi khơng có sự biến đổi, sự chuyển động của

các hạt. Vậy ta có thể đi đến kết luận thòi gian cũng khơng tồn tại ngồi phạm vi

của Big Bang. Như thế thì chúng ta lại có một lưu ý nhỏ là khơng bao giờ được

phép nói rằng Big Bang đã bùng phát tại "một điểm" vì đơn giản là điểm thì phải

được xác định trong một khơng gian hình học nào đó trong khi ở đây ta khơng có

khơng gian.



Trục thẳng đứng hướng lên (trục t) biểu diễn chiều tiến tới của thời gian. Theo

thuyết Big Bang thì vũ trụ được ra đời từ 1 vụ nổ lớn, tại đó x=y=t=0 tức là khởi

điểm của khơng gian và thời gian. Sau giai đoạn đầu tiên hình thành các hạt cơ

bản, các thiên hà và sao được hình thành, sau đó vũ trụ tiếp tục giãn nở rộng dần (x

và y cùng tăng khi t tăng, đây là một mơ phỏng trong đó khơng gian biểu diễn bằng

2 trục, tất nhiên thực tế không gian của chúng ta có nhiều chiều hơn thế, ít nhất là

3) và sẽ còn tiếp tục giãn nở thêm nữa.

2.2.



Tính chất của vũ trụ

2.2.1. Hình dạng



Một câu hỏi đơn giản: “Vũ trụ có hình gì?”- đã khiến các nhà khoa học đau đầu và

gặp nhiều khó khăn trong việc đưa ra câu trả lời. Chúng ta sống trên một hành tinh

hình cầu nhưng đã số các thí nghiệm trên Trái Đất đều lấy xấp xỉ là phẳng, hình

dạng tột cùng của nó có thể khơng dễ dàng được quan sát từ một cái nhìn thơng

thường. Ngay khi chúng ra làm rõ được vấn đề Trái Đất hình gì, thì lại có một câu

hỏi tương tự về hình dạng vũ trụ, các nhà khoa học vẫn chưa thể đưa ra được một

bức tranh rõ ràng về hình dạng của một vũ trụ đang mở rộng mà chúng ta đang cư

ngụ. Giống như thời kỳ đi tìm hình hài của Trái Đất, chúng ta bị giới hạn bởi chính

kích thước nhỏ bé của mình, chúng ta khơng thể đưa ra mơt cái nhìn tồn cảnh về

thế giới. Có rất nhiều giả thiết đã được đưa ra, vũ trụ hình một cái bánh donut, một

cái kèn Trumpet, thậm chí là một cái yên ngựa, nhưng chúng ta vẫn không thể kết

luận được ý tưởng nào là đúng.Có ba dạng có thể là hình dạng của vũ trụ:

-Chiếc bánh DONUT khổng lồ: Rất nhiều các điểm nóng và lạnh trên Bức xạ

Nền Vi ba Vũ trụ (bức xạ nền vũ trụ)- kết quả của vụ nổ Big Bang- đã khiến cho

nhiều nhà khoa học đề ra lý thuyết về một vũ trụ hình tròn 3 chiều, hay nói đơn

giản là hình một chiếc bánh donut. Một hệ quả từ lý thuyết này là sự giới hạn của

vũ trụ: Khi bạn đi đủ xa và theo một hướng, bạn sẽ quay trở lại điểm mà bạn đã bắt



đầu chuyến đi nhưng ở chiều ngược lại, giống như các tàu khơng gian trong trò

chơi điện tử, khi tàu đi vượt ra ngồi lề trên của màn hình thì lập tức nó cũng xuất

hiện trở lại ở lề dưới của màn hình.



-Qủa bóng khơng gian,thời gian: Một phân tích khác dựa trên các thăng giáng

của bức xạ nền vũ trụ, thứ cho biết các thay đổi về mật độ của vũ trụ non trẻ ngay

sau vụ nổ Big Bang, dẫn các nhà toán học kết luận rằng vũ trụ có dạng một khối

mười mặt, gần giống với hình một quả bóng đá với các mặt ngũ giác. Trong kịch

bản này về vũ trụ, bạn chỉ phải di chuyển 60 tỷ năm ánh sáng trước khi bạn quay

trở lại điểm xuất phát.



Nhận xét về thuyết này, nhà vũ trụ học Janna Levin cho rằng đây là một mơ hình

đầy bất ngờ về vũ trụ với các mặt phẳng tuyệt đẹp, khơng chỉ thế, đây còn là một

vũ trụ q nhỏ.

-Chiếc sừng vơ tận: Dựa trên các tính tốn Tơ pơ, chúng ta có thêm một lý thuyết

mới về hình dạng vũ trụ, ở đây, vũ trụ có hình ống với chiều dài vơ tận nhưng lại

có một thể tích xác định, với phần đi xòe ra, bạn có thể tưởng tượng vũ trụ có

hình giống như một cái kèm trumpet. Cũng giống như các giả thiết khác, lý thuyết

này có thể giải thích rất nhiều hiện tượng có trong vũ trụ của chúng ta nhưng nó lại

chưa hồn tồn phù hợp với các tính tốn về vũ trụ, giả dụ như việc vũ trụ phải

tương đối đồng nhất trên quy mơ lớn.



2.2.2. Kích thước

Xác định kích thước chính xác của Vũ trụ là một vấn đề khó khăn. Theo như định

nghĩa có tính giới hạn, Vũ trụ là những thứ trong phạm vi khơng thời gian mà có

thể có cơ hội tương tác với chúng ta và ngược lại.Theo thuyết tương đối tổng quát,

một số khu vực của không gian sẽ không bao giờ tương tác được với chúng ta ngay

cả trong thời gian tồn tại của Vũ trụ bởi vì tốc độ ánh sáng là giới hạn và sự giãn

nở của khơng gian. Ví dụ, thơng điệp vơ tuyến gửi từ Trái Đất có thể khơng tới

được một số khu vực của không gian, ngay cả nếu như Vũ trụ tồn tại mãi mãi: do

khơng gian có thể giãn nở nhanh hơn ánh sáng truyền bên trong nó

Các vùng không gian ở xa được cho là tồn tại và là một phần thực tại như chúng ta,

cho dù chúng ta không bao giờ chạm tới được chúng. Vùng không gian mà chúng

ta có thể thu nhận được thơng tin gọi là Vũ trụ quan sát được. Nó phụ thuộc vào vị

trí của người quan sát. Bằng cách di chuyển, một quan sát viên có thể liên lạc được

với một vùng không thời gian lớn hơn so với quan sát viên đứng yên. Tuy vậy,

ngay cả đối với quan sát viên di chuyển nhanh nhất cũng không thể tương tác được

với tồn bộ khơng gian. Nói chung, Vũ trụ quan sát được lấy theo nghĩa của phần

không gian Vũ trụ được quan sát từ điểm thuận lợi của chúng ta từ Ngân Hà.

Khoảng cách đo được từ Trái Đất cho tới biên giới của Vũ trụ quan sát được là

bằng 46 tỷ năm ánh sang,từ đó các nhà khoa học dự tính rằng đường kính của vũ

trụ vào khoảng 91 tỷ năm ánh sang.

Để dễ hình dung về kích thước của vũ trụ,chúng ta thử tưởng tượng nếu trái đất là

một hạt cát thì Mặt Trời sẽ giống như một viên bi,còn Vũ trụ sẽ có kích thước bằng

“Trái Đất kích thước thật”,từ đó đủ để ta thấy kích thước Vũ Trụ lớn thế nào.

2.2.3. Tuổi thọ và sự giãn nở



Như chúng ta đã biết tuổi thọ của Vũ Trụ rơi vào khoảng 13,9 tỷ năm tính cho đến

hiện tại.

Có nhiều câu hỏi rằng Vũ Trụ liệu có giới hạn? Câu trả lời là không,bởi Vũ Trụ vẫn

và đang tiếp tục giãn nở với một tốc độ không ai ngờ tới. Các nhà thiên văn học sử

dụng Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA đã phát hiện ra rằng vũ trụ

đang giãn nở nhanh hơn 5-9% so với dự đốn.

Nhóm nghiên cứu của Riess đã thực hiện khám phá này bằng cách xác định tốc độ

giãn nở hiện nay của vũ trụ với độ chính xác chưa từng có, làm giảm sai số xuống

chỉ còn 2,4%. Họ thực hiện điều này bằng cách phát triển các kỹ thuật tiên tiến làm

tăng độ chính xác của các phép đo khoảng cách tới các thiên hà xa xơi.

Nhóm nghiên cứu quan sát các thiên hà có chứa cả sao Cepheid và siêu tân tinh

loại Ia. Sao Cepheid có độ sáng tăng giảm theo chu kỳ và ánh sáng nhấp nháy này

liên quan trực tiếp tới độ sáng thực tế của ngôi sao và các nhà thiên văn học có thể

so sánh độ sáng thực với độ sáng biểu kiến (quan sát từ Trái đất) để xác định

khoảng cách tới ngôi sao đó. Siêu tân tinh loại Ia là những vụ nổ sao luôn tạo ra độ

sáng lúc cực đại một giá trị không đổi. Sự ổn định của giá trị cường độ độ sáng cho

phép những vụ nổ siêu tân tinh loại Ia được dùng làm những ngọn nến chuẩn để đo

khoảng cách tới các thiên hà chủ bởi vì cấp sao biểu kiến của siêu tân tinh phụ

thuộc cơ bản vào khoảng cách của chúng tới Trái đất.

Bằng cách đo khoảng 2.400 ngôi sao Cepheid trong 19 thiên hà và so sánh độ sáng

quan sát được của cả hai loại sao, nhóm nghiên cứu đã đo chính xác độ sáng thực

của chúng và tính được khoảng cách của khoảng 300 siêu tân tinh loại Ia trong các

thiên hà xa xôi. Sau đó, họ so sánh những khoảng cách này với sự giãn nở của vũ

trụ được đo bằng cách kéo dài bước sóng của ánh sáng tới từ các thiên hà đang lụi



tàn. Nhóm nghiên cứu sử dụng hai giá trị này để tính tốn tốc độ vũ trụ giãn nở

theo thời gian, hay còn gọi là hằng số Hubble.

Thơng qua đó, nhóm nghiên cứu đã tính tốn rằng hằng số Hubble có giá trị là 73,2

km mỗi giây mỗi megaparsec (một megaparsec bằng 3,26 triệu năm ánh sáng). Giá

trị mới này có nghĩa là khoảng cách giữa các thiên thể trong vũ trụ sẽ tăng gấp đôi

sau mỗi 9,8 tỷ năm.

Tuy nhiên, giá trị hiệu chỉnh này lại là một vấn đề bởi vì nó khơng thực sự khớp

với tốc độ giãn nở của vũ trụ đã được dự đốn từ quỹ đạo của nó được quan sát

thấy trong khoảng thời gian ngắn sau vụ nổ Big Bang. Các phép đo bức xạ sau vụ

nổ Big bang được thực hiện bởi tàu thăm dò vi sóng bất đẳng hướng Wilkinson

(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - WMAP) và vệ tinh Planck của Cơ quan

Vũ trụ châu Âu đều dự đoán hằng số Hubble nhỏ hơn khoảng 5-9%.

2.3. Thành phần,cấu trúc của vũ trụ

2.3.1. Thành phần

Cùng xem ảnh bên dưới để chúng ta dễ hình dung về thành phần của Vũ Trụ



Như vậy,thành phần của Vũ Trụ bao gồm: Vật chất tối chiếm 27% , Vật chất thông

thường chiếm 5% và Năng lượng tối chiếm 68%.



2.3.2. Vật chất tối

Trong vật lý thiên văn, thuật ngữ vật chất tối chỉ đến một loại vật chất giả thuyết

trong vũ trụ, có thành phần chưa hiểu được. Vật chất tối không phát ra hay phản

chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết

bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể nhận nó ra vì những ảnh hưởng hấp dẫn của nó

đối với chất rắn và/hoặc các vật thể khác cũng như với toàn thể vũ trụ. Dựa trên

hiểu biết hiện nay về những cấu trúc lớn hơn thiên hà, cũng như các lý thuyết được

chấp nhận rộng rãi về Vụ Nổ Lớn, các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối là thành

phần cơ bản chiếm khoảng 32% vật chất (vật chất tối + vật chất thường) trong vũ

trụ.

Giới khoa học nhận định, vật chất tối chiếm 27% tổng năng lượng - khối lượng kết

hợp của vũ trụ, trong khi vật chất thông thường chỉ chiếm 5%. Xét riêng khối

lượng, vật chất tối được cho là chiếm tới 84,5% vũ trụ.

Đối với các nhà thiên văn học, vật chất tối để lộ dấu vết của chúng thông qua cách

lực hấp dẫn của chúng tác động đến các ngôi sao và thiên hà, giúp họ kết nối chúng

với nhau và xác lập cấu trúc của vũ trụ. Dấu vết của vật chất tối cũng có thể nhìn

thấy được trong nền vi sóng vũ trụ (CMB), những gì còn sót lại sau vụ nổ Big

Bang.

Một nhóm các nhà thiên văn học tại trường Đại học Waterloo ở Canada đã sử

dụng hiệu ứng bẻ cong không gian của vật chất tối để có thể nhìn thấy những thứ

tưởng như vơ hình. Bằng cách kết hợp những nhóm thiên hà hoạt động như các

thấu kính với bản ghi dữ liệu về nguồn sáng phía sau chúng để tạo ra hình ảnh về

vật chất tối.



Giáo sư Dan Hooper và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm quốc gia Fermi ở

Illinois, Mỹ đã nghiên cứu một dấu hiệu ở trung tâm dải Ngân hà của chúng ta kể

từ năm 2009. Họ hiện tin rằng, dấu hiệu bao gồm hệ thống các tia gamma với bức

xạ năng lượng cực cao này do các hạt vật chất tối va chạm với nhau sinh ra.

Khi các hạt vật chất phá hủy lẫn nhau, chúng giải phóng các tia gamma vào khơng

gian, làm gia tăng ánh sáng rực rỡ rõ thấy ở trung tâm của dải Ngân hà. Khám phá

tương tự ở các thiên hà lùn lân cận (những thiên hà nhỏ hơn dải Ngân hà của chúng

ta) có thể càng củng cố giả thuyết mới là đúng.

"Đây là dấu hiệu thuyết phục nhất về các hạt vật chất tối mà chúng ta từng thu

được", giáo sư Hooper nhấn mạnh.

Để xác thực phát hiện của mình, nhóm của giáo sư Hooper đã phải loại bỏ các khả

năng khác về dấu hiệu, kể cả khả năng các tia gamma do một ẩn tinh xa xôi hoặc

một ngôi sao quay nhanh sản sinh ra. Họ nhận thấy, các tia gamma tạo ra phạm vi



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương II. Phần nội dung

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×