Hố đen là gì? Khám phá những bí ẩn kỳ thú và đầy ngạc nhiên về hố đen.

supervisor_accountAdministrator visibility 1600 6/2/2017 4:28:23 PM

Từ khi các nhà khoa học tìm ra và tiến hành nghiên cứu về hố đen, sự tồn tại của nó bên ngoài không gian vũ trụ vẫn luôn được xem là một dấu hỏi lớn ẩn chứa rất nhiều điều chưa được khám phá. Vậy thực chất, khái niệm này liên quan đến điều gì? Có ảnh hưởng đến cuộc sống của loài người hay không? Mối liên hệ giữa nó với Trái Đất như thế nào? Bài viết này phần nào đó sẽ giúp chúng ta giải đáp các thắc mắc xung quanh vấn đề này.

01.Hố đen là gì?

Hố đen (lỗ đen/hốc đen) là một vùng trong không-thời gian mà trường hấp dẫn ngăn cản tất cả mọi thứ, thậm chí đến ánh sáng cũng không thể thoát ra được. Nguyên nhân của việc này được cho là do bên ngoài hố đen được bao bọc bởi một mặt phẳng mà các nhà khoa học gọi đó là "chân trời sự kiện" – gọi cách khác là đường biên của hố đen – và nó ngăn chặn hoàn toàn mọi nỗ lực của vật chất muốn thoát ra khỏi không gian hố. Cùng với đó, bằng trường hấp dẫn cực mạnh, chúng có thể hút mọi thứ vật chất bên ngoài không gian đến gần mình, bao gồm cả một hố đen khác, hình thành nên một hố đen có kích thước to lớn hơn gấp nhiều lần.

Thuật ngữ "hố đen" do nhà vật lý John Wheeler lần đầu tiên nhắc tới trong một bài giảng năm 1967. Mặc dù cộng đồng khoa học coi ông là người khai sinh ra thuật ngữ này, nhưng thực chất, đã có từng có bài báo sử dụng thuật ngữ hố đen. Đó là bài viết "Black Holes in Space" của nhà báo Ann Ewing, đề ngày 18 tháng 1 năm 1964, đọc trong hội nghị của Hiệp hội Mỹ vì sự phát triển khoa học AAAS. Wheeler nói rằng ông đã lấy ý tưởng từ đây, ông chỉ là người phổ biến thuật ngữ này ra, để rồi nó nhanh chóng được giới khoa học và công chúng sử dụng rộng rãi.

02.Phân loại hố đen:

Để dễ dàng tiến hành nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn cách phân chia các hố đen thành các loại riêng biệt khác nhau. Hai cách phân chia thông dụng bao gồm:

Cách 1: Phân chia theo tính chất dựa trên hai tiêu chí: điện tích và sự quay, gồm 4 loại:

+ Hố đen Schwarzschild: trung hòa điện tích, không quay

+ Hố đen Kerr: trung hòa điện tích, có quay

+ Hố đen Reissner–Nordström: có điện tích, không quay

+ Hố đen Kerr–Newman: có điện tích, có quay

(Các hố đen được đặt theo tên các nhà khoa học có ảnh hưởng lớn trong quá trình nghiên cứu)

Cách 2: Phân chia theo khối lượng: mốc khối lượng được tính là khối lượng mặt trời, được chia thành 4 loại:

+ Hố đen siêu khối lượng

+ Hố đen khối lượng trung gian (bán kính hố có kích thước xấp xỉ bán kính của Trái Đất)

+ Hố đen khối lượng sao

+ Hố đen siêu nhỏ

Về lý thuyết, mặc dù các loại hố đen là khác nhau, nhưng chúng vẫn có liên quan khá mật thiết với nhau. Các nhà khoa học nói rằng, hố đen khối lượng sao hình thành từ sự suy sụp hấp dẫn của những sao có khối lượng rất lớn trong giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa. Sau khi hình thành, chúng tiếp tục thu hút vật chất từ môi trường xung quanh, và khối lượng tăng dần lên theo thời gian. Cùng với quá trình hòa trộn và sáp nhập hai hay nhiều hố đen mà tồn tại những hố đen khổng lồ với khối lượng từ vài triệu cho đến hàng chục tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Các dự án khảo sát cho thấy đa phần tại trung tâm thiên hà lớn đều tồn tại ít nhất một hố đen khổng lồ.

03.Nguyên nhân hình thành hố đen:

Đã có rất nhiều nghiên cứu, phân tích về nguyên nhân hình thành hố đen trong gần 100 năm kể từ giữa thế kỉ 18 đến những năm năm mươi của thế kỉ 19. Nhưng phải đến năm 1960, các nhà khoa học mới chỉ ra chính xác những lý thuyết căn bản của quá trình này.

Mặc dù theo định nghĩa nó là vật thể đen hoàn toàn hay vô hình, song sự tồn tại của hố đen có thể suy đoán thông qua tương tác của nó với môi trường vật chất xung quanh và bức xạ như ánh sáng. Vật chất rơi vào đây hình thành lên vùng bồi tụ, sau đó vật chất va chạm và ma sát với nhau, trở thành trạng thái plasma phát ra bức xạ cường độ lớn, từ đó khiến môi trường bao quanh hố đen trở thành một trong những vật thể sáng nhất trong vũ trụ. Nếu có một ngôi sao quay quanh hố đen, hình dáng và chu kỳ quỹ đạo của nó cho phép các nhà thiên văn tính ra được khối lượng của hố đen và khoảng cách đến nó. Những dữ liệu này giúp họ phân biệt được thiên thể đặc là hố đen hay sao neutron... Theo cách này, nhiều hố đen được phát hiện ra nằm trong hệ sao đôi, và tại trung tâm Ngân Hà có một hố đen khổng lồ với khối lượng xấp xỉ 4,3 triệu lần khối lượng Mặt Trời.

04.Lịch sử quá trình nghiên cứu hố đen:

Tiền đề cho khái niệm hố đen của ngày hôm nay thực chất được đề xuất lần đầu cách đây hơn 200 năm bởi nhà khoa học John Michell. Ông đã đưa ra hình dung về một vật thể khối lượng lớn có khả năng ngăn chặn mọi vật chất thoát ra bên ngoài nó. Đến năm 1796, điều này thậm chí còn được nhà khoa học Pierre Simon Laplace nhắc lại trong cuốn sách Exposition du système du Monde của mình (ấn bản đầu tiên). Tuy nhiên, do hạn chế về tri thức và thiếu tính xác thực, ý tưởng về chúng gần như biến mất trong suốt cả thế kỷ 19.

Phải cho đến giai đoạn đầu của thế kỷ 20, dựa trên nền tảng "thuyết tương đối rộng" của nhà khoa học thiên tài Albert Einstein, rất nhiều các nhà khoa học khác mới dần hình thành nên "bức chân dung" kỳ bí này. Trước tiên, không thể không kể tới công lao của nhà thiên văn học Karl Schwarzschild, người đã tìm ra nghiệm miêu tả trường hấp dẫn cho một khối lượng điểm hoặc khối cầu phân bố đều trong "hệ tọa độ cầu" bốn chiều. Tiếp đó là Johannes Droste với thành tựu tương tự chỉ trong vài tháng sau đó. Để rồi đến những năm 1924 và 1933, lần lượt Arthur Eddington và Georges Lemaître cùng góp phần củng cố vững chắc hơn về những khía cạnh hình thành nên cơ sở tồn tại của hố đen trong không gian vũ trụ.

Những năm 60 của thế kỉ 20 được xem là thời kỳ vàng trong công cuộc tìm kiếm các bí ẩn xung quanh việc có hay không sự tồn tại của hố đen. Đầu tiên, vào năm 1958, David Finkelstein đưa ra khái niệm “chân trời sự kiện” để miêu tả bề mặt bên ngoài của hố đen. Ông hình dung nó như là "một màng tưởng tượng không phương hướng hoàn hảo: những ảnh hưởng nhân quả chỉ có thể đi qua mặt theo một hướng nhất định". Nhận xét này cho phép mở rộng các nghiên cứu sang quan điểm như của một người quan sát viên đang rơi vào trong hố đen. Những người rơi vào hố đen sẽ thấy cấu trúc không thời gian biến đổi như thế nào trong quá trình rơi xuống. Và nhà khoa học Martin Kruskal ngay sau đó đã nêu ra phương pháp mở rộng đầy đủ hoàn toàn cho thí nghiệm này. Những kết quả này đánh dấu thời điểm thuyết tương đối tổng quát và vật lý hố đen trở thành một trong những hướng nghiên cứu chính của vật lý học hiện đại.

Trong thời gian này, thêm một số nghiệm chính xác miêu tả hố đen được tìm ra. Năm 1963, Roy Kerr tìm được nghiệm chính xác cho một hố đen đứng yên quay quanh trục của nó. Hai năm sau, Ezra Newman tổng quát hóa mêtric Kerr cho hố đen quay và mang điện tích. Và những nghiên cứu tiếp sau đó của Werner Israel, Brandon Carter, và David Robinson đã đưa ra phát biểu rằng nghiệm chính xác miêu tả hố đen đứng yên chỉ cần ba tham số trong mêtric Kerr–Newman: khối lượng, động lượng quay, và điện tích là đủ.

Giai đoạn tiếp theo, những nghiên cứu của James Bardeen, Jacob Bekenstein, Carter, và Hawking trong đầu thập niên 1970 đã khai sinh ra ngành nhiệt động lực học hố đen. Những định luật này miêu tả các tính chất của hố đen theo những đặc điểm tương tự như các định luật của nhiệt động lực học bởi liên hệ giữa khối lượng và năng lượng, diện tích “chân trời sự kiện” với entropy, và hấp dẫn bề mặt với nhiệt độ. Vào năm 1974, nhà vật lý học Hawking hoàn thiện các liên hệ này khi chứng minh rằng lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong tiên đoán các hố đen có phát ra các bức xạ – giống như vật đen ở nhiệt độ xác định phát ra bức xạ nhiệt – tỷ lệ với hấp dẫn bề mặt của hố đen.

Hiện nay, ngành vật lý hố đen vẫn là một mối quan tâm của các nhà khoa học, khi mà vẫn còn rất nhiều những điều kỳ bí xung quanh nó chưa được khám phá một cách toàn diện.

05.Những bí ẩn thú vị về hố đen:

5.1.Có hay không mối liên quan giữa hố đen và du hành thời gian?

Trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, chúng ta có lẽ đã từng nghe rất nhiều về khái niệm “du hành thời gian”, nói đến việc con người có khả năng quay ngược về quá khứ của bản thân hoặc đi đến tương lai mấy chục năm sau nữa. Tất nhiên, trong cuộc sống hiện thực, điều này rất khó xảy ra. Nhưng theo các tính toán và nghiên cứu liên quan về đặc điểm, tính chất, thuộc tính của hố đen, những nhà khoa học đã chứng thực rằng điều này là hoàn toàn có thể.

Giả sử ta đưa một người bất kỳ vào bên trong hố đen. Khi đó, nhờ sức mạnh rất lớn từ trường hấp dẫn, vùng không gian và thời gian xung quanh người ấy sẽ dần bị uốn cong, dẫn đến những sự thay đổi kỳ diệu giống như du hành thời gian. Tuy nhiên, khi rơi càng sâu vào hố đen, kết hợp cùng việc chịu áp lực trong thời gian dài, khả năng người đó và thiết bị của mình bị phá hủy trước khi đến được bên kia hố là điều tất yếu. Chúng ta chưa chế tạo được bất cứ thứ gì để chịu đựng khối lượng áp lực bên trong hố đen, và đó là lý do chưa có nhà khoa học nào dám chắc về bí ẩn này. Hơn hết, việc rơi quá sâu vào hố đen khiến trung tâm bên ngoài mất tín hiệu với người cũng như phương tiện bên trong, điều này vô cùng nguy hiểm. Những yếu tố này chính là những khó khăn tất yếu ngăn cản việc nghiên cứu hố đen của các nhà thiên văn và các nhà khoa học trên thế giới.

5.2.Hố đen khổng lồ lớn nhất từ trước đến nay:

Như chúng ta đã biết, hố đen được chia thành bốn loại dựa trên tiêu chí khối lượng của nó khi so sánh với khối lượng mặt trời. Trong đó, hố đen siêu khối lượng (được xem là rất lớn) với khối lượng gấp khối lượng mặt trời khoảng một triệu lần trở lên. Cùng với sự phát triển của khoa học-công nghệ, từ khi ngành vật lý hố đen ra đời, rất nhiều hố đen đã được phát hiện ra, bao gồm các hố thuộc loại siêu lớn. Trong đó kính viễn vọng không gian Hubble của NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ) đã phát hiện một hố đen có khối lượng dự đoán lên đến 10 tỷ lần khối lượng mặt trời, lớn nhất trong tất cả các hố đen được phát hiện ra từ trước đến nay. Một điều may mắn là hố đen này không nằm trong cùng dải thiên hà với chúng ta, vì theo tính toán của các nhà thiên văn học, nó chỉ mất 3 phút để di chuyển từ Trái Đất đến Mặt Trăng, tức là nó cũng có thể nuốt gọn Trái Đất trong khoảng thời gian siêu ngắn.

Sự hình thành của hố đen khổng lồ này được các nhà nghiên cứu giải thích do sự sáp nhập của hai thiên hà gần nhau khiến hai hố đen trung tâm của chúng cũng hợp nhất lại. Quá trình này có thể đã diễn ra từ hơn một tỷ năm trước. Điều này cũng là bằng chứng xác thực cho việc hai hố đen siêu khối lượng vẫn có khả năng sáp nhập với nhau và tạo ra một hố đen vĩ đại bên ngoài không gian vũ trụ.

5.3.Hố đen “ham ăn”:

Qua những gì đã tìm hiểu ở trên, chúng ta biết được nhờ trường hấp dẫn cực mạnh của mình mà hố đen có thể thu hút và nuốt chửng bất kỳ thứ gì ở gần nó. Nhưng ngạc nhiên hơn, chúng có thể “ăn” cả những ngôi sao có kích thước to lớn hơn nó gấp trăm nghìn lần, chứ không đơn giản chỉ là những ngôi sao nhỏ hơn hoặc bằng nó. Hố đen siêu nhỏ P13 chính là một ví dụ điển hình cho điều này. Nó chỉ có kích thước bằng một phần mười lăm của mặt trời nhưng khi các nhà khoa học phát hiện ra, hố đen này thậm chí đang “ăn” một ngôi sao lớn gấp hàng nghìn lần kích thước của nó. Theo dự tính từ các chuyên gia hố đen, P13 sẽ tốn khoảng một triệu năm để “ăn hết” ngôi sao này – khoảng thời gian không hề dài trong môi trường không gian vũ trụ.

Trên đây là sơ lược những điều giúp chúng ta có được cái nhìn tổng quan, thực tế nhất về hố đen – một trong những điều bí ẩn và nguy hiểm nhất vũ trụ. Hy vọng sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ sẽ là điều kiện để con người có thể tiếp cận ngày một gần hơn với hố đen, khám phá những bí mật “chưa được bật mí” có khả năng đem lại sự tiến bộ vượt trội cho con người trong tương lai.

BÀI ĐANG HOT

100 ý tưởng khởi nghiệp kinh doanh nhỏ ít vốn cho người mới bắt đầu

06/12/2016

20 Ý tưởng mở quán cà phê cho người khởi nghiệp kinh doanh nhỏ

06/12/2016

4 lý do bạn không nên cắt viên vitamin E để bôi mặt – Làm đẹp với vitamin E như thế nào cho đúng cách?

09/03/2017

5 kiểu chết phổ biến trong phim ảnh hóa ra lại sai về mặt khoa học

29/04/2017

11 công việc có mức thu nhập cao dành cho phụ nữ

16/05/2017

Khởi nghiệp là gì, cần những yếu tố nào và làm sao để khởi nghiệp thành công?

11/06/2017

10 cuốn sách cực hay về tâm lý học - Bạn đã đọc bao nhiêu cuốn trong số này rồi?

17/05/2017

Tất cả những điều bạn cần biết về ngành tâm lý học trước khi quyết định theo đuổi ngành này

09/05/2017

Vì sao chúng ta không bao giờ thấy chó sói biểu diễn trong rạp xiếc

11/03/2017

Nguyên tắc “Hãy làm gì đó đi” – Làm thế nào để có động lực thực hiện bất cứ điều gì

14/04/2017

[Truyện cười] Tuyển tập những truyện cười bựa nhất về con Thỏ ngáo đá

11/12/2016

49 ý tưởng Live Stream cực hay cho doanh nghiệp và cá nhân muốn quảng bá thương hiệu của mình

07/05/2017

1tach.com tuyển cộng tác viên viết bài

27/04/2017

Cảnh báo: Tác hại từ việc trị mụn bằng kem đánh răng!

10/12/2016

Chúng ta có nên cải tạo gene loài vật để chúng thông minh như con người?

08/06/2017

25 phát minh quan trọng nhất trong lịch sử loài người

15/03/2017

Top 10 game chiến thuật cực hay cho PC có cấu hình “dễ chịu”

25/10/2016

20 tòa nhà với kiến trúc độc đáo trông như trụ sở của các nhân vật phản diện trong phim

09/01/2017

Cách làm món Pizza không cần lò nướng ngay tại nhà - đơn giản mà vẫn ngon

04/12/2016

Khởi nghiệp kinh doanh nhỏ thành công nhờ biết khái niệm “con nhím” – Đừng làm việc chỉ vì đam mê

30/12/2016

Du lịch phượt Quảng Ngãi với 14 điểm đến và 21 đặc sản nổi nổi tiếng

31/08/2017

15 anime với nội dung quái đản nhất khiến bạn phải thốt lên “Quát đờ phắc!” khi đang xem

24/10/2016

50 kỹ năng mềm bạn cần phải có để hạnh phúc và thành công trong cuộc sống

31/08/2017

20 thủ thuật tâm lý những người bán hàng sử dụng để khống chế hành vi mua sắm của bạn

29/12/2016

Ở đời có 4 cái ngu – Vì sao ngu? Ngu như thế nào?

02/12/2016

Tại sao vào mùa đông, chúng ta cảm thấy nước lạnh hơn không khí (Và những điều thú vị khác về nhiệt độ)

25/03/2017

Chiêm ngưỡng 10 mẫu chữ viết tay đẹp đến sững sờ

03/04/2017

10 mẹo sau sẽ giúp bạn giữ nhà bếp sạch sẽ khi nấu ăn

21/10/2016

Bạn đã bị lừa khi tin rằng “Phong ba bão táp không bằng ngữ pháp Việt Nam”

02/12/2016

Từ cửa hàng không người bán của người Nhật lại nhớ “quán tự giác” một thời ở Việt Nam

19/10/2016

© Copyright 2016. Bản quyền website thuộc về 1tach.com