Chẳng thể trông mặt mà bắt hình dong.
Các giác quan có thể lừa dối chúng ta.
Kể cả các vì sao cũng chẳng như vẻ bề ngoài.
Khoa học đã hé lộ cho chúng ta biết
rằng vũ trụ kỳ lạ hơn bất cứ điều gì ta có thể tưởng tượng được.
Ánh sáng, không gian, thời gian, trọng lực,
kết hợp lại thành
những thứ nằm ngoài trải nghiệm của con người.
Đó là đích đến của chúng ta.
Hãy cùng tôi khám phá.
Vào năm 1802, vào một đêm như đêm nay,
nhà thiên văn học William Herschel đi dạo bên bờ biển nước Anh
cùng cậu con trai John.
Herschel là người đầu tiên
nhìn thấu tới tầng sâu của đại dương vũ trụ.
Tại đó, ông đã nhận ra
trò ảo thuật ánh sáng thực hiện với thời gian.
Cha ơi...
cha có tin là có ma không ạ?
Có chứ, con trai!
Thật sao ạ?
Con cứ nghĩ là cha sẽ không tin cơ đấy.
À, không, cha không nói tới thứ ma người đời hay kể.
Không phải loại ma ấy.
Nhưng con trai, nếu con ngước mắt lên trên,
con sẽ thấy một bầu trời đầy ma.
Các vì sao là ma sao cha?
Con không hiểu.
Mỗi vì sao trên kia là một mặt trời lớn và sáng như Mặt Trời của chúng ta.
Con hãy tưởng tượng mà xem, một mặt trời phải cách ta bao xa
thì trông chúng mới nhỏ và mờ như vậy?
Ánh sáng của các vì sao di chuyển rất nhanh...
nhanh hơn mọi vật...
nhưng không phải là không có giới hạn.
Phải mất thời gian ánh sáng của chúng mới tới được Trái Đất.
Ánh sáng từ các vì sao gần chúng ta nhất mất vài năm để tới Trái Đất.
Với các vì sao khác, quãng thời gian đó là hàng thế kỷ.
Có những vì sao xa đến nỗi
phải mất rất, rất lâu ánh sáng của chúng mới tới được Trái Đất.
Đối với một số vì sao, khi mà ánh sáng của chúng tới đây
thì bản thân chúng đã chết.
Chúng ta chỉ nhìn thấy hồn ma của những vì sao ấy.
Chúng ta thấy được ánh sáng của chúng
nhưng thân thể của chúng đã lụi tàn từ lâu.
John à, cha có thể nhìn ngược về quá khứ
xa hơn bất cứ bậc tiền bối nào của cha--
Cha nhìn thấy hàng triệu năm ngược về quá khứ.
William Herschel là người đầu tiên hiểu được rằng
một chiếc kính viễn vọng chính là một cỗ máy thời gian.
Nhìn vào không gian
chính là nhìn ngược về quá khứ.
Mỗi giây, ánh sáng di chuyển 300.000 ki-lô-mét
tức 186.000 dặm.
Gần bằng khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trăng.
Do đó, Mặt Trăng cách chúng ta khoảng một giây ánh sáng.
Lần tới bạn nhìn vào Mặt Trăng
là bạn đang nhìn ngược về quá khứ một giây.
Dịch bởi tieu_dao_tac tdt.sub@gmail.com
VŨ TRỤ: HÀNH TRÌNH KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN
Tập 5: Trời ma
Mặt Trời...
không thực sự ở kia.
Phải mất hai phút nữa...
Mặt Trời mới nhô lên khỏi đường chân trời.
Bình minh là một ảo giác.
Giống như một miếng kính hay mặt nước, khí quyển Trái Đất
bẻ cong ánh sáng Mặt Trời.
Do đó, chúng ta nhìn thấy Mặt Trời nhô lên khỏi đường chân trời...
trước khi nó thực sự ở đó.
Mặt Trời ở sau tôi đây chỉ là một ảo ảnh,
giống như một hình ảnh mờ ảo
xa xa nơi chân trời
trên sa mạc vào một ngày oi ả.
Ánh sáng Mặt Trời mất tám phút để tới Trái Đất.
Do đó, Mặt Trời cách chúng ta tám phút ánh sáng.
Từ Trái Đất, mỗi hình ảnh Mặt Trời ta nhìn thấy
là của tám phút trước đó.
Và còn điều này nữa,
Mặt Trời không "mọc".
Khi Trái Đất quay, chúng ta quay cùng nó.
Thực tế là, ngay lúc này đây,
tôi, các bạn, và tất cả chúng ta trên Trái Đất
đang di chuyển nhanh hơn một chiếc máy bay.
Một điều nữa là...
chân trời...
không thực sự tồn tại.
Không tồn tại bất cứ ranh giới nào.
Chân trời chỉ là một ảo ảnh.
Khoảng cách giữa Trái Đất
và Hải Vương Tinh, hành tinh nằm ngoài cùng Hệ Mặt Trời
thay đổi theo vị trí trên quỹ đạo của mỗi hành tinh.
Trung bình ánh sáng mất bốn tiếng để di chuyển giữa hai hành tinh.
Vì thế, tại Trái Đất,
ta nhìn thấy hình ảnh của Hải Vương Tinh bốn giờ trước đó--
hành tinh này cách ta bốn giờ ánh sáng.
Nhưng khoảng cách giữa chúng ta và các hành tinh khác,
kể cả với hành tinh xa xôi nhất này...
cũng chỉ là một khoảng cách nhỏ trong quy mô
của các thiên hà và hành tinh.
Ngay khi rời khỏi Hệ Mặt Trời,
chúng ta sẽ phải chuyển đơn vị khoảng cách
từ giờ ánh sáng sang năm ánh sáng.
Năm ánh sáng là thước đo tiêu chuẩn trong vũ trụ.
Một năm ánh sáng tương đương khoảng 10.000 tỉ ki-lô-mét
hay 6.000 tỉ dặm.
Đây là đơn vị đo tiêu chuẩn, giống như mét hay dặm vậy.
Đó là khoảng cách ánh sáng di chuyển được trong một năm.
Ngôi sao gần Mặt Trời nhất, Proxima Centauri (Cận Tinh),
cách Trái Đất hơn bốn năm ánh sáng.
Bốn năm ánh sáng là bao xa?
Tàu vũ trụ Voyager của NASA
di chuyển ở tốc độ 56.000 km/h.
Kể cả ở tốc độ ấn tượng này, Voyager cũng sẽ mất
hơn 80.000 năm để tới ngôi sao này.
Các vì sao trong chòm sao Pleiades
cách chúng ta 400 năm ánh sáng.
Con tàu tưởng tượng
được trang bị những thiết bị vô cùng đặc biệt,
có một không hai.
Chúng cho phép chúng ta đi ngược về
khoảnh khắc ánh sáng từ vì sao xa xôi này
bắt đầu hành trình dài tới Trái Đất.
400 năm trước, khi ánh sáng này rời khỏi chòm sao Pleiades,
Galileo lần đầu nhìn vào kính viễn vọng.
Vài năm sau, ông cố công tính toán tốc độ ánh sáng
nhưng không thành.
Phương pháp của ông rất thông minh nhưng công nghệ thời đó
không cho phép tính toán tốc độ
của một thứ nhanh như ánh sáng.
Khi chúng ta quan sát Tinh vân Con Cua từ Trái Đất,
chúng ta đang đi ngược lại nữa trong quá khứ.
Tinh vân Con Cua từng là một ngôi sao cực đại,
lớn gấp 10 lần Mặt Trời.
Rồi ngôi sao này nổ tung trong một vụ nổ siêu tân tinh.
Ở giữa nó là một ẩn tinh có kích cỡ một thành phố,
những gì còn sót lại sau vụ sụp đổ một ngôi sao,
quay ở tốc độ 30 vòng một giây.
Từ trường của ẩn tinh này
kích động các ê-lếch-trôn xung quanh,
đẩy chúng gần tới tốc độ ánh sáng.
Các ê-lếch-trôn này tạo ra miền khuếch tán màu xanh được đan xen bởi các đường khí ga
thoát ra từ vụ nổ siêu tân tinh.
Tinh vân Con Cua
cách Trái Đất khoảng 6.500 năm ánh sáng.
Có người cho rằng
đó cũng chính là tuổi của vũ trụ.
Nhưng nếu vũ trụ mới có 6.500 năm tuổi
thì làm sao ta quan sát được ánh sáng từ những vì sao
xa hơn Tinh vân Con Cua?
Câu trả lời là không thể.
Vẫn chưa đủ thời gian để ánh sáng
từ các vì sao xa ta hơn 6.500 năm ánh sáng, từ bất kỳ hướng nào,
tới được Trái Đất.
6.500 năm ánh sáng mới chỉ đủ
cho ánh sáng đi qua một phần nhỏ của Ngân Hà.
Nhưng bảo rằng
vũ trụ mới có 6.000 hay 7.000 năm tuổi
là ta đã dập tắt ánh sáng của phần lớn Ngân Hà,
chưa kể là ánh sáng từ 100 tỉ
các thiên hà khác trong vũ trụ mà chúng ta biết tới.
Trung tâm của Ngân Hà chúng ta
cách Trái Đất khoảng 30.000 năm ánh sáng.
Vào thời điểm ánh sáng từ đó
mà chúng ta nhìn thấy ngày nay xuất phát tới Trái Đất...
tổ tiên chúng ta đang hoàn thiện cách...
vượt qua cái chết...
bằng một loại hình nghệ thuật
có sức mạnh truyền cảm hứng cho thế hệ về sau.
Ánh sáng từ Thiên hà Sombrero mà ta thấy ngày nay
đã 30 triệu năm tuổi.
Khi ánh sáng này bắt đầu hành trình tới Trái Đất,
tổ tiên của chúng ta vẫn còn sống trên cây.
Họ nặng khoảng 5 kg và có đuôi dài.
Nhưng 30 triệu năm ánh sáng
cũng chỉ là một khoảng cách nhỏ trong vũ trụ.
Thiên hà Sombrero thuộc Siêu đám Coma.
Siêu đám này cách chúng ta 320 triệu năm ánh sáng.
Khi ánh sáng nơi này rời khỏi đó,
Trái Đất trông như thế nào?
Không bóng dáng của các lục địa, đại dương hay sông ngòi quen thuộc.
Các tổ tiên xa của chúng ta vừa mới rời nước lên cạn.
Đó là một ánh sáng tương đổi cổ
nhưng chưa phải là ánh sáng cổ nhất chúng ta quan sát được.
Ánh sáng cổ nhất rất mờ,
một hồn ma mờ ảo trong đêm tối.
Các bạn nhìn thấy điểm màu đỏ được khoanh tròn đó chứ?
Đó là các thiên hà cổ nhất chúng ta quan sát được.
Đây là ánh sáng 13,4 tỉ năm tuổi
do kính viễn vọng không gian Hubble ghi nhận.
Nó tới từ thế hệ sao đầu tiên.
Ngày đó, điều gì đang xảy ra trên Trái Đất?
Không gì cả.
Trái Đất, Mặt Trời, Ngân Hà, tất cả đều chưa tồn tại.
Hàng tỉ năm nữa chúng mới ra đời.
Khi chúng ta vươn ra quan sát vũ trụ,
ta tưởng mình đã chạm tới tận cùng không gian,
nhưng thực chất...
đó chính là điểm khởi đầu của thời gian.
Trái Đất kéo mọi vật về phía nó.
Cuộc sống là một cuộc đấu tranh không ngừng nghỉ với trọng lực.
Cô bé này đang cố hết sức để thoát khỏi
giếng trọng lực.
Kể từ những bước đi đầu đời tới khi về với đất,
chúng ta luôn gồng mình chống lại lực hút của Trái Đất.
Chúng ta sinh ra, lớn lên và chết đi trong một trường lực
cổ xưa gần bằng vũ trụ.
Và lực này đã bao nhiêu tuổi rồi?
Để dễ hình dung ra 13,8 tỉ năm tuổi của vũ trụ,
chúng ta nén lịch vũ trụ
vào lịch một năm.
Nửa đêm ngày 31 tháng 12 chính là hiện tại.
Và ngày 1 tháng 1 là khởi nguồn của thời gian.
Các bạn nhìn thấy làn khói phát sáng kia chứ?
Đó là các bức xạ còn sót lại sau vụ nổ Big Bang,
vụ nổ đã tạo ra vũ trụ
13,8 tỉ năm trước.
Ngay lúc này đây, chúng ta đang đứng tại ranh giới phạm vi không gian và thời gian được biết tới.
Điều gì đã xảy ra trước khi có vụ nổ Big Bang?
Không ai biết cả.
Không có bằng chứng nào còn sót lại từ thời kỳ đó.
Chúng tôi có một vài giả thuyết khá điên cuồng
về cội nguồn của vũ trụ.
Chúng tôi sẽ dần giới thiệu những giả thuyết này.
Chúng ta đang ở đâu trong vũ trụ?
Ở chính trung tâm.
Trong vũ trụ mà con người biết tới, ai cũng có thể cảm thấy đặc biệt.
Dù bạn đang ở đâu trong vũ trụ,
khi nhìn vào không gian, bạn cũng sẽ thấy mình
ở chính giữa chân trời vũ trụ.
Nhưng đó chỉ là một ảo giác.
Trong thực tế, vũ trụ không có trung tâm
và đường chân trời của vũ trụ cũng chỉ là một ảo ảnh
như đường chân trời trên mặt biển.
Đó là kết quả của việc tốc độ ánh sáng bị giới hạn
trong một vũ trụ có điểm khởi đầu của thời gian.
Một vài trăm triệu năm sau vụ nổ Big Bang,
các đám mây hi-đrô và hê-li-um lớn ngưng tụ
thành các ngôi sao và thiên hà đầu tiên.
Nguồn sáng mới này đã kết thúc
kỉ nguyên bóng tối kéo dài trong vũ trụ.
Trong lúc không gian tiếp tục mở rộng,
quá trình tiến hóa của vũ trụ diễn ra trên một phạm vi rộng hơn.
Khi mà thế hệ sao đầu tiên chết đi,
chúng đưa vào vũ trụ những thành tố nặng hơn,
tạo điều kiện cho sự ra đời của các hành tinh
và sau cùng là sự sống.
Vật chất và năng lượng được tạo ra trong vụ nổ Big Bang.
Nhưng đó không phải những thứ duy nhất được tạo ra.
Nó cũng đánh dấu sự ra đời của không gian, thời gian
và tất cả các lực kéo các vật chất lại với nhau,
kể cả lực hấp dẫn.
Isaac Newton đã tìm ra một định luật toán học
diễn tả bản chất của lực hấp dẫn.
Nhờ định luật này, ông đã có thể giải thích sự vận động của các hành tinh.
Hơn 100 năm sau,
William Herschel nhận ra rằng lực hấp dẫn còn làm được nhiều hơn thế.
John, con có thể giữ một bí mật không?
Có chứ, cha.
Cha đã khám phá ra một điều mà cha chưa nói với ai.
Lực hấp dẫn hút chúng ta về phía Trái Đất--
lực mà Newton chứng minh
là điều khiến các hành tinh đi theo quỹ đạo--
cha đã phát hiện ra rằng
chúng cũng tồn tại ở những ngôi sao cách ta rất xa.
Nhưng cha à... làm sao mà cha biết được vậy?
Con tìm giúp cha chòm sao Sư tử đi.
Kia ạ.
Giỏi lắm.
Giờ con hãy tìm ngôi sao
nối đầu và mình Sư tử đi.
Kia ạ.
Ngôi sao đó thực chất là hai ngôi sao.
Chúng ở gần nhau đến nỗi trông chúng như một.
Cha đã quan sát chúng qua kính viễn vọng
kể từ trước khi con ra đời.
Chúng đã cùng nhau di chuyển rất chậm rãi,
chậm hơn bất kỳ hành tinh nào trong Hệ Mặt Trời.
Nhiều ngôi sao trên bầu trời đêm nay,
có lẽ là phần lớn chúng,
đều có một người bạn đồng hành tàng hình.
Đế chế của lực hấp dẫn cai quản mọi vật trên trời.
Một thế kỷ trước đó,
Isaac Newton đã bị ám ảnh
bởi lỗ hổng trong định luật về lực hấp dẫn này.
Làm cách nào mà các vật thể ở cách xa nhau,
không hề đụng chạm vào nhau, mà lại tác động tới nhau?
Đây là một trăn trở của ông, và ông đã gọi nó là "tác động từ xa."
Vào thế kỷ 19, Michael Faraday phát hiện ra rằng
chúng ta được bao quanh các trường lực vô hình.
Đó là quy tắc hoạt động của lực hấp dẫn.
Quả táo và Trái Đất không chạm vào nhau,
nhưng trường lực của chúng thì có.
Ông tưởng tượng rằng trường lực từ mọi vật
tỏa vào không gian--
từ Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt Trời, mọi vật.
Đó là câu trả lời
cho trăn trở của Newton.
Vào năm 1865, James Clerk Maxwell biến các ý tưởng
về điện trường và từ trường của Faraday
thành các định luật toán học.
Ông phát hiện ra rằng các trường này truyền đi trong không gian dưới dạng sóng.
Khi ông tính toán tốc độ của chúng,
đó chính là tốc độ của ánh sáng.
Chúng ta bắt đầu lần ra các sợi chỉ
của mảnh vải vũ trụ,
nhưng chúng ta vẫn chưa nhìn ra được các hoa văn tinh tế
mà không gian, thời gian, ánh sáng và lực hấp dẫn thêu dệt nên.
Trong quãng thời gian Albert Einstein nghiên cứu lực hấp dẫn
ở Berlin,
ông đã đặt chân dung của ba nhà khoa học này trước mặt.
Ông biết mình đang nối bước họ.
Nhiều năm trước đó, khi còn là một cậu thiếu niên, ông đã hình thành một ý tưởng
có sức chấn động địa cầu như học thuyết của các bậc tiền bối ấy.
Chuyện ấy xảy ra vào một mùa hè
khi ông đang mơ màng tại nước Ý.
Mùa hè năm 1895,
công việc kinh doanh tại Đức của cha Einstein thất bại
và gia đình ông chuyển về phía bắc nước Ý.
Cậu thiếu niên Einsteinsay say mê dạo bước trên những con đường
và thả hồn khám phá.
Có một điều gì đó thật vĩnh cửu về nơi này.
Nơi này không thay đổi nhiều
kể từ những ngày mơ mộng đầu đời ấy của Einstein.
Một ngày nọ, ông bắt đầu nghĩ về ánh sáng
và tốc độ của nó.
Trong cuộc sống, chúng ta ghi nhận tốc độ của một vật
bằng việc so sánh nó với một vật khác.
Một vật được coi là cố định.
Một vật không di chuyển.
Ví dụ, tôi đang di chuyển ở tốc độ 10 km/h
so với mặt đất.
Nhưng như tôi đã nói lúc trước, chính mặt đất cũng đang di chuyển.
Trái Đất quay ở tốc độ 1.600 km/h
và mỗi giờ,
nó đi được hơn 100.000 km trên quỹ đạo quanh Mặt Trời.
Và trong Ngân Hà, Mặt Trời di chuyển
với tốc độ nửa triệu dặm một giờ.
Và Ngân Hà di chuyển trong vũ trụ
ở tốc độ gần 1,5 triệu dặm một giờ.
Không có điểm cố định nào trong vũ trụ.
Mọi vật đều di chuyển.
Thật là khó, kể cả đối với cậu thiếu niên Einstein,
để tưởng tượng ra một quy chuẩn tuyệt đối
để đo đạc các vận động tương đối này.
Đây chính là cuốn sách
đã khơi nguồn cảm hứng cho Einstein khi ông còn là một cậu bé.
Đưa cho một đứa bé một cuốn sách là bạn đã thay đổi thế giới.
Và thậm chí là cả vũ trụ.
Hãy nhìn vào đây-- trang sách đầu tiên,
nó mô tả tốc độ đáng kinh ngạc
của điện trong dây điện
và của ánh sáng trong không gian.
Einstein nhớ lại những gì ông đọc được lúc nhỏ
từ cuốn sách này,
và có lẽ, tại chính nơi này, ông đã lần đầu tự hỏi
thế giới sẽ trông như thế nào
nếu bạn di chuyển ở tốc độ ánh sáng.
Càng nghĩ về vấn đề này,
Einstein càng trăn trở.
Khi nghĩ về việc di chuyển ở tốc độ ánh sáng,
nhiều câu hỏi được đặt ra.
Einstein ngỡ ngàng nhận ra rằng
nhiều điều vốn được coi là đương nhiên,
thậm chí được chấp nhận bởi các nhà khoa học uy tín trong ngành,
là không chính xác.
Việc di chuyển ở tốc độ cao
vẫn cần tuân theo một số quy luật nhất định.
Einstein gọi các quy luật này là "Thuyết tương đối."
Hãy tưởng tượng người phụ nữ
vừa đi qua chúng ta,
hãy tưởng tượng cô ấy đang lái xe
trong không gian.
Ánh sáng phát ra từ một vật thể đang chuyển động
luôn truyền đi ở tốc độ ánh sáng, bất kể vật đó
đang di chuyển hay đứng yên.
Tốc độ xe không ảnh hưởng tới tốc độ ánh sáng.
Ánh sáng của xe
vẫn di chuyển ở tốc độ ánh sáng.
Tự nhiên đã đặt ra quy ước:
"Tốc độ của tôi không tác động tới tốc độ ánh sáng."
Ngoài ra, không vật chất nào
có thể di chuyển bằng hoặc nhanh hơn ánh sáng.
Tự nhiên không ngăn cấm bạn
chuyển động nhanh gần bằng ánh sáng nhất có thể.
99.99% tốc độ ánh sáng là khả thi
nhưng dù có cố đến đâu,
bạn cũng không thể nhanh bằng nó.
Để thực tại nhất quán về mặt lô-gic,
buộc phải tồn tại một giới hạn tốc độ trong vũ trụ.
Ta nghe thấy tiếng roi quất là bởi đầu roi
di chuyển nhanh hơn tốc độ âm thanh.
Điều này tạo ra sóng xung kích,
một tiếng nổ siêu thanh nhỏ giữa đồng quê nước Ý.
Điều tương tự xảy ra với sấm
và máy bay siêu thanh.
Nhưng tại sao tốc độ ánh sáng
không thể bị vượt qua như tốc độ âm thanh?
Câu trả lời không chỉ nằm ở việc
tốc độ ánh sáng cao gấp hàng triệu lần tốc độ âm thanh,
hay do hạn chế kĩ thuật
như trong quá trình chế tạo máy bay siêu thanh đầu tiên.
Mà là bởi rào cản ánh sáng
là quy luật nền tảng của tự nhiên
giống như lực hấp dẫn vậy.
Einstein đã tìm ra nền tảng của thế giới,
cột trụ vững chắc giữa các chuyển động tương đối
trong sự chuyển động của toàn vũ trụ.
Tốc độ ánh sáng độc lập
với tốc độ nguồn sáng.
Tốc độ ánh sáng là cố định so với mọi vật khác.
Không gì có thể nhanh bằng ánh sáng.
Các quy luật tự nhiên
là bất di bất dịch.
Nhiệm vụ của các nhà vật lý là tìm ra các quy luật này,
các quy luật luôn đúng ở bất kỳ nền văn minh,
vào bất kỳ thời điểm
và địa điểm nào trong vũ trụ.
Và như Einstein đã chỉ ra, đó là lý do
những việc kì lạ xảy ra khi di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng.
Di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng
cũng như một loại thuốc trường sinh bất lão vậy
bởi lúc này, đồng hồ sinh học của bạn chậm lại
so với những vật khác.
Hiện tượng này có thể cho phép con người chúng ta,
những kẻ thường không sống quá một thế kỉ,
du hành tới các vì sao,
nơi màn trình diễn của thời không
thật sự náo nhiệt.
Nhà thiên văn học thế kỷ 19 William Herschel
thường hay chia sẻ sự kì diệu của vũ trụ
với cậu con trai John.
Cha từng có một người bạn rất uyên bác.
Chú ấy là một nhà thiên văn học và một cha xứ ở Leeds.
Chú ấy tên là John Michell.
Chú ấy đã mất khi con còn nhỏ.
Cầu Chúa phù hộ linh hồn chú ấy.
Chú ấy cho rằng một số vì sao
tàng hình.
Chúng tồn tại nhưng chúng ta không bao giờ thấy chúng.
Chú Michell đã gọi chúng là "sao tối."
Cha à, con không dám vô lễ,
nhưng chắc chú ý nhầm lẫn rồi chăng.
Nếu không ai thấy chúng
thì sao ta biết chúng tồn tại?
John à, con có thấy người đàn ông đã để lại những dấu chân này không?
Không ạ, thưa cha.
Con không thấy ạ.
Nhưng con biết là người đó có tồn tại, phải không nào?
John Michell là một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất
ít được người đời biết đến.
Ông sống và làm việc tại nước Anh vào thế kỷ 18.
Không bức chân dung nào của ông được để lại.
Một người quen miêu tả ông là
"một người đàn ông da đen
thấp và đậm người."
Michell tưởng tượng ra một vì sao lớn đến nỗi
không một thứ gì, kể cả ánh sáng,
có thể thoát khỏi trọng lực của nó.
Chúng ta có thể tìm thấy ngôi sao tối đó không?
Bạn không thể nhìn thấy nó bằng mắt thường
nhưng nó cũng để lại những dấu chân
trên bờ biển vũ trụ.
Michell nhận ra rằng chúng ta có thể phát hiện ra
một vài sao tối như thế nhờ vào lực hấp dẫn rất mạnh của chúng.
Nếu sao tối ở cạnh
một sao sáng nhỏ hơn,
thì sao sáng ấy sẽ quay quanh
một thứ gì đó vô hình.
Mặc dù chúng ta không thể thấy nó,
chúng ta biết rằng phải có một vật gì đó rất lớn
ở chỗ đó.
Một sao tối,
hay ngày nay được gọi là hố đen.
Hố đen trông như thế nào?
Bên trong nó là gì?
Chúng ta sẽ tìm hiểu những điều này sau, nhưng trước hết,
hãy cùng ghé thăm thành phố của tôi,
thành phố New York,
nơi mà trong mắt tôi
cuộc sống không ngừng vận động.
Tôi dành phần lớn thời gian của mình tại thành phố này
nhưng những điều mới mẻ không bao giờ hết.
Duy chỉ có một thứ không thay đổi-- trọng lực.
Trọng lực của Trái Đất không hề thay đổi
trong suốt 4,5 tỉ năm vừa qua.
Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta thay đổi nó?
Như Einstein đã chỉ ra
bản chất của trọng lực
là sự bóp méo thời không.
Không gian có thể mở rộng, thu hẹp
hay uốn cong không giới hạn.
Nếu kích thước và tỉ trọng của Trái Đất thay đổi,
dù chỉ là một thay đổi nhỏ,
thì trọng lực của nó cũng thay đổi.
Vô số khả năng có thể xảy ra.
Người dân New York hiện đang sống chung
với trọng lực của Trái Đất
ở mức "một g".
Giả sử trọng lực không tác động tới một con phố ở New York.
Con người và mọi vật đang di chuyển
sẽ bay vào không trung.
Điều gì sẽ xảy ra nếu tôi tăng cường độ trọng lực
lên tám hoặc chín g?
Để an toàn
hãy sơ tán mọi người khỏi đây.
Đó là cường độ trọng lực
một phi công chiến đấu phải chịu khi thực hiện động tác quay đầu ở tốc độ cao.
Một vài phút thì sẽ không sao
nhưng cũng sẽ không dễ chịu chút nào.
Ở 100.000 g,
kể cả ống nước cũng sẽ bị trọng lượng của chính nó
đè bẹp.
Ở hàng triệu g,
kể cả ánh sáng cũng phải cúi mình trước trọng lực.
Ánh sáng vẫn di chuyển ở một tốc độ không đổi,
nhưng chúng không thể thoát khỏi trọng lực.
Ngôi sao tối của Michell...
hố đen của chúng ta.
Và hố đen gần ta nhất có thể ở gần hơn bạn nghĩ.
Không phải ngôi sao nào cũng có thể trở thành hố đen.
Chỉ khoảng 1 trong số 1.000 ngôi sao đủ to để trở thành hố đen.
Hố đen gần chúng ta nhất có khả năng cách Trái Đất 100 năm ánh sáng.
Hố đen không phải là cái máy hút bụi kỳ bí trong không gian như truyện khoa học giả tưởng miêu tả.
Chúng không đi quanh nuốt chửng các hành tinh vô tội.
Bạn phải tìm đến với chúng.
Nhưng nếu bạn làm điều đó,
thì có thể hố đen sẽ là điều cuối cùng bạn nhìn thấy.
Con tàu đang chống lại hàng triệu g trọng lực.
Chớ quên thứ này nuốt chửng cả ánh sáng.
Chúng ta sẽ không lại gần nó.
Khi các ngôi sao cực đại cạn kiệt năng lượng hạt nhân,
chúng không còn đủ nóng
để chống lại sức kéo về phía trong của trọng lực của chính nó.
Những ngôi sao lớn nhất sụp đổ trong bóng tối,
chỉ để lại đằng sau trọng lực của chúng.
Hố đen này là tấm vải liệng của thi hài đã co lại
của một ngôi sao cực đại.
Bản thân ngôi sao đã thu nhỏ lại thành một thứ
còn nhỏ hơn hố đen
chỉ rộng 64 ki-lô-mét này.
Đây là hố đen đầu tiên được phát hiện--
Cygnus X-1.
Làm sao con người chúng ta phát hiện được
một thứ nhỏ, ở xa và tối đến thế?
Chúng ta nhìn thấy nó qua một loại ánh sáng khác. Tia X-quang.
Khi nhìn bằng X-quang, chúng ta không còn thấy ngôi sao xanh nữa
bởi bề mặt ngôi sao này chỉ khoảng 30,000 độ F.
Nhưng đĩa khí xung quanh hố đen
tỏa sáng trong phim X-quang bởi chúng ở mức nhiệt 100 triệu độ F.
William Herschel đã phát hiện ra rằng
nhiều ngôi sao có bạn đồng hành. Đó là các hệ sao đôi.
Nhưng nếu một trong hai ngôi sao rất lớn
trong khi ngôi sao còn lại có kích thước nhỏ,
thì ngôi sao nhỏ hơn sẽ hút và nuốt gọn khí quyển
của ngôi sao lớn.
Mối quan hệ không lành mạnh này có thể kéo dài hàng triệu năm.
Khí quyển của ngôi sao lớn bị hút vào
đĩa khí nóng, tỏa sáng và ngày càng lớn quay quanh
và đi vào hố đen.
Khí quyển của ngôi sao xanh đang bị trọng lực cực đại đẩy vào
một vòng xoáy tử thần.
Nó vượt qua giới hạn của thời không
và biến mất.
Ranh giới tử thần giữa hố đen
và phần còn lại của vũ trụ được gọi là "chân trời sự kiện."
Từ đây mà nhìn, vật chất trong đĩa khí
giảm tốc khi tới gần chân trời sự kiện,
không chạm vào nó.
Nhưng nếu bạn đang đi trên vòng xoáy khí này--
điều không nên chút nào--
chỉ trong vài giây, bạn sẽ đi qua chân trời sự kiện
tới vùng đất bí ẩn, một đi không trở lại.
Chúng ta đã thăm dò nhiều thiên hà,
và ở đâu, chúng ta cũng tìm thấy một hố đen cực đại.
Thiên hà của chúng ta cũng chẳng phải ngoại lệ.
Các ngôi sao ở gần trung tâm thiên hà chúng ta
di chuyển tốc độ hơn 40 triệu km/h.
Tại sao chúng lại di chuyển nhanh đến vậy?
Câu trả lời hợp lý duy nhất
là phải có một thứ gì đó với lượng vật chất
của bốn triệu mặt trời nằm giữa thiên hà.
Vậy ánh sáng của bốn triệu mặt trời đó đâu rồi?
Vì ta không nhìn thấy chúng,
hẳn là chúng bị giam cầm trong một hố đen.
Trái Đất cách nó đủ xa để được an toàn.
Nhiều hành tinh khác không may mắn như vậy.
Nếu bằng một cách nào đó, bạn sống sót qua hành trình nguy hiểm
đi qua chân trời sự kiện,
bạn có thể hướng mắt ra ngoài
và nhìn thấy toàn bộ lịch sử vũ trụ
mở ra trước mắt bạn.
Bằng cách nào vậy?
Bởi khi thời không bị bẻ cong
bởi trọng lực cực đại của một hố đen,
thời gian bị kéo dãn hết mức.
Trước mắt bạn sẽ là điều gì?
Trước khi chúng ta tới đó, tôi muốn cảnh báo các bạn
là chúng ta đang tiến vào một địa phận chưa được khoa học khám phá.
Rất có thể, ở đó tồn tại các quy luật vật lý chưa được khám phá
điều khiển mọi vật ở trung tâm hố đen.
Nhưng cho tới lúc một Einstein thứ hai xuất hiện,
hãy thử nghiệm trong trí tưởng tượng của chúng ta.
Đó là cách mà vào thế kỷ 18, John Michell
đã tưởng tượng ra các sao tối đầu tiên
và cũng là cách Einstein đã hình thành nên thuyết tươ...
Cha ơi, cha có tin là có ma không ạ?
À, không, không phải thứ ma người đời hay kể.
Không phải loại ma ấy.
Nhưng con trai, nếu con ngước mắt lên trên
con sẽ thấy một bầu trời đầy ma.
Nếu bạn sống sót qua hành trình đi vào hố đen,
có thể bạn sẽ đến một chiều không gian
và thời gian khác vũ trụ của chúng ta,
phá vỡ quy tắc đầu tiên của Thuyết tương đối...
rằng bạn không thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng.
Không thứ gì có thể di chuyển trong không gian nhanh hơn ánh sáng.
Nhưng không gian không phải là một khoảng không trống rỗng.
Không gian có thể kéo dài, thu hẹp hay bị bóp méo.
Và khi điều đó xảy ra, thời gian cũng bị bóp méo.
Einstein phát hiện ra rằng không gian và thời gian chỉ là hai mặt
của một vấn đề, thời không.
Thời không có thể biến dạng tới mức
nó cho phép bạn di chuyển ở bất kì tốc độ nào.
Rất có khả năng hố đen là những đường tàu điện ngầm trong vũ trụ.
Với hệ thống tàu điện ngầm xuyên thiên hà này, bạn có thể đi tới
những góc xa nhất của thời không,
hay thậm chí bạn còn có thể đặt chân tới một nơi còn kì diệu hơn.
Có thể chúng ta sẽ tới một vũ trụ hoàn toàn khác.
Nhưng làm sao cả một vũ trụ lại nằm gọn trong một hố đen,
một phần nhỏ trong vũ trụ của chúng ta?
Đó là một trò ảo thuật khác của thời không.
Lực hấp dẫn cực lớn của hố đen
có thể bóp méo không gian của cả một vũ trụ, khiến vũ trụ này nằm gọn trong nó.
Trọng lực Trái Đất là một rào cản với con người
nhưng so với trọng lực bên trong hố đen
thì nó không hề đáng kể.
Theo những gì chúng ta đã biết,
khi một ngôi sao cực đại sụp đổ và tạo ra một hố đen,
tỉ trọng và áp suất ở trung tâm nó
tương đương với vụ nổ Big Bang, vụ nổ đã tạo ra vũ trụ của chúng ta.
Và một vũ trụ bên trong hố đen
có thể tạo ra các hố đen khác.
Và các hố đen này có thể tạo ra các vũ trụ khác nữa.
Có thể đó là cách vũ trụ đã ra đời.
Rất có thể
nếu bạn muốn biết bên trong hố đen trông như thế nào,
bạn chỉ cần nhìn quanh mình.
Sau này, William Herschel phát hiện ra rằng Mặt Trời
và các hành tinh luôn di chuyển trong Ngân Hà.
Còn cậu con trai John của ông thì sao?
Cậu bé ấy lớn lên và trở thành một nhà khoa học vĩ đại.
Các quan sát không gian ông thực hiện dựa trên các quan sát của cha mình
trở thành nền tảng cho hệ thống phân loại thiên hà tiêu chuẩn
mà chúng ta sử dụng ngày nay.
Khi William tuổi cao sức yếu, John ở cạnh cha mình
suốt những đêm dài bên kính viễn vọng,
giúp cha quan sát các vì sao.
Khi cha ông mất, John đã viết trên bia mộ ông...
"Ông đã vượt qua những bức tưởng trên thiên đường."
John thường nhớ lại
những đêm hè với cha mình.
Có lẽ đó là lí do ông tìm cách lưu giữ quá khứ.
John Herschel là một trong những người đã đặt nền tảng
cho một dạng du hành thời gian mới,
một phương thức lưu giữ ánh sáng và kí ức.
Ông cũng đã đặt tên cho nó,
"nhiếp ảnh."
Nếu bạn nghĩ về nó
thì nhiếp ảnh là một dạng du hành thời gian.
Người đàn ông từ nhiều thế kỉ trước này đang nhìn chúng ta...
một hồn ma được ánh sáng lưu giữ lại.
Không khó để tưởng tượng rằng trong tương lai gần,
chúng ta sẽ có thể lưu giữ quá khứ
ở dạng ba chiều.
Chúng ta sẽ có thể đặt chân vào một kí ức.
Có thể chúng ta không thể trở lại quá khứ,
nhưng có lẽ, một ngày nào đó, chúng ta có thể đưa quá khứ đến với mình.
Đây là một khoảnh khắc trong quá khứ của tôi.
Giống John Herschel,
tôi đang nhớ về những ngày trẻ tuổi của mình.
Ngày 20 tháng 12 năm 1975.
Một ngày tuyết rơi dày tại Ithaca, New York.
Một bước ngoặt trên con đường đã đưa tôi
đến với các bạn ngày hôm nay.
Đó là ngày tôi gặp Carl Sagan.
Ông gợi tôi nhớ về những hồn ma trên bầu trời...
những ngôi sao vẫn luôn tỏa sáng
dù đã ra đi từ lâu.
Dịch bởi tieu_dao_tac tdt.sub@gmail.com