Nhìn thấy được chưa chắc đã đáng tin.
Các giác quan cũng có thể lừa ta.
Các vì sao cũng có thể trông vậy mà không phải vậy.
Vũ trụ này, như khoa học đã tiết lộ,
còn kỳ lạ hơn bất cứ gì chúng ta có thể tưởng tượng.
Ánh sáng, thời gian, không gian, và trọng lực
cùng âm mưu để tạo ra những thực tế vượt quá mọi trải nghiệm con người từng biết.
Đó là nơi chúng ta sắp đến.
Hãy cùng đi với tôi.
Vào năm 1802, vào một đêm như thế này,
nhà thiên văn William Herschel đi dạo trên bãi biển cùng với con trai ông, John.
Herschel là người đầu tiên nhìn được vào vùng nước sâu hơn của đại dương vũ trụ.
Ở đó ông nhìn thấy trò ảo thuật mà ánh sáng làm với thời gian.
Cha à...
cha có tin là có ma không?
Ồ, có chứ, con trai!
Cha... có tin ạ?
Con không nghĩ là cha cũng tin điều đó.
Ồ không, không phải ma theo nghĩa con người.
Không... hoàn toàn không.
Nhưng nhìn lên mà xem, con trai, và thấy một bầu trời đầy ắp chúng.
Các vì sao ấy ạ, cha?
Con không hiểu.
Mỗi vì sao là một mặt trời, cũng to và sáng như của chúng ta.
Cứ tưởng tượng xem con sẽ phải dịch Mặt Trời ra xa đến đâu
để khiến nó trông nhỏ và mờ như một ngôi sao thế kia.
Ánh sáng từ các vì sao đi rất nhanh...
nhanh hơn mọi thứ...
nhưng không nhanh đến vô tận.
Phải mất một thời gian ánh sáng mới tới được chỗ ta.
Với các ngôi sao gần nhất, mất hàng năm.
Với những ngôi sao khác, hàng thế kỷ.
Một vài vì sao ở quá xa,
ánh sáng của chúng mất hàng tỷ năm mới tới Trái Đất.
Khi ánh sáng của một vài vì sao tới được đến đây,
thì chúng đã chết rồi.
Với những vì sao đó, chúng ta chỉ thấy được bóng ma của chúng.
Ta thấy ánh sáng từ chúng,
nhưng cơ thể chúng thì đã biến mất từ lâu, rất lâu rồi.
John, cha đã nhìn ngược lại được quá khứ
hơn bất kỳ người nào trước cha--
thấy được thứ từ hàng triệu năm về trước.
William Herschel là người đầu tiên hiểu được rằng chiếc kính viễn vọng chính là một cỗ máy thời gian.
Chúng ta không thể nhìn vào vũ trụ mà không nhìn ngược về quá khứ.
Với mỗi giây, ánh sáng đi được 300.000 km, hay 186.000 dặm.
Đó gần bằng khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trăng.
Vậy, Mặt Trăng cách ta khoảng 1 giây ánh sáng.
Lần tới khi bạn nhìn vào Mặt Trăng, bạn sẽ đang nhìn 1 giây vào quá khứ.
Cái Mặt Trời đó...
Nó không thực sự ở đó đâu.
Nó sẽ chưa thực sự lên quá đường chân trời trong khoảng 2 phút nữa.
Cảnh mặt trời mọc chỉ là một ảo giác.
Khí quyển Trái Đất bẻ cong tia sáng từ Mặt Trời như một ống kính, hoặc một cốc nước.
Vậy nên chúng ta thấy hình ảnh Mặt Trời chiếu trên đường chân trời
trước khi Mặt Trời thực sự ở đó.
Mặt Trời phía sau tôi chỉ là một ảo ảnh.
Không thật hơn một ảo ảnh mờ nhạt lơ lửng từ xa trên sa mạc vào một ngày nóng.
Ánh mặt trời mất khoảng 8 phút để tới Trái Đất.
Vậy Mặt Trời cách ta khoảng 8 phút ánh sáng.
Từ Trái Đất, chúng ta chỉ có thể thấy Mặt Trời
như nó của 8 phút trước đây.
Và một điều nữa.
Mặt Trời không thực sự "mọc" một chút nào.
Trái Đất quay và chúng ta quay cùng nó.
Trông không giống thế, nhưng vào ngay lúc này,
Tôi đang di chuyển nhanh hơn một máy bay phản lực.
cũng như bạn và bất kỳ ai trên Trái Đất.
Và nhân tiện nói luôn,
cái đường chân trời đó ấy mà...
nó không thực sự ở đó đâu.
Không hề có đường biên nào hết.
Đường chân trời chỉ là một ảo giác khác.
Khoảng cách từ Trái Đất tới hành tinh xa nhất, Sao Hải Vương,
thay đổi tùy thuộc vào quỹ đạo của các hành tinh.
Trung bình, ánh sáng đi hết mất khoảng 4 giờ.
Vậy với chúng ta trên Trái Đất,
Sao Hải Vương luôn nằm 4 giờ trong quá khứ--
cách ta 4 giờ ánh sáng.
Nhưng khoảng cách tới các hành tinh, kể cả các hành tinh xa nhất,
cũng chưa là gì so với mức độ lớn hơn nhiều
của các vì sao và các thiên hà.
Ngay khi chúng ta rời khỏi khu vực gần Mặt Trời,
chúng ta sẽ phải thay đơn vị đo khoảng cách
từ giờ ánh sáng sang năm ánh sáng.
Một năm ánh sáng là thước đo chuẩn của vũ trụ.
Mỗi năm như thế là vào khoảng 10 nghìn tỷ km, hoặc 6 nghìn tỷ dặm.
Nó là một đơn vị chuẩn, như là 1 mét hay 1 dặm thôi.
Nó là khoảng cách ánh sáng đi được trong 1 năm.
Ngôi sao gần Mặt Trời nhất, Proxima Centauri,
cách Trái Đất khoảng hơn 4 năm ánh sáng một chút.
4 năm ánh sáng thì xa đến đâu?
Tàu Voyager của NASA đi với tốc độ hơn 56.000 km/h
Kể cả với tốc độ kinh hoàng đó, Voyager cũng phải mất
hơn 80.000 năm mới tới được ngôi sao gần ta nhất.
Và các ngôi sao thuộc quần thể sao Pleiades
cách ta 400 năm ánh sáng.
Con tàu của Trí Tưởng Tượng
được trang bị 1 khả năng rất đặc biệt,
thực ra là có một không hai.
Nó cho phép ta có thể thấy điều gì đang xảy ra
khi ánh sáng từ một vì sao hay thiên hà xa xôi bắt đầu
chuyến hành trình của chúng tới Trái Đất.
Khi ánh sáng đó rời Pleiades, khoảng 400 năm trước,
Galileo đang lần đầu tiên nhìn qua kính viễn vọng.
Một vài năm sau, ông cố gắng đo tốc độ của ánh sáng,
nhưng không thể nào làm được.
Ông có một kế hoạch rất tài tình, nhưng công nghệ của thời kỳ đó
chỉ là không đủ tốt để đo lường chính xác chuyển động của một thứ
di chuyển nhanh như ánh sáng.
Khi chúng ta nhìn Tinh vân Con Cua từ Trái Đất, chúng ta đang nhìn ngược lại quá khứ xa hơn nhiều.
Tinh vân Con Cua từng là một ngôi sao khổng lồ, lớn gấp 10 lần Mặt Trời của chúng ta
cho đến khi nó nổ tung trở thành một siêu tân tinh.
Ở tâm của nó là một sao xung
một ngôi sao đã sụp đổ với kích cỡ bằng một thành phố,
tự xoay với tốc độ 30 lần một giây.
Từ trường xoáy tròn của sao xung này
cuốn các electron gần nó vào vòng xoáy một cách điên cuồng
và gia tốc chúng tới gần vận tốc ánh sáng.
Chúng phát ra ánh sáng xanh làm đốt nóng những xoáy khí
vẫn còn lại từ thời siêu tân tinh.
Tinh vân Con Cua ở cách Trái Đất khoảng 6.500 năm ánh sáng.
Theo một số quan điểm, đó là tuổi của cả vũ trụ.
Nhưng nếu cả vũ trụ mới chỉ có 6.500 tuổi,
làm sao chúng ta có thể thấy ánh sáng từ bất cứ thứ gì xa hơn Tinh vân Con Cua?
Chúng ta sẽ không thể.
Sẽ chỉ là không có đủ thời gian để ánh sáng
tới được Trái Đất từ bất cứ đâu xa hơn 6.500 năm ánh sáng từ mọi hướng.
Chừng đó mới chỉ đủ để ánh sáng di chuyển qua một phần rất nhỏ của Ngân Hà mà thôi.
Tin vào việc vũ trụ mới chỉ trẻ tầm 6.000 hay 7.000 năm tuổi
tức là dập tắt ánh sáng của gần hết Dải Ngân Hà
chưa kể đến ánh sáng từ hơn 100 tỷ thiên hà khác trong Vũ trụ quan sát được.
Tâm của thiên hà chúng ta ở cách Trái Đất khoảng 30.000 năm ánh sáng.
Ánh sáng mà chúng ta thấy hôm nay từ tâm của Ngân Hà đã rời khỏi đó
khi tổ tiên của chúng ta đang tìm ra cách để chinh phục cái chết.
bằng cách tạo ra nghệ thuật, với sức mạnh
khơi truyền cảm hứng kể cả khi họ đã biến mất từ rất lâu.
Ánh sáng mà chúng ta thấy từ Thiên hà Sombrero đã 30 triệu năm tuổi.
Khi ánh sáng đó khởi hành thì tổ tiên ta vẫn còn đang sống trên cây.
Họ nặng khoảng 5 kilo và có đuôi dài.
Nhưng kể cả 30 triệu năm ánh sáng thì vẫn là trong sân sau vũ trụ của chúng ta.
Kia là một phần của Siêu đám thiên hà Coma,
cách ta 320 triệu năm ánh sáng.
Ở nhà đang xảy ra những gì khi ánh sáng đó khởi hành tới Trái Đất?
Chưa có lục địa, đại dương hay dòng sông quen thuộc nào.
Các tổ tiên xa xưa của chúng ta mới đang bắt đầu rời mặt nước lên cạn.
Đó là một ánh sáng khá là cổ đấy,
nhưng vẫn chưa bằng ánh sáng cổ nhất ta có thể thấy.
Ánh sáng cổ nhất đó rất yếu.
Một bóng ma mờ nhạt giữa bầu trời đêm.
Thấy vết đỏ bên trong vòng tròn kia không?
Đó là một trong những thiên hà cổ xưa nhất chúng ta tìm thấy được.
Bạn đang nhìn thấy ánh sáng sao 13,4 tỷ năm tuổi.
được chụp lại từ kính thiên văn Hubble.
Nó thuộc thế hệ sao đầu tiên của vũ trụ
Khi đó điều gì đang xảy ra ở Trái Đất?
Tuyệt đối không gì cả.
Chưa có Trái Đất, Mặt Trời, Ngân Hà gì hết.
Chúng sẽ chưa xuất hiện trong hàng tỷ năm nữa.
Khi chúng ta cố gắng nhìn xa hơn vào vũ trụ chúng ta tới nơi có vẻ như là tận cùng không gian...
nhưng thực ra...
lại là nơi khởi đầu của thời gian.
Trái Đất hút chúng ta
Cuộc sống chúng ta là một cuộc chống chọi không ngừng với trọng lực.
Bé gái kia đang cố gắng hết sức để thoát ra
khỏi một giếng trọng lực.
từ cố gắng đầu tiên của ta để đứng lên, cho tới hơi thở cuối cùng...
chúng ta liên tục chống chọi để vượt qua lực hút của Trái Đất.
Chúng ta sinh ra, sống và chết trong một trường lực--
một trường lực đã già như chính vũ trụ vậy.
Và nó già thế nào ư?
Để hình dung được 13,8 tỷ năm tuổi của vũ trụ
ta hãy dồn mọi thời gian của vũ trụ vào một năm lịch của loài người.
Nửa đêm ngày 31/12 là thời điểm lúc này và 1/1 là điểm khởi đầu của thời gian.
Thấy đám mây sáng rực kia không?
Nó là bức xạ, còn sót lại từ thời điểm Big Bang,
vụ nổ đã khai sinh ra vũ trụ 13,8 tỷ năm trước.
Ngay lúc này, chúng ta đang ở biên giới của không-thời gian đã biết.
Vậy điều gì đã xảy ra trước vụ nổ Big Bang?
Không ai biết được.
Không có bằng chứng nào còn tồn tại từ thời đó.
Chúng ta cũng có một vài ý tưởng khá điên rồ về việc vũ trụ đến từ đâu,
rồi từ từ chúng ta sẽ nói đến sau.
Chúng ta ở đâu trong vũ trụ?
Ở ngay chính trung tâm.
Trong Vũ trụ quan sát được, ai cũng được thấy là mình đặc biệt.
Bất kể bạn có đang ở thiên hà nào đi nữa,
khi nhìn ra không gian, bạn sẽ luôn thấy mình
ở ngay chính tâm của chân trời vũ trụ.
Nhưng đây cũng chỉ là một ảo giác.
Trên thực tế, không hề có tâm nào,
và chân trời vũ trụ cũng không thật hơn đường chân trời bạn thấy ở biển.
Đó là thứ bạn có khi bạn có một tốc độ ánh sáng hữu hạn,
trong một vũ trụ có một điểm bắt đầu của thời gian.
Một vài trăm triệu năm sau vụ nổ Big Bang,
những đám mây khí hydro và heli khổng lồ tụ lại thành những ngôi sao và thiên hà đầu tiên.
Với những nguồn sáng mới này, thời đại tối tăm dài đằng đẵng của vũ trụ chấm dứt.
Khi vũ trụ tiếp tục giãn nở, sự tiến hóa của vũ trụ mở rộng ra trên quy mô lớn hơn nhiều.
Khi thế hệ sao đầu tiên chết đi, chúng để lại hạt giống là những nguyên tố nặng hơn
giúp cho các hành tinh có thể được tạo thành,
và, sau đó nữa, là sự sống.
Vật chất và năng lượng được tạo ra trong Big Bang.
Nhưng đó chưa phải là tất cả.
Không và thời gian cũng được tạo ra nữa.
và tất cả mọi loại lực giúp giữ mọi thứ lại với nhau,
bao gồm cả trọng lực.
Isaac Newton đã khám phá ra một định luật toán học
có thể lý giải cách trọng lực hoạt động.
Với định luật đó, ông có thể giải thích sự chuyển động của các hành tinh.
Hơn 100 năm sau,
William Herschel nhận ra trọng lực còn làm được rất nhiều hơn thế.
John, con có thể giữ bí mật không?
Có ạ, thưa cha.
Cha mới khám phá ra một điều và chưa nói với bất kỳ ai cả.
Thứ trọng lực giữ chúng ta trên Trái Đất--
cũng thứ trọng lực mà Newton đã chứng minh giúp giữ các hành tinh ở trong quỹ đạo--
Cha đã khám phá ra rằng nó còn thống trị cả những vì sao xa xôi nữa.
Cha à... nhưng làm sao cha có thể biết?
Con có thấy được chòm sao Sư tử không?
Kia ạ.
Làm tốt lắm.
Giờ con có thể thấy được ngôi sao nối đầu Sư tử với mình nó không?
Kia ạ.
Ngôi sao đó thực ra là hai ngôi sao ở gần nhau đến nỗi chúng trông như là một.
Cha đã theo dõi chúng qua kính viễn vọng từ rất lâu trước khi con ra đời.
Chúng khiêu vũ vòng quanh nhau rất chậm rãi,
chậm hơn bất cứ hành tinh nào quay quanh Mặt Trời.
Rất nhiều vì sao mà ta thấy tối nay,
có lẽ là hầu như tất cả chúng,
đều khiêu vũ với những bạn nhảy vô hình.
Trọng lực là vị hoàng đế cai trị tất cả trên bầu trời.
Một thế kỷ trước đó,
Isaac Newton đã bị ám ảnh
bởi cùng sự thiếu vắng một cơ chế trọng lực này.
làm thế nào những khối thiên thể xa nhau có thể tác động tới nhau
qua khoảng không rộng lớn mà không cần chạm vào nhau?
Thứ "hành động của khoảng cách" này, như ông gọi nó, khiến ông rất khó hiểu.
Đến thể kỷ 19, Michael Faraday khám phá ra
rằng chúng ta được bao vây bởi một trường lực vô hình
giúp giải thích cách trọng lực hoạt động.
Quả táo và Trái Đất không chạm nhau nhưng trường lực giữa chúng thì có.
Ông tưởng tượng những đường trọng lực đó
tán xạ ra ngoài vũ trụ từ mọi khối thiên thể lớn
Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt Trời, mọi thứ.
Đây chính là câu trả lời cho câu hỏi đã làm khó Newton.
Vào năm 1865, James Clerk Maxwell đã dịch ý tưởng của Faraday
về điện trường và từ trường thành những định luật toán học.
Ông phát hiện ra các trường lực này di chuyển qua không gian dưới dạng sóng.
Khi ông tính toán tốc độ của chúng, mới thấy hóa ra chúng đi với tốc độ ánh sáng.
Chúng ta đang bắt đầu khám phá những sợi chỉ trong tấm tranh thêu của vũ trụ
nhưng chúng ta khi đó vẫn chưa khám phá hết vô số hoa văn đa dạng
mà thời gian, ánh sáng, không gian và trọng lực đã dệt nên.
Khi Albert Einstein làm việc ở Berlin để nghiên cứu thuyết trọng lực của ông,
ông giữ bức chân dung của 3 người này trước mặt.
Ông biết rằng mình đang đứng trên vai của họ.
Nhiều năm trước, khi còn là thiếu niên, ông đã có một ý tưởng
cũng chấn động như bất cứ ý tưởng nào của họ.
Và nó xảy ra vào một mùa hè khi ông đang mơ màng ở Italy.
Vào mùa hè năm 1895,
việc kinh doanh của cha Einstein ở Đức gặp thất bại,
và cả gia đình chuyển tới Bắc Italy.
Chàng trai trẻ Einstein thích lang thang quanh đây
và để cho tâm trí mình thỏa sức khám phá.
Có một cảm giác gì đó vĩnh hằng ở nơi này.
Không có gì ở đây thực sự thay đổi
từ những ngày tháng mơ mộng thời trẻ đó của Einstein.
Một ngày, ông bắt đầu nghĩ về ánh sáng và việc nó di chuyển nhanh đến đâu.
Bình thường, chúng ta luôn đo tốc độ của một vật đang di chuyển
trong so sánh với một vật khác,
một thứ được coi là bất động.
Một thứ gì đó trong vũ trụ mà không hề chuyển động.
Ví dụ, tôi đang đi với tốc độ 10 km/h trong tương quan với mặt đất.
Nhưng, như nãy tôi đã nói, chính mặt đất cũng đang di chuyển.
Trái Đất đang tự quay với vận tốc 1.600 km/h
trong khi vẫn quay quanh Mặt Trời với tốc độ hơn 100.000 km/h.
Và Mặt Trời thì vẫn đang dịch chuyển qua Ngân Hà
với tốc độ nửa triệu dặm/giờ
Và Ngân Hà thì cũng đang dịch chuyển qua vũ trụ
ở tốc độ gần 1,5 triệu dặm/giờ
Chẳng có thứ gì cố định trong vũ trụ cả.
Tất cả tự nhiên đều đang chuyển động.
Đã là rất khó với cả Einstein khi còn trẻ để tưởng tượng được 1 vật chuẩn
để dựa vào đó đo được tất cả những chuyển động tương đối này.
Đây chính là cuốn sách đã truyền cảm hứng cho Einstein khi còn trẻ.
Cho một đứa trẻ một cuốn sách, và bạn thay đổi cả thế giới.
Theo một cách nào đấy, cả chính vũ trụ nữa.
Nhìn xem này-- ở ngay trang đầu tiên,
nó đã miêu tả tốc độ đáng kinh ngạc
của dòng điện qua dây
và của ánh sáng qua không gian.
Einstein nhớ lại những gì ông đã học khi còn nhỏ, từ cuốn sách này,
và có lẽ, lần đầu tiên, ngay tại đây,
tự hỏi liệu thế giới trông sẽ thế nào nếu bạn có thể di chuyển với tốc độ ánh sáng.
Einstein càng nghĩ nhiều về nó, nó càng làm khó ông hơn.
Nếu bạn tưởng tượng đến việc du hành với tốc độ ánh sáng,
những nghịch lý có vẻ cứ xuất hiện ở khắp nơi.
Einstein đã sốc khi nhận ra rất nhiều trong số những điều đã được mặc nhiên chấp nhận
bởi thậm chí cả những người nhiều danh tiếng nhất trong lĩnh vực đó
lại sai hoàn toàn.
Khi di chuyển với vận tốc cao,
có những quy luật nhất định buộc phải được tuân thủ.
Einstein gọi chúng là "Các nguyên lý tương đối"
Hãy tưởng tượng người phụ nữ trẻ vừa vượt qua chúng ta trên chiếc xe máy kia.
hãy tưởng tượng cô ấy đang lái chiếc xe đi qua vũ trụ.
Ánh sáng từ mọi vật sẽ luôn đi ở cùng 1 tốc độ
bất kể vật thể đó đang chuyển động hay đứng yên.
Tốc độ của cô ấy sẽ không cộng thêm vào tốc độ ánh sáng.
Ánh sáng từ xe cô ấy sẽ vẫn di chuyển với tốc độ ánh sáng.
Tự nhiên như đã ra lệnh:
"Ngươi sẽ không được cộng thêm tốc độ vào tốc độ ánh sáng".
Thêm nữa, không vật thể vật chất nào
có thể đi nhanh bằng hoặc hơn tốc độ ánh sáng.
Không có luật vật lý nào cấm bạn đi gần tốc độ ánh sáng nhất có thể,
99,9% tốc độ ánh sáng vẫn không sao.
Nhưng dù bạn có cố gắng thế nào,
bạn cũng sẽ không bao giờ đạt được 0,1 cuối đó.
Để thực tế có thể liền mạch về mặt logic, buộc phải có một giới hạn tốc độ vũ trụ.
Tiếng tách của ngọn roi là do đầu nó đã chuyển động nhanh hơn tốc độ âm thanh.
Nó tạo ra một sóng xung kích,
Một tiếng nổ siêu thanh giữa miền quê Italy.
Tiếng sấm cũng hoạt động theo cách như vậy,
và cũng tương tự với âm thanh của máy bay siêu thanh phóng ngang qua.
Vậy tại sao tốc độ ánh sáng lại là biên giới thay vì tốc độ âm thanh?
Câu trả lời không chỉ là vì ánh sáng di chuyển nhanh hơn âm thanh hàng triệu lần.
Và nó không đơn giản chỉ là vấn đề kỹ thuật như chế tạo được máy bay siêu thanh đầu tiên.
Thay vào đó, biên giới tốc độ ánh sáng là một định luật cơ bản của tự nhiên,
cũng cơ bản như trọng lực vậy.
Einstein đã tìm ra cơ sở chắc chắn cho thế giới,
cây cột chống vững chắc giữa tất cả những sự tương đối
trong tất cả các chuyển động của vũ trụ.
Ánh sáng vẫn sẽ di chuyển nhanh như vậy
bất kể nguồn sáng của nó đang di chuyển nhanh hay chậm.
Tốc độ ánh sáng là hằng số, trong tương quan với mọi thứ khác.
Không gì có thể bắt kịp tốc độ ánh sáng.
Có một đặc điểm này về các định luật của tự nhiên
đấy là chúng không thể bị vi phạm.
Công việc của các nhà vật lý là khám phá ra những định luật này,
những thứ sẽ không thay đổi từ văn hóa này sang văn hóa khác.
hay từ thời đại này sang thời đại khác,
và luôn đúng trên khắp toàn vũ trụ.
Đó là tại sao, như Einstein đã chứng minh,
có những điều kỳ lạ xuất hiện khi ta đạt gần tốc độ ánh sáng.
Du hành với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng
cũng giống như 1 loại thuốc trường sinh.
Bởi vì đồng hồ sinh học của bạn sẽ chậm lại trong tương quan với những thứ bạn bỏ lại sau lưng.
Hiện tượng này có thể giúp con người chúng ta,
những người chỉ sống được khoảng 1 thế kỷ,
một phương pháp thiết thực để du hành tới các vì sao
nơi show diễn ảo thuật của không-thời gian
thực sự mới là điên rồ.
Nhà thiên văn thế kỷ 19, William Herschel
rất thích thú chia sẻ những kỳ quan của vũ trụ
với con trai ông, John.
Cha từng có một người bạn, một người rất thông minh,
một nhà thiên văn và một mục sư tại Leeds,
tên là John Michell.
Tội nghiệp, ông ấy mất từ khi con còn nhỏ,
Cầu chúa phù hộ cho ông ấy.
Ông ấy tin rằng 1 vài vì sao là vô hình
Chúng thực sự tồn tại, nhưng ta sẽ không bao giờ thấy được chúng.
"Sao tối", Michell gọi chúng như vậy.
Con không có ý gì đâu, thưa Cha,
nhưng chắc chắn bạn cha đã nhầm rồi.
Nếu không ai có thể thấy chúng,
vậy làm sao chúng ta có thể biết chúng có tồn tại?
Vậy con có thấy cái người đã để lại những dấu chân kia không, John?
Ồ, không, thưa Cha.
Con không thấy.
Nhưng con có biết là ông ta có tồn tại không?
John Michell là một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất
mà bạn có lẽ chưa bao giờ nghe qua.
Ông sống và làm việc ở Anh vào thế kỷ 18.
Nếu ông đã từng bao giờ được vẽ chân dung, thì giờ nó hẳn đã không còn nữa.
Ông từng được một người quen miêu tả là
"một người đàn ông thấp nhỏ con, da đen, và béo"
Michell hình dung một ngôi sao cực lớn, cực khổng lồ, đến độ không gì cả, kể cả ánh sáng,
có thể thoát khỏi trường trọng lực của nó.
Bạn có thể thấy được các sao tối không?
Không thể thấy được bằng mắt thường, một cách trực tiếp,
nhưng nó có thể để lại một dạng dấu chân
trên bờ biển vũ trụ.
Michell nhận ra rằng có thể phát hiện được
một vài trong các vì sao đó nhờ trọng lực cực mạnh của chúng.
Nếu một sao tối như thế tình cờ ở gần một ngôi sao nhỏ, sáng hơn
ngôi sao đó trông sẽ như đang quay quanh quỹ đạo
của chẳng cái gì cả.
Dù chúng ta không thể thấy nó,
chúng ta biết là một thứ gì đó với khối lượng cực lớn phải đang ở ngay đó.
Một ngôi sao tối,
hay thứ ngày nay chúng ta hay gọi là một hố đen.
Một hố đen trông sẽ thế nào?
và cảm giác thế nào khi chui vào trong nó?
Chúng ta sẽ nói cái đó sau, nhưng trước hết,
hãy dừng nhanh một chút tại quê nhà tôi,
thành phố New York,
nơi với tôi, mọi thứ luôn đang không ngừng chuyển động.
Tôi đã sống ở đây phần lớn đời mình.
Luôn có một thứ gì đó mới để xem.
Nhưng một thứ không bao giờ thay đổi:
trọng lực.
Trọng lực của Trái Đất vẫn không đổi trong suốt 4,5 tỷ năm vừa qua.
Nhưng sẽ thế nào nếu hôm nay chúng ta có thể thay đổi nó?
Trọng lực là một sự nhiễu loạn trong hình khối của không-thời gian.
Như Einstein đã chứng minh,
không gian có thể mở rộng hoặc thu hẹp, hay bị xoắn vặn một cách không giới hạn.
Nếu kích cỡ hay khối lượng riêng của Trái Đất chỉ khác đi dù chỉ một chút thôi,
trọng lực của nó cũng sẽ khác đi ngay.
Có vô hạn những khả năng.
Cư dân New York cảm thấy hoàn toàn thoải mái với mức độ hút của trọng lực Trái Đất.
gọi là "1 G".
Giả sử chúng ta "tắt" trọng lực đi trên 1 con phố này.
Những người và vật mà đang di chuyển
sẽ lập tức bay lên.
Giờ sẽ thế nào nếu tôi tăng mức trọng lực lên?
tới khoảng, 8 hoặc 9 G thì sao?
Vì tốt cho bạn thôi,
hãy bỏ chạy khỏi chỗ này cho nhanh.
Đó là ngang với mức độ lực G
mà một phi công chiến đấu khi lượn tốc độ cao sẽ phải chịu.
Một vài phút chịu đựng nó sẽ không giết chết bạn
nhưng nó sẽ không thoải mái chút nào.
Ở mức độ 100.000 G,
ngay cả cột nước cứu hỏa cũng sẽ bị ép nát
bởi chính trọng lượng khổng lồ của nó.
Nhưng ở 1 triệu G ư,
ngay cả ánh sáng cũng phải cúi đầu trước trọng lực.
Ánh sáng vẫn sẽ di chuyển ở một tốc độ không đổi,
nhưng nó không thể thoát đi đâu được.
Ngôi sao tối của Michell...
là một hố đen.
Và hố đen gần nhất có lẽ ở gần hơn là bạn nghĩ.
Không phải bất cứ ngôi sao nào cũng có thể trở thành hố đen.
Chỉ khoảng 1 trên 1000 vì sao là đủ lớn.
Cái gần nhất có thể chỉ khoảng 100 năm ánh sáng từ Trái Đất.
Hố đen không phải thứ "máy hút bụi vũ trụ" như trong truyện viễn tưởng.
Chúng không đi loanh quanh nuốt chửng các thế giới đâu.
Bạn cần phải đến với nó.
Nhưng nếu bạn làm thế,
đó sẽ là thứ cuối cùng bạn được nhìn thấy trên đời.
Đây là chúng ta, đang chống chọi vài triệu G từ một hố đen.
Đừng có quên, cái thứ đó nuốt chửng cả ánh sáng.
Chúng ta sẽ giữ khoảng cách.
Khi các sao khổng lồ dùng cạn năng lượng hạt nhân của nó
chúng không còn có thể đủ nóng để chống lại lực hút hướng tâm từ chính trọng lực của nó.
Những ngôi sao lớn nhất sụp đổ vào trong bóng tối
chỉ để lại duy nhất trọng lực của chúng.
Hố đen này đang bọc lấy cái xác đã teo nhỏ
của một ngôi sao siêu khổng lồ.
Bản thân ngôi sao đã teo nhỏ lại thành một thứ
còn nhỏ hơn cả phần bóng tối này
chỉ rộng khoảng 64 km.
Đây là hố đen đầu tiên từng được phát hiện--
Cygnus X-1.
Làm thế nào chúng ta ở Trái Đất có thể tìm thấy một thứ quá nhỏ, tối và ở xa đến như thế?
Chúng ta nhìn vào nó qua 1 loại ánh sáng khác, tia X.
Trong ánh sáng tia X, chúng ta mất dấu những ngôi sao xanh
bởi vì bề mặt của chúng chỉ vào khoảng 30.000 độ.
Nhưng đĩa khí xung quanh một hố đen
thì sáng rực rỡ qua tia X ở nhiệt độ 100.000 độ.
Như William Herschel đã khám phá ra,
rất nhiều ngôi sao có các sao đồng hành thân cận, tạo thành một hệ thống sao đôi.
Nhưng nếu một trong hai sao quá khổng lồ, và ngôi sao còn lại nhỏ và đặc hơn,
ngôi sao nhỏ có thể hút kiệt và nuốt chửng khí quyển
của ngôi sao lớn.
Mối quan hệ căng thẳng này có thể kéo dài tới hàng triệu năm.
Khí quyển của ngôi sao lớn cứ bị trút dần sang
một đĩa vật chất nóng sáng rực lớn dần cứ xoay và xoắn ốc thành một hố đen
Trọng lực quá khổng lồ cứ tăng tốc dần lượng khí từ ngôi sao xanh
vào một vòng xoáy chết chóc,
vượt qua giới hạn không-thời gian,
và không bao giờ được thấy trở lại nữa.
Đường biên giới định mệnh chia tách một hố đen
và phần còn lại của vũ trụ được gọi là chân trời sự kiện.
Từ góc nhìn của ta, vật chất trong cái đĩa
giảm tốc dần khi chúng đến gần chân trời sự kiện,
nhưng không bao giờ chạm được vào nó.
Nhưng nếu bạn đang đi trong đĩa khí xoáy đó--
và tôi không khuyến khích việc đó--
bạn sẽ vượt qua chân trời sự kiện trong chỉ một vài giây
vào một miền đất chưa khám phá mà từ đó chưa nhà du hành nào trở về.
Chúng ta đã tìm kiếm trung tâm của hàng chục thiên hà,
và trong mọi trường hợp, ta đều tìm thấy một hố đen siêu khổng lồ.
Thiên hà của chúng ta cũng không phải ngoại lệ.
Những ngôi sao gần tâm thiên hà nhất quay với tốc độ hơn 40 triệu km/h.
Thứ gì đã khiến chúng di chuyển nhanh đến vậy?
Lời giải thích hợp lý duy nhất
là phải có thứ gì đó với khối lượng bằng 4 triệu Mặt Trời nằm ở chính trung tâm.
Vậy sao không thấy ánh sáng rực rỡ bằng của 4 triệu mặt trời đó?
Vì chúng ta không thể thấy nó,
nó hẳn đã phải bị nhốt trong một hố đen.
Trái Đất ở đủ xa để hoàn toàn an toàn.
Các thế giới khác có thể không được may mắn thế.
Nếu bạn bằng cách nào đó sống sót được chuyến du hành
vượt qua chân trời sự kiện,
bạn sẽ có thể ngoảnh nhìn lại
và thấy toàn bộ lịch sử tương lai của vũ trụ
diễn ra trước mắt bạn.
Tại sao?
Bởi vì khi không-thời gian bị uốn cong
bởi trọng lực kinh khủng của một hố đen,
thời gian bị kéo ra tới mức giới hạn.
Nhưng điều gì sẽ diễn ra phía trước bạn?
Trước khi ta tới đó, tôi phải cảnh báo bạn
rằng ta đang tiến tới những lãnh địa chưa được khai phá của khoa học.
Rất có thể, sẽ có những định luật chưa được tìm ra của vật lý
quy định cách các sự kiện xảy ra trong lòng một hố đen.
Nhưng, cho đến khi một Einstein tiếp theo xuất hiện,
hãy tiến hành một thí nghiệm tưởng tượng xem.
Đó là cách John Michell đã lần đầu tiên tưởng tượng ra các sao tối vào thế kỷ 18,
và cách Einstein hình dung về vương quốc bí ẩn của...
Cha à, cha có tin là có ma không?
Ồ không, không phải ma theo nghĩa con người.
Không, hoàn toàn không.
Nhưng nhìn lên mà xem, con trai,
và thấy một bầu trời đầy ắp chúng.
Nếu bạn có thể sống sót sau một chuyến du hành qua hố đen
bạn có thể xuất hiện tại một nơi khác,
vào một thời gian khác trong vũ trụ của chúng ta.
né được một trong những điều luật đầu tiên của thuyết tương đối:
"Ngươi không được di chuyển nhanh hơn ánh sáng".
Không gì có thể di chuyển qua không gian nhanh hơn ánh sáng.
Nhưng không gian không chỉ có khoảng không trống rỗng.
Những thuộc tính của nó có thể bị kéo dãn, thu nhỏ hoặc làm biến dạng.
Và khi điều đó xảy ra, thời gian cũng sẽ bị biến dạng theo.
Einstein khám phá ra rằng không gian và thời gian chỉ là 2 mặt
của cùng một thứ, không-thời gian.
Không-thời gian tự nó có thể biến dạng đủ nhiều
để đưa bạn đi với bất kỳ tốc độ nào.
Các hố đen rất có thể sẽ là những đường hầm xuyên vũ trụ.
Trong hệ thống tàu điện ngầm liên thiên hà này, bạn có thể tới được
những nơi xa nhất của không-thời gian,
hoặc bạn có thể tới những nơi còn kỳ diệu hơn thế.
Chúng ta có thể sẽ thấy mình ở trong một vũ trụ hoàn toàn khác.
Nhưng làm thế nào cả một vũ trụ có thể nhét vừa trong một hố đen,
vốn chỉ là một phần nhỏ của vũ trụ chúng ta?
Đó lại là một trò ảo thuật khác của không-thời gian.
Hiện tượng trọng lực của một hố đen
có thể bẻ cong không gian của cả một vũ trụ bên trong nó.
Chúng ta có thể thấy trọng lực của riêng mình thật là nặng nề,
nhưng nó thực sự không là gì khi so sánh với những gì xảy ra trong lòng một ngôi sao đã sụp đổ.
Theo tất cả những gì chúng ta biết,
khi một ngôi sao khổng lồ sụp đổ thành một hố đen,
mật độ và áp lực cực khổng lồ ở tâm
cũng giống như ở Big Bang, thứ có thể khai sinh ra một vũ trụ.
Và một vũ trụ bên trong một hố đen
có thể sinh ra những hố đen của riêng nó.
Và chúng lại có thể dẫn đến những vũ trụ khác nữa.
Có khi đó là cách vũ trụ chúng ta hình thành.
Hoàn toàn có khả năng
nếu bạn muốn biết cảnh tượng trông thế nào trong lòng một hố đen,
chỉ cần nhìn xung quanh bạn.
William Herschel tiếp tục khám phá ra rằng mặt trời
và các hành tinh của nó đang di chuyển qua Ngân Hà.
Và con trai ông, John, thì sao?
Cậu ấy lớn lên trở thành một nhà khoa học vĩ đại.
Những quan sát vũ trụ của cậu ấy xây tiếp lên từ công trình của cha cậu.
để trở thành nền tảng cho việc phân loại các thiên hà ngày nay.
Khi William đổ bệnh, John đã ở bên cạnh ông
suốt những đêm dài bên chiếc kính viễn vọng,
giúp ông quan sát các vì sao.
Và khi cha mất, John đã viết trên bia mộ của ông:
"Ông đã nhìn xuyên qua được bức tường của bầu trời".
John vẫn thường hồi tưởng
về những tối mùa hè đó với cha ông.
Có lẽ đó là lý do ông tìm kiếm một cách để lưu giữ quá khứ.
John Herschel là một trong những người đã tìm ra một cách du hành thời gian mới,
một phương tiện để lưu giữ ánh sáng và ký ức.
Ông thực ra đã đặt cái tên cho nó:
nhiếp ảnh.
Khi bạn nghĩ về nó,
nhiếp ảnh đúng là một cách du hành xuyên thời gian.
Người đàn ông này đang nhìn chúng ta từ cách xa vài thế kỷ...
một bóng ma lưu giữ bởi ánh sáng.
Không khó để tưởng tượng là trong tương lai gần,
chúng ta sẽ có thể lưu giữ được quá khứ trong cả ba chiều không gian.
Chúng ta sẽ có thể bước vào một ký ức.
Có lẽ chúng ta sẽ không thể du hành ngược thời gian,
nhưng có thể, một ngày nào đó, chúng ta có thể mang quá khứ đến với chúng ta.
Đây là một khoảnh khắc trong quá khứ của tôi.
Cũng như John Herschel,
Tôi đang nhớ về một phiên bản trẻ tuổi hơn của mình.
Ngày 20/12, năm 1975.
Một ngày tuyết rơi tại Ithaca, New York.
Một điểm rẽ trên con đường cuộc đời đã đưa tôi đến thời điểm này cùng các bạn.
Đó là ngày tôi được gặp Carl Sagan.
Làm tôi nhớ lại bóng ma của các vì sao trên bầu trời...
Bạn biết rồi đấy, những bóng ma vẫn còn tỏa sáng
ngay cả khi chúng đã chết từ rất lâu rồi.