Dịch giả: Ngô Minh Tuấn


Galileo Galilei khám phá ra con đường sữa mới chỉ là một phần của hệ thiên hà

Vào năm 1610, Nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei đã sử dụng một kính thiên văn ông tự chế tạo và phát hiện ra rằng con đường sữa được tạo bởi hằng hà sa số các ngôi sao. Thậm chí, con đường sữa chỉ là một phần của cái thiên hà mà chúng ta đang sống trong. Xem xét con đường sữa theo khía cạnh này, thế kỉ thứ 18 nhà triết học Đức Immanuel Kant đã giả định là các ngôi sao xung quanh chúng ta làm thành một hình thấu kính và chúng ta là một phần của một thiên hà. Ông cho rằng chúng ta sống trên một phần của cái thấu kính đó và giữa các ngôi sao, chúng ta thấy một số lượng lớn các sao theo chiều xuyên tâm, đó chính là cái mà chúng ta gọi là con đường sữa.

Herschel tạo ra một mô hình thiên hà mới

Người đầu tiên nhận thấy con đường sữa trên thực tế chỉ là quang cảnh của hệ thiên hà khi được nhìn từ rìa của nó là nhà thiên văn học Anh William Herschel, người đồng thời phát hiện ra Hải Vương tinh. Herschel đã cẩn thận đếm các ngôi sao trên bầu trời và tạo nên một mô hình mới như bức vẽ trên. Mặt trời nằm ở trung tâm của chiếc đĩa thiên hà (nó có độ dày bằng khoảng 1/5 lần đường kính).

Hệ mặt trời nằm cách tâm thiên hà khoảng 28 000 năm ánh sáng

Phát hiện của William Herschel cho rằng thiên hà của chúng ta có hình dạng giống một chiếc đĩa là một phát hiện tuyệt vời, nhưng nó vẫn còn cách khá xa thực tế mà ngày nay chúng ta biết về thiên hà. Herschel tin rằng hệ mặt trời của chúng ta ở vị trí tâm thiên hà. Mãi cho đến đầu thế kỉ 20, mọi người vẫn còn tin vào điều đó. Tuy nhiên, vào năm 1918, nhà thiên văn học Mỹ Harlow Shapley đã nhận thấy rằng hệ mặt trời thực sự nằm khá xa tâm thiên hà. Thực tế, lúc đó ông ước chừng là khoảng 50 000 năm ánh sáng, nhưng sau đó ông đổi thành 28 000 năm ánh sáng. Ngoài ra, vào năm 1950, nhà thiên văn học Hà Lan Hendrik Christoffel Van de Hulst đã phát hiện thấy thiên hà xoắn ốc của chúng ta có những “cánh tay” đồ sộ thò ra từ tâm và thấy rằng hệ mặt trời của chúng ta nằm trên một trong những “cánh tay” thò ra đó. Ngày nay, chúng ta biết rằng thiên hà có dạng đĩa xoắn ốc với đường kính vào độ 100 000 năm ánh sáng và một quầng khá giống một hình cầu với bán kính độ vài trăm nghìn năm ánh sáng bao gồm cả ngân hà. Người ta tin rằng toàn bộ ngân hà quay với vận tốc khoảng 220 km/s.

Ba phút đầu tiên

Để mở ra bí ẩn về sự chào đời của vũ trụ

Nhiều nhà lý thuyết khảo sát tỉ mỉ về khuôn khổ chào đời và tiến hóa của vũ trụ đã xây dựng các khuôn khổ dựa trên nền tảng được cung cấp bởi thuyết tương đối của Einstein. Tuy nhiên, ai càng tiếp tục theo đuổi lý thuyết về trọng trường với ý định có được một cái gì đó về khoảnh khắc vũ trụ được sinh thành thì càng gặp nhiều điểm không thể giải thích được. Ngay sau thời điểm chào đời, vũ trụ đi từ trạng thái nóng và đặc khủng khiếp đến trạng thái bùng nổ dữ dội. Nó cần thiết để hiểu được hành trạng của mật độ vật chất vô hạn (người ta tin ràng nó đã tồn tại ở vào khoảng khắc đó). Khoa học tận tâm nghiên cứu về vấn đề này là vật lý hạt cơ bản và cơ học lượng tử.

Những cơ sở của vũ trụ đã được tạo nên trong “3 phút đầu tiên”

Nhà vật lý hạt nhân Mỹ Steven Weinberg đã đề một lý thuyết về những gì đã xảy ra trong vũ trụ từ thời điểm 1% giây sau khi sinh ra. Weinberg trình bày thuyết của ông cho các độc giả không phải là chuyên gia trong cuốn “3 phút đầu tiên”. Ông đề nghị rằng tại thời điểm 1% giây sau khi chào đời, vũ trụ được đặc trưng bởi nhiệt độ cực cao (100 tỉ độ K trên không độ tuyệt đối) và mật độ siêu đậm đặc. Một số lượng khổng lồ các hạt photon, neutrino, electron pha lẫn với một lượng nhỏ hơn proton và neutron. Sau 3 phút 46 giây, nhiệt độ giảm xuống còn 900 triệu độ, và sự nấu chảy hạt nhân nguyên tử heli và hydro trở nên ổn định. Rồi sau đó, vũ trụ nguội đi qua một thời kì dài và khí cấu tạo nên các thiên hà đã bắt đầu xuất hiện.

Hệ thiên hà

Thiên hà của chúng ta có hình đĩa, giống như một thấu kính lồi

Thiên hà của chúng ta là một thiên hà “xoắn ốc”, bao gồm khoảng 200 tỉ ngôi sao. Tâm thiên hà hình đĩa, giống một thấu kính lồi dầy đặc. Đường kính của thiên hà khoảng 100 000 năm ánh sáng, và tâm đo được khoảng vài lần 15 000 năm ánh sáng xuyên qua chỗ dày nhất. Phần tâm này có chứa rất nhiều sao già cỗi, với nhiều sao tương đối trẻ hơn tập hợp lại theo đường dọc ra phía ngoài đĩa. Ngân hà cũng bị bao quanh bởi một màn mỏng khí và các đám tinh cầu lác đác, gọi là một “quầng”. Mặt trời của chúng ta là một ngôi sao trung bình, nằm cách tâm thiên hà 28 000 năm ánh sáng.

Thiên hà có nhiều dạng thù hình khác nhau, tùy thuộc vào các đặc điểm của nó

Bên cạnh những thiên hà xoắn ốc giống như thiên hà của chúng ta, còn có nhiều loại thiên hà khác nữa. Đó là các thiên hà xoắn ốc kẻ ngang, bắt nguồn từ cả hai đầu mút của các cánh tay chạy xuyên qua tâm của một thiên hà xoắn ốc. Thiên hà Elip nhìn như một cái đĩa bị kéo dài, và hầu như không có sao mới, chỉ chứa các ngôi sao rất già khối lượng nhỏ. Có các thiên hà tương tự với thiên hà xoắn ốc được gọi là “thiên hà hột đậu”, hay “thiên hà thấu kính”. Cũng có những thiên hà xuất hiện trong tiến trình thay hình đổi dạng như là kết quả của một vài cú va chạm. Chúng được gọi là các “thiên hà bất quy tắc”.

Vòng đời của một ngôi sao

Sao được sinh ra từ các đám vật chất trong không gian

Không gian vũ trụ không hoàn toàn là chân không. Thực tế, nó được lấp đầy bởi các các đám mây Hydro và Heli rất dày, và bụi – giống như các hạt trong không gian. Đó là các nguyên liệu thô của các ngôi sao tương lai. Các đám hạt trong không gian hút ngày càng nhiều các hạt khác, làm tăng khối lượng từ từ. Rốt cuộc, đám này bắt đầu thu gọn lại do bởi hấp dẫn tự thân. Sau đó, khi mà nhiệt độ lõi lên đến xấp xỉ 10 triệu độ, phản ứng hạt nhân bắt đầu. Thời kì này trở về trước được gọi là “pha co lại” và, trong trường hợp một ngôi sao có khối lượng tương tự như mặt trời của chúng ta, thì cần khoảng 500 triệu năm.

Thời kì dài nhất trong cuộc đời của một ngôi sao giống như một chuỗi sao chính

Một khi pha co lại hoàn tất, ngôi sao bắt đầu trở thành một ngôi sao cố định, một “người trưởng thành” nếu có thể nói thế, và bước vào giai đoạn chuỗi sao chính. Các sao trong thời kì này tạo ra năng lượng là kết quả của phản ứng hạt nhân tạo nên một nguyên tử Heli từ bốn nguyên tử Hydro. Tức là số lượng của Hydro từ từ giảm xuống, trong khi đó số lượng Heli lại tăng lên. Giai đoạn chuỗi sao chính là thời kì dài nhất trong cuộc đời của một ngôi sao, và trong trường hợp của một ngôi sao có khối lượng tương đương mặt trời, lâu nhất là khoảng 10 tỷ năm. Người ta cho rằng mặt trời khoảng 4.6 tỷ năm tuổi, nghĩa là nó đã tồn tại gần được nửa giai đoạn chuỗi sao chính của nó.

Khi các tầng ngoài cùng phồng ra từ lõi Heli, ngôi sao chuyển thành một sao khổng lồ đỏ

Heli ở tâm sao tiếp tục tăng lên cho tới khi một cái lõi heli được tạo thành. Phản ứng hạt nhân bắt đầu trải rộng ra xa thêm. Khi cái lõi Heli trở nên nặng nề, nhiệt độ lõi cũng tăng lên, và các tầng bên ngoài bắt đầu phồng ra cho đến khi ngôi sao trở thành một ngôi sao màu đỏ đồ sộ được gọi là sao khổng lồ đỏ. Trong trường hợp một ngôi sao có kích cỡ ngang mặt trời, khí của các tầng bên ngoài sẽ bị tống ra ngoài, sau đó thu lại, kết quả là ngôi sao trở thành cái mà ta gọi là sao lùn trắng. Tuy nhiên, nếu một ngôi sao có khối lượng lớn khối lượng mặt trời rất nhiều, trạng thái cuối cùng của ngôi sao khổng lồ đó là một vụ nổ siêu tân tinh. Giai đoạn này của sao khổng lồ kéo dài khoảng 1/10 giai đoạn chuỗi sao chính.

Một vài ngôi sao đổ sụp lại dưới sức nặng của nó, là nguyên nhân gây nên các vụ nổ siêu tân tinh

Khi khối lượng một ngôi sao gấp khoảng 3 lần khối lượng mặt trời, sau giai đoạn khổng lồ đỏ, nó bắt đầu suy sụp lại dưới sức nặng của chính nó, là nguyên nhân gây ra vụ nổ siêu tân tinh gieo rắc vào không gian. Độ sáng của nó tại thời điểm này sẽ gấp khoảng 100 tỷ lần mặt trời. Khi điều này xảy ra, nó nhìn giống như một ngôi sao sáng xuất hiện trên trời đêm. Vụ nổ siêu tân tinh của một số sao khổng lồ đặc biệt để lại các sao neutron, gọi là ẩn tinh, và các hố đen. Đôi khi các đám mây khí và hạt bị tống ra ngoài lại trở thành vật liệu của một sao mới.

Thế giới Micro

Một phân tử nước có kích thước 1/10 triệu của một cm

Chúng ta hãy chuyển hướng từ thế giới Macro sang thế giới Micro, bao gồm cả những vật chất làm nên thế giới. Hầu hết hành tinh của chúng ta, trái đất, được bao phủ bởi đại dương. Lượng nước này chứa một số lượng không thể đếm được các phân tử. Một hình lập phương mỗi cạnh 1 cm có dung tích là một cm3. Chia nó ra một tỷ lần nhận được 0.000000001 cm3 (1/tỷ cm3). Ngay cả một thể tích tí hon đến như vậy cũng chứa tới 350 triệu phân tử nước. Kích cỡ của một phân tử nước chạy từ vài cho đến 10 angstrom, trong đó 1 angstrom tương đương với 1/100 triệu cm, và 10 angstrom là 1/10 triệu cm.

Con đường sữa

Thiên hà có thể được làm từ hàng triệu cho đến hàng nghìn tỷ ngôi sao

Hàng ngàn ngôi sao có thể thấy được dưới bầu trời đêm. Số sao trong không gian không phân bố đồng đều và chúng định hình thành các thiên hà. Dải ngân hà chúng ta sống trong chỉ là một trong số rất nhiều thiên hà tạo nên vũ trụ. Một thiên hà có thể được làm thành từ vài triệu cho đến vài nghìn tỷ ngôi sao. Người ta tin rằng Dải ngân hà có khoảng 200 tỷ ngôi sao. Ước chừng có khoảng 100 tỷ thiên hà. Một đám thiên hà được gọi là một cụm thiên hà.

Dải Ngân hà là một phần của một nhóm thiên hà địa phương

Một cụm thiên hà có thể chứa từ vài thiên hà cho đến vài ngàn thiên hà và nhỏ hơn thì được gọi là nhóm thiên hà. Trong đó có các cụm thiên hà nổi tiếng như Xử nữ, Rắn biển, Hercules. Khi một số cụm thiêm hà nhập vào nhau chúng tạo thành siêu cụm thiên hà. Trái đất thuộc về Dải Ngân hà mà cùng với Andromeda và các đám mây Magellanic sẽ tạo thành một nhóm thiên hà địa phương. Nhóm địa phương này lại là một phần của siêu cụm thiên hà Virgo.

Có hay không một lỗ đen đồ sộ ở tâm hệ thiên hà

Trong tâm chiếc đĩa của hệ thiên hà, có một “chỗ lồi” đồ sộ hay tâm của cụm sao trải dài khoảng 15 000 năm ánh sáng. Phần đĩa của hệ thiên hà bao gồm cả các sao tương đối trẻ, các nhóm sao và các tinh vân. Nhưng phần tâm của nó thì được tạo thành từ các sao già hơn đã tồn tại được hàng tỷ năm. Phần tâm của “chỗ lồi” có một cái lõi khoảng 10 năm ánh sáng được tạo thành từ các khí, bụi và sao rất đậm đặc. Cái lõi cung cấp một nguồn vô cùng sáng các sóng radio, đó là một sự phóng xạ khác thường và quay tròn khoảng 100km/s. Điều này dẫn một vài người đến giả thiết cho rằng lõi của hệ thiên hà là một hố đen đồ sộ. Một vài nhà thiên văn học đã đạt căn bản cho niềm tin này bằng cách chỉ ra rằng một số thiên hà khac cũng có lố đen ở lõi của chúng.

Thuyết siêu dây

Lý thuyết cuối cùng giải thích mọi thứ về vũ trụ

Thuyết siêu dây giải thích mọi thứ về không gian, vật chất và không – thời gian và được gọi là “lý thuyết cuối cùng”. Nó đã hoàn thành giấc của Einstein về một sự kết hợp giữa cơ học lượng tử và thuyết thương đối rộng.

Thuyết siêu dây, Giả thiết đầu tiên vào năm 1974 bởi John Schwarz, một nhà vật lý lý thuyết sinh ở Hungary làm việc tại học viện công nghệ California,

Thuyết siêu dây cũng có thể giải quyết vấn đề thống nhất các lực và giải thích hấp dẫn

Thuyết siêu dây phát triển trên giả thiết là vật chất không phải được làm thành từ các hạt mà là từ các dây. Nếu các hạt được tính toán theo quy tắc của cơ học lượng tử, kích thước là vô tận. Tuy nhiên, nếu sử dụng các dây mở rộng lại có thể thiết lập được giới hạn. Kết quả này có thể thống nhất được các lực và giải quyết các rắc rối liên quan đến hấp dẫn.

Ngay cả khi vẫn còn chưa được chứng thực, thuyết siêu dây vẫn cung cấp dồi dào cho các nghiên cứu trong thế kỉ 21

Tất nhiên, thuyết siêu dây ảnh hưởng đến vũ trụ. Theo thuyết này, tồn tại 10 chiều khi vũ trụ được tạo ra — 9 chiều không gian và một chiều thời gian. Ở thời điểm 10-43s sáu chiều bị cuộn lại, chiều kia tiếp tục bành trướng ra cùng với thời gian tạo nên vũ trụ như chúng ta biết ngày nay. Sáu chiều cuộn lại rất nhỏ để có thể nhìn được bằng mắt trần, chúng cỡ khoảng 10-33cm. Thuyết này xác nhận sự thống nhất của các lực và sự thống nhất các lực với toàn thể.

Không may, có nhiều khía cạnh cơ bản của thuyết siêu dây, chẳng hạn như tại sao sáu chiều đó lại bị cuộn lại, và các quark cùng các hạt tương tự được tạo ra như thế nào, thì vẫn chưa được giải quyết. Dù sao chắc chắn là thuyết siêu dây sẽ đóng một vai trò to lớn trong thế giới vật lý vào thế kỉ 21 này.

Thuyết tương đối

Thiết lập mối quan hệ giữa thời gian, không gian và năng lượng

Thuyết tương đối được phát triển bởi Albert Einstein đã đánh dấu một sự phát triển sâu sắc trong nhận thức của con người về vũ trụ. Lý thuyết mới này dường như mang đến cho sự thấu hiểu của con người bí mật sâu xa huyền bí của vũ trụ. Lý thuyết tương đối biểu thị mối quan hệ giữa thời gian, không gian và năng lượng, và đã mào đầu cho một chuỗi các lý thuyết tương tự khác về vũ trụ.

Thuyết tương đối rộng – được đánh giá là phát hiện vĩ đại nhất thế kỉ 20

Thuyết của Einstein bao gồm có một “thuyết đặc biệt về tương đối” và một “thuyết tổng quát về tương đối”. Thuyết tương đối rộng được công nhận như là một phát hiện vĩ đại nhất của thế kỉ 20. Nó đột ngột yêu cầu tác động của trọng trường trong không gian theo thời gian, và những điều kiện tiên đoán rồi thì sau đó đã được thực chứng.

Những vết tích của va chạm giữa sao băng và trái đất

Một sao băng loại Tunguska va chạm với trái đất mỗi vài thế kỉ một lần

Một thiên thể dài vài trăm met đường kính, mà người ta cho là một thiên thạch, đã rơi xuống Tunguska, Siberia, vào năm 1908. Sức nóng va chạm phát ra do ma sát với bầu khí quyển trái đất là nguyên nhân làm cho mảnh thiên thạch vỡ tan và phát nổ ở độ cao khoảng 6 km so với mặt biển. Vụ nổ này tạo nên sức nóng cực kì mãnh liệt đã đốt cháy một khu vực trải rộng có bán kính 20 km kể từ điểm chiếu tâm vụ nổ.

Trung bình, một sao băng loại Tunguska va chạm với trái đất mỗi vài thế kỉ một lần. Mặc dù tỉ lệ của một va chạm như vậy ảnh hưởng trực tiếp nặng nề lên vùng cư dân được ước tính là khoảng một lần trong mỗi 100 000 năm, nếu một sự kiện như vậy xảy ra, vụ va chạm sẽ đặt ra các mối đe dọa về một thảm họa nghiêm trọng.

Liệu có phải việc tạo ra miệng núi lửa khổng lồ Chicxulub do va chạm với sao băng rốt cuộc đã dẫn đến sự tuyệt chủng của loài khủng long.

Miệng núi lửa khổng lồ Chicxulub được tìm thấy tại vùng bắc Yucatan dựa trên những sự đo đạc phân bố trọng trường thu được từ không gian (cách đo địa chất này cũng được dùng trong việc thăm dò dầu). Người ta tin rằng miệng núi lửa này được tạo ra cách đây 65 triệu năm do một vụ va chạm với một thiên thạch đường kính 10km. Đường kính miệng núi lửa là 180km, và được coi là sự kiện va chạm lớn nhất trên trái đất kể từ khi sự sống lan tràn trên trái đất ước chừng cách nay 570 triệu năm.

Theo những nghiên cứu sau đó, thuyết này đề nghị rằng sự tuyệt chủng của khủng long là do nguyên nhân của vụ va chạm với thiên thạch trên đã trở nên phổ biến.

Hiệu ứng đường hầm

Các hạt có thể xuất hiện ở nơi mà năng lượng không thể kích thích chúng

Nước trong tách không có năng lượng để tự đẩy chúng vượt qua thành cốc. Tuy nhiên, trong thế giới cực nhỏ, các hạt có thể xuất hiện ở nơi mà năng lượng không thể giúp chúng được. Chẳng hạn, hạt Alpha của nguyên tố Radi có thể dịch chuyển bản thân chúng ra xa khỏi hạt nhân nguyên tử và xuyên qua phần ngoài của hạt nhân. Hiện tượng này gọi là phân rã Alpha của hạt nhân nguyên tử.

Bản chất sóng của hạt gây ra hiệu ứng đường hầm

Đối với các hạt, bề mặt có thể đóng vai trò như một bức tường. Hạt trong một hạt nhân nguyên tử không có đủ năng lượng để phá vỡ được sức căng bề mặt. Tuy nhiên, theo cơ học lượng tử, các hạt có năng lượng sóng và chúng sử dụng năng lượng này để phá vỡ bề mặt và thoát ra khỏi hạt nhân. Tiến trình này xảy ra cũng giống như khi hạt di chuyển xuyên qua một đường hầm trong qủa núi, người ta gán cho nó cái tên là “hiệu ứng đường hầm”

Hiệu ứng đường hầm có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực

Đối với một hạt băng qua một điện thế đặc biệt, phải thỏa mãn một số điều kiện. Khối lượng của hạt phải nhỏ, điện thế thấp và bề ngang điện thế càng mỏng càng tốt.

Một ví dụ là các electron. Hiệu ứng đường hầm của chúng là đáng chú ý nhất với bề ngang điện thế chỉ có một nanomet (1/tỷ met). Thông thường, kim loại trong không khí được bao phủ bề mặt bởi một lớp cực mỏng gỉ sét. Khi chúng tương tác với dòng điện hầu như không có điện trở và dòng kiện di chuyển tự do. Nhiều nguyên tố sử dụng hiệu ứng đường hầm. Kính hiển vi quét đầu dò cũng sử dụng hiệu ứng đường hầm.

Kiểu sao

Độ sáng của sao được biểu thị bởi “độ sáng biểu kiến” của nó.

Độ sáng của sao có thể nhìn thấy được từ trái đất được biểu thị trong những đơn vị gọi là độ sáng biểu kiến. Các ngôi sao xuất hiện sáng nhất đối với mắt trần gọi là “các sao có độ sáng biểu kiến thứ nhất”, và các sao chỉ vừa đủ nhìn thấy thì gọ là “các sao có độ sáng biểu kiến thứ sáu”. Sự khác biệt về độ sáng giữa mỗi cấp độ là khoảng 2.5 lần. Nhiều sao có độ phân loại tỉ mỉ hơn với một số thập phân, chẳng hạn như độ sáng 1.5… Các sao có độ sáng lớn hơn một được liệt vào hạng có độ sáng là 0, hay -1… Tuy nhiên, với mỗi ngôi sao có khoảng cách khác nhau tới trái đất, “độ sáng tuyệt đối”, cái biểu thị “độ sáng biểu kiến” của một ngôi sao tại khoảng cách cố định đến trái đất (32,6 năm ánh sáng) được dùng để biểu thị cho độ sáng thực của nó.

Các sao có nhiệt độ bề mặt nóng nhất xuất hiện với màu tráng, trong khi đó các sao lạnh hơn có màu đỏ

Antares là sao có độ sáng ở vào bậc một nằm trong chòm sao Bọ cạp, có màu đỏ, trong khi đó sao Thiên Lang có bậc một độ sáng trong chòm Canis Major lại xuất hiện với màu trắng xanh. Lý do làm cho các sao có màu khác nhau là ở sự khác biệt về nhiệt độ bề mặt của chúng. Các sao có nhiệt độ bề mặt khá thấp trong vòng 3000 độ C có màu đỏ. Một sao có nhiệt độ bề mặt khoảng 6000 độ C sẽ có màu vàng, và với các sao nóng hơn thì có màu trắng. Các sao có nhiệt độ bề mặt khoảng 20 000 độ C hay cao hơn thế sẽ phát ra màu trắng xanh. Các sao hiện ra khá mờ nên từ trái đất không thể phân biệt được rõ ràng màu sắc của chúng tuy nhiên lại có thể quan sát được khi các tia sáng xuyên qua lăng kính, và ánh sáng của chúng sẽ được kiểm tra bởi các phương tiện phân tích quang phổ. Bằng cách này, chúng ta có thể phát hiện ra màu trội hơn của ngôi sao, và ước tính nhiệt độ bề mặt của nó.

Nguyên lý bất định

Không gian là bất định, được lấp đầy bởi các hạt cơ bản thoắt ẩn thoắt hiện

Các vật thể nhỏ như các hạt có thể đột nhiên xuất hiện và biến mất mà không cần lý do gì. Sự tồn tại của các hạt này được tin là có tính xác suất. Ý kiến này lần tiên được trình bày chi tiết bởi nhà vật lý Đức Werner Heisenberg trong nguyên lý bất định của ông, được công bố vào năm 1927. Bằng cách xem xét không gian sử dụng các thuyết hạt cơ bản, mặc dù không gian xuất hiện như là một chân không không chứa chấp thứ gì, nhưng xem xét kĩ ra trong một khoảng thời gian ngắn sẽ để lộ ra rằng các hạt luôn luôn xuất hiện và biến mất.

Sự quan sát của các vật thể hiển vi là không đáng tin cậy

Ví vụ, sự tồn tại của loài người, theo các nhà lý thuyết hạt cơ bản là cực kì tinh diệu. Đó là bởi vì cơ thể của chúng ta được tạo nên bởi vô số các hạt như electron và nguyên tử. Thực tế, các hạt cấu thành nên cơ thể của chúng ta phải mất 1030 năm để biến mất.

Cũng ý tưởng đó, nhưng áp dụng vào thế giới lượng tử, hay thế với vi mô, sẽ làm cho mọi quan sát đều trở nên không còn đáng tin.

Trong thế giới của chúng ta, áp dụng các quy luật tự nhiên. Điều này có nghĩa là hạt có thể chỉ hơi tác động đến kết quả quan sát. Tuy nhiên, trong thế giới vi mô, các quy luật tự nhiên không áp dụng được, nó làm cho bất cứ kết quả quan sát nào cũng trở nên mơ hồ.

Werner Heisenberg

Nhà vật lý sinh tại Đức chuyên nghiên cứu cư học lượng tử

Werner Heisenberg (1901-1976) là một nhà vật lý người Đức. Ông học tại trường đại học Munich dưới sự dìu dắt của nhà sáng lập của cơ học lượng tử Niels Bohr, người sớm nhận ra tài năng của Heisenberg. Bohr dẫn Heisenberg cùng ông vào học viện nghiên cứu vật lý lý thuyết ở Copenhagen. Vào thời điểm đó, những nhà khoa học tên tuổi như Paul Dirac, Wolfgang Pauli và Yoshio Nishino cũng đang làm việc tại đó. Nhóm này đã làm thành tốp Copenhagen và sự tin tưởng của họ vào cơ học lượng tử đã tạo ra cách lý giải Copenhagen.

Heisenberg đã hoàn tất nguyên lý bất định của ông khi mới ở vào những năm tuổi 20

Vào năm 1927, Heisenberg đã dùng nguyên lý bất định của mình tạo nên một ma trận cho phép tính toán được sự vận động và khối lượng của các vi vật thể. Một khi lý thuyết của ông được xác nhận, nó đã tạo đà cho cơ học lượng tử. Khi Heisenberg hoàn thành nguyên lý bật định của minh ông mới chỉ ở tuổi 26.

Cùng với vũ trụ song song, hố sâu đục cũng vô cùng kì quặc mà sự tồn tại của nó đã được chỉ rõ bởi thuyết tương đối. Nhưng khác với vũ trụ song song, không có quan sát hay thí nghiệm mơ hồ nào cung cấp cho chúng ta bằng chứng về việc chúng đang ở ngoài kia.

Một lỗ sâu đục hiểu một cách đơn giản là một đường hầm xuyên qua không – thời gian, những cái miệng được kết nối bởi một cái cuống họng. Những cái miệng đó cũng giống như những hố đen trừ việc không có điểm kì dị ở tâm nên có thể di chuyển xuyên qua nó được. Về cấu trúc của đường hầm… xem nào, tất cả cũng mới chỉ là lý thuyết. Tuy nhiên, người ta biết rằng không – thời gian trong lỗ sâu đục hành xử khác với thông thường, vì vậy dù cho lỗ sâu đục có nhìn giống như một con đường dài hơn hay ngắn hơn thì nó cũng là một con đường ngắn nhất nối liên hai điểm.

Lỗ sâu đục nghe có vẻ như là một con đường tuyệt vời cho chúng ta tăng tốc chương trình thám hiểm không gian của mình, nhưng nếu chúng tồn tại, sẽ có một vấn đề quan trọng – chúng là submircoscopic. Thực tế có nhiều nhà vật lý đã tạo nên lý thuyết cho rằng không gian được làm từ các “bọt lượng tử” – một mạng lưới láo nháo các lỗ sâu đục liên tục xuất hiện và biến mất. Vậy sẽ làm được gì để có thể du lịch qua các lỗ sâu?

Trước tiên, nó phải được làm cho lớn lên và trở nên ổn định. Để làm được điều này, chúng ta cần phải tìm cách “kéo giãn không gian”. Một khi được mở rộng ra, lỗ sâu sẽ phải được chống đỡ bởi cái gọi là “vật chất ngoại lai” có ứng suất cao hơn áp suất ở tâm một ngôi sao neutron. (Cần nhớ rằng sao neutron là cái mà suy sụp đi sẽ tạo nên lỗ đen, bạn có thể mường tượng về loại áp lực đó) Khi chúng ta đã có được một lỗ sâu có kích cỡ tương đối lớn và khá ổn định, chúng ta lại phải tìm cách di chuyển đến điểm mà chúng ta muốn đến. Hiển nhiên một hệ thống vận tải với một cú hích lên toa xe sẽ không thực hiện được điều đó.

Giả sử rằng chúng ta có thể đạt được điều này, chúng ta đã thiết lập cho hầu hết mọi kịch bản khoa học giả tưởng: Du hành thời gian

Để hoàn tất được điều này, một miệng của lỗ sâu đục sẽ phải được gia tốc đến rất gần vận tốc ánh sáng cho đến khi nó thành lượng ao ước của thời gian đằng sau cái miệng khác. (Nhớ rằng thời gian chuyển động chậm hơn khi bạn chuyển động nhanh hơn). Nếu

Du hành theo thời gian vốn lại có những giới hạn của nó. Một người không thể quay ngược trở lại quá thời điểm mà lỗ sâu đục được tạo thành. Vì vậy để thấy được khủng long, chúng ta phải tìm kiếm cho được một lỗ sâu đục do một nền văn minh cổ xưa xa lạ nào đó tạo ra.

Cách tốt nhất để thấy những giới hạn và khả năng của lỗ sâu đục là sử dụng nghịch lý cổ điển về việc bạn đi ngược lại thời gian và giết cha mẹ mình trước lúc họ sinh ra bạn. Nếu bạn làm điều này, thì bạn đã không tồn tại, vì vậy bạn không thể nào quay lại và giết họ được, nhưng bạn lại thực sự tồn tại…đó dường như là một vòng luẩn quẩn vô tận. Nhưng bây giờ đặt nó vào trong khuôn khổ của lý thuyết vũ trụ song song – có thể nào lỗ sâu đục lại là một cửa ngõ đi vào một vũ trụ khác song song với vũ trụ này và ở trong đó bạn thực sự giết cha mẹ bạn? Còn nếu không, bạn làm cách nào giết được một người vốn đã tồn tại? Nếu bạn du hành ngược thời gian, liệu bạn sẽ không tương tác với tín hiệu ánh sáng?

Giới khoa học có thể giải thích được lỗ sâu đục, nhưng những hệ quả của nó thì vẫn chưa còn chưa biết. Nếu có bao giờ chúng ta tạo ra được một cái như vậy thì chắc chắn là sẽ nêu lên nhiều hệ quả liên quan đến khoa học và đạo đức.

Biểu đồ 1 cho thấy một bức ảnh hố đen cổ điển trong không – thời gian bị cong. Rõ ràng theo cách này thì lỗ sâu đục là con đường ngắn nhất nối liền giữa hai điểm A và B. Biểu đồ 2, có thể nghĩ rằng lỗ sâu đục sẽ dài hơn, nhưng không – thời gian trong lỗ sâu đục hành xử theo một cách khác, vì vậy đó sẽ là con đường ngắn nhất, không phải là đường thẳng.