Lỗ đen và câu chuyện về chiếc Máy Thời gian

Lỗ đen và câu chuyện về chiếc Máy Thời gian

Chúng ta đã biết về lỗ đen như một con quái vật vũ trụ, đánh chén tất cả những gì nằm trong tầm tay của nó. Nhưng lỗ đen còn có một đặc điểm khác nữa, đó là nó uốn cong vùng không gian-thời gian ở cạnh nó. Lỗ đen có mật độ vật chất vô cùng đậm đặc, có nghĩa là nó tạo nên một điểm nhấn đặc biệt trên cấu trúc không gian-thời gian. Điểm nhấn này giống như một vết lõm, mà đáy của nó là một vết xé rất nhỏ.

Các nhà khoa học đã bỏ ra rất nhiều công sức để tìm hiểu cái gì nằm đàng sau vết xé đó. Năm 1935, Einstein và học trò của ông, Nathan Rosen đã phát triểnmột mô hình mô tả rằng vết xé bên trong lỗ đen được tiếp nối với vết xé bên trong một lỗ đen khác, kết nối các phần khác nhau của cấu trúc không gian-thời gian thông qua một kênh hẹp, như nút cổ chai vậy, và quan điểm này khi đó được gọi là Thuyết Cầu Einstein-Rosen.

Chiếc cầu này giống như một con đường đi tắt trong hệ không gian-thời gian mà hai đầu xuất phát từ bên trong hai lỗ đen, mô hình này được các nhà khoa học ngày nay gọi là Wormhole. Cái ?olỗ sâu đục? kỳ bí này chính là cánh cửa cho nhưng ai muốn vượt ra khỏi trói buộc về không gian và thời gian.

Vấn đề của họ là con đường kết nối giữa hai lỗ đen rất nhỏ, nhỏ hơn cả hạt nhân của nguyên tủ nhỏ nhất, mà nó chỉ mở ra trong khoảng thời gian rất ngắn, ngắn đến nỗi mà ánh sáng, dạng vật chất có tốc độ nhanh nhất được biết đến, cũng không có cơ hội để vượt qua. Và dù cho những người thám hiểm có con tàu vững chắc đến đâu, cũng chẳng thể tránh khỏi bị xé toạc bởi sức hấp dẫn khủng khiếp của lỗ đen.

Chính vì thế, qua bao nhiêu năm tháng, chiếc cầu Einstein-Rosen cũng chỉ là mơ ước của những người muốn tạo ra chiếc máy thời gian. Những phương trình của Einstein thì chấp nhận wormhole, nhưng vũ trụ hình như không nghĩ vậy.

Nhưng đến những năm 80, mọi thứ đều thay đổi khi một nhà khoa học ở Caltech (California Institute of Technology-một nơi nghiên cứu vũ trụ hàng đầu của thế giới) đề xuất một phương pháp sử dụng wormhole để tạo ra chiếc máy thời gian.
Nhà khoa học đó là Kip Thorne, ông dùng toán học mô tả hoạt động của máy thời gian giựa trên lý thuyết của Einstein-Rosen. Thực tế, có lẽ phải nhiều thế kỷ sau con người mới có được công nghệ để chế tạo chiếc máy thời gian theo ý tuởng của ông. Nhưng ít nhất, Thorn đã chứng tỏ được rằng khả năng du hành theo thời gian là có thể về mặt lý thuyết.

Thorn chú ý vào việc làm sao để giữ cho wormhole mở ra trong khoảng thời gian đủ dài để nhà du hành vượt qua. Nghĩa là ông cần đến một dạng vật liệu nào đó có thể chống lại được sức hút của lỗ đen. Tất nhiên điều đó là không tưởng đối với vật liệu thông thường, nhưng Thorn đã nghĩ khác, ông nghĩ tới phản hấp dẫn (vật chất có khả năng chống lại được trọng lực).

Thay cho việc tương tác với thế giới bao quanh như vật chất thông thường, phản hấp dẫn mang năng lượng âm và đôi khi tự xô đẩy chính nó. Theo lý thuyết, phản hấp dẫn sẽ được đặt vào bên trong wormhole, giữ cho nó mở rộng đủ cho nhà du hành, hay kể cả phi thuyền vượt qua. Nhưng vấn đề này sinh là tìm phản hấp dẫn ở đâu? Einstein đã đề cập đến sự tồn tại của phản hấp dẫn trong vũ trụ từ năm 1915, và đúng 80 năm sau, điều đó đã được chứng minh bằng thực nghiệm. Nhưng phản hấp dẫn của Einstein tồn tại dưới dạng những dải mỏng và cực kỳ loãng, giống như hoà tan một thìa đường vào biển Thái Bình Dương. Trong khi đó việc mở wormhole lại cần một dòng lớn và liên tục các phản hấp dẫn.

Ứng củ viên lớn nhất cho giải pháp tạo ra phản hấp dẫn cô đặc là cái gọi là Hiệu ứng Casimir. Theo cơ học lượng tử, hai mặt kim loại phẳng và mỏng khi đặt cách nhau một khoảng cách cỡ độ dày sợi tóc sẽ sinh ra một năng lượng âm nhỏ. Năng lượng này khi được nhân lên nhiều lần có thể là yếu tố cơ bản trong việc mở wormhole.

Một khi phản hấp dẫn đã mở được cửa, nhà du hành vượt qua và có thể xuất hiện ở một nơi rất xa. Vì wormhole phá vỡ cấu trúc của cả không gian và thời gian. Thế nhưng đối với nhà du hành thời gian, họ không muốn đi xa về mặt không gian. Cho nên công việc tiếp theo của cỗ máy thời gian là làm phi đồng bộ hai phía của wormhole.

Để làm được điều đó, Thorn lại áp dụng một lý thuyết của Einstein. Điểm chính trong Thuyết tương đối là thời gian sẽ chậm đối với vật thể chuyển động nhanh. Thorn áp dụng điều đó vào một trong hai lỗ đen tạo thành wormhole. Hãy tưởng tượng rằng có thể nắm được một trong hai lỗ đen và quẳng nó đi trong vũ trụ với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Thời gian trên lỗ đen này sẽ chậm hơn so với đối tác của nó, đầu kia của wormhole. Sau một khoảng thời gian sẽ xảy ra sụ phi đồng bộ về thời gian trên hai đầu của wormhole, nghĩa là hai vật thể kết nối với nhau qua wormhole nhưng tồn tại ở các kỷ nguyên khac nhau. Và như vậy wormhole thực sự trở thành cánh cổng thời gian cho nhà du hành.

Cho đến nay, lý thuyết của Kip Thorn vẫn là lý thuyết hợp lý nhất cho viêc chế tạo chiếc Máy THời gian trong tương lai.


tieunguyen

Hoan nghênh!
Bạn Tiểu Nguyên hãy xem lại đề nghị của tôi nhé!


Rồi thì gió cũng sẽ cuốn đi
Tóc trên đầu và những chia ly

Rất khâm phục bạn tieunguyen ạ !
Bài của bạn rất hay. Vote cho bạn 5 sao nè !
Tuy nhiên minh thấy rằng những cái lý thuyết ấy thật cao siêu phải không ?
Có lẽ trong chúng ta không hiểu được những lý thuyết đó, đơn giản là vì thiên văn Vũ trụ ở Việt Nam không phát triển.
Muốn hiểu được lý thuyết đó thì phải có trình đọ toán học cao siêu : mình rất tiếc vì không năm được công cụ toán học ấy.
Quá cao siêu và trừu tượng.
Vào đây để lớn lên trong sự thông thái, ra đi để phục vụ tốt hơn cho đất nước và đồng loại.

Cám ơn bạn crazyboy.
Thực ra việc du hành theo thời gian về mặt lý thuyết cũng không đến nỗi quá phức tạp. Điểm cốt yếu ở đây là bạn cần chuyển giữa hai hệ vận động có tốc độ khác nhau. Sự chênh lệch tốc độ càng lớn, bạn càng đi được xa trong thời gian.
Theo thuyết tương đối của Einstein, quan hệ giữa thời gian và tốc độ được tính bằng công thức sau:
dt = dt' . (1 - v^2 / c^2)^(1/2)
Trong đó:
dt: thời gian trôi qua với bạn khi bạn chuyển động với vận tốc v.
dt': thời gian trôi qua với bạn khi bạn đứng yên.
c: vận tốc ánh sáng.
Phần này: (1 - v^2 / c^2)^(1/2) được gọi là Lorentz-factor luôn nhỏ hơn 1. Với công thức này, bạn càng chuyển động nhanh thì thời gian của bạn càng chậm lại. Nếu di chuyển với tốc độ ánh sáng, thì thời gian sẽ dừng lại hoàn toàn.
Nếu bạn lên một con tàu xuất phát từ trái đất với tốc độ bằng 99,995% tốc độ ánh sáng, và đi liên tục một khoảng 500 năm ánh sáng, rồi cũng bằng tốc độ đó bay trở lại trái đất, thi ở trái đất 1000 năm đã trôi qua, mà bạn chỉ thêm co 10 tuổi mà thôi.
Vấn đề làm cho việc áp dụng mộ nguyên tắc đơn giản như vậy trở nên khó khăn, chính là vấn đề "xăng dầu": để đạt được tốc độ cần thiết, phải tìm ra nguồn năng lượng vô cùng lớn. Chính vì thế mà từ đơn giản người ta phải nghĩ ra những giải pháp phức tạp hơn nhiều, như cái máy dùng wormhole của Kip Thorne chẳng hạn.
tieunguyen
Được tieunguyen sửa chữa vào 09/06/2002 00:43

Em hoàn toàn tán thành với bác nguyen ngoại trừ điểm sau:
Theo em cấu tạo của wormhole là 1 đầu là blackhole,1 đầu là whitehole.

Camile

COn người chưa bao giờ tạo được 1 cỗ máy thời gian, đó chỉ là ước muốn ngàn đời mà sẽ không bao giờ đạt được.
Cỗ máy thời gian chỉ tồn tại trong sự tượng tượng phong phú và trong lý thuyết
Vào đây để lớn lên trong sự thông thái, ra đi để phục vụ tốt hơn cho đất nước và đồng loại.

Bạn nói như vậy có lý lắm.
Nói qua về whitehole một tí nhé. Whitehole la một khái niệm toán học mô tả thực thể có các đặc điểm đối lập với blackhole, nó đẩy vật chất ra với năng lượng phản hấp dẫn. Whitehole là giải pháp toán học hoàn hảo để giải thích sự cân bằng trong thuyết tương đối.

Nhưng nhắc tới whitehole la noi tới toán học, bởi vì sự tồn tại của whitehole la không thể giải thích được bởi vật lý, nó vi phạm các định luật vật lý cơ bản. Thêm nữa khác với blackhole, thien văn học cũng chưa từng tìm thấy dấu vết của whitehole trong vũ trụ.
Như vậy whitehole được coi la không tồn tại trong thực tế, nên nếu coi wormhole la kết nối của whitehole va blackhole thi dẫn đến la wormhole cũng khong tồn tại trong thực tế sao?
Bởi vì qua trình tạo thành của whitehole giống như quá trình diệt vong của blackhole va ngược lại, nen người ta cho rằng whitehole la ảnh phản chiếu của blackhole qua thời gian. Giả sử bạn có một đoạn phim quay cảnh blackhole thu thập vật chất, bạn chiếu đoạn phim đó theo chiều ngược lại, thi những gi bạn xem được chính là cảnh quay mô tả whitehole.
Từ đó khoa học lại có thêm một giả thiết về wormhole, gọi là mirror wormhole (wormhole phản chiếu). Mirror wormhole được tạo thành từ blackhole va phản chiếu của chính nó qua thời gian.
Nếu giả thiết về whitehole trên là đúng, thi chỉ có thể nghiên cứu được whitehole khi đã hiểu được bản chất sự vận động của thời gian. Chà chà lại bắt đầu phức tạp rồi đây. Chung ta đã biết theo thuyết tương đối thì vật di chuyển với vận tốc càng nhanh thi thời gian đối với nó càng chậm lại, và một hệ quả của nó là hấp dẫn càng lớn thì thòi gian cũng càng chậm lại (như khi tiến gần đến lỗ đen). Nhưng vi vận tốc ánh sáng là vận tốc giới hạn nên việc cho thời gian chạy ngược lại là không thể, cho nên......whitehole vẫn là một bí ẩn!
tieunguyen

Thật ra lỗ đen và lỗ trăng tồn tại chỉ trong lý thuyết.
Vì sao lại có lỗ trăng ? Vì lỗ trắng là 1 nghiệm đối xứng của lỗ đên trong các phương trình,
Từ các phương trình này , các nhà khoa học mới đi tìm kiếm bằng chứng thức nghiệm, Như vậy lý thuyết luôn đi trước thực nghiệm nhỉ !
Vào đây để lớn lên trong sự thông thái, ra đi để phục vụ tốt hơn cho đất nước và đồng loại.

ặ? nhặ?ng mà lỏằ- ?'en có tỏằ"n tỏ?Ăi trong thỏằ?c tỏ?? ?'ỏ?Ơy chỏằâ, v?ư dỏằƠ nh?â: t?Âm cỏằĐa quasar là lỏằ- ?'en, mà quasar th?ơ chỏ??c chỏ??n là tỏằ"n tỏ?Ăi rỏằ"i, ngặ?ỏằ?i ta ?'?Ê chỏằƠp ỏ?Ênh ?'ặ?ỏằÊc chúng.
NASA c?âng ?'?Ê chỏằƠp ỏ?Ênh ?'ặ?ỏằÊc mỏằTt sỏằ' lỏằ- ?'en rỏằ"i ?'ỏ?Ơy, bỏ?Ăn có thỏằf xem c?Ăc b?Ăo c?Ăo cỏằĐa NASA tỏ?Ăi ?'?Ây:
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap000914.html
http://oposite.stsci.edu/pubinfo/PR/97/28/PR.html
tieunguyen
Đặ?ỏằÊc tieunguyen sỏằưa chỏằ?a vào 11/06/2002 07:49

Thực ra những lỗ đen (Black Holes) trong vũ trụ là hoàn toàn có thật đấy chú Crazyboy ạ. Đó là kết quả sau những vụ Supernovas. Supernovas là những vụ nổ của các ngôi sao thuộc loại lớn; và sau đó hoặc là tạo ra sao Neutron hoặc là tạo ra lỗ đen. Sao Neutron rất bé, và nó chỉ to độ khoảng bằng cái thành phố Hồ Chí Minh thôi. Nhưng nó có khối lượng (mass) gấp 3 lần khối lượng của Mặt Trời. Sức hút của sao Neutron và của lỗ đen thì vô cùng lớn. Người ta ước tính là muốn thoát ra khỏi quỹ đạo của sao Neutron, thì ta cần phải đạt được vận tốc tối thiểu là 163,000 km/giây. Còn về lỗ đen thì cho dù chúng ta đạt được vận tốc C (vận tốc ánh sáng -300,000 km/giây-), chúng ta cũng vẫn không thể thoát ra được. Và nhờ có Supernovas xảy ra vào hàng tỷ năm về trước, mà mới có vật chất và chúng ta ngày nay đấy (ngoại trừ Hydrogen -khí Hy đrô-).
Piero della Francesca