Cuộc Chiến Hố Đen

Phỏng theo “The Black Hole War” của Leonard Susskind

Phần I: Ngôi Sao Đen (The Black Star)

Lương Tấn Lực – Master, Computer Science

 

 

Đây là phần mở đầu của  loạt bài nói về cuộc chiến liên quan đến những hố đen, cuộc chiến liên quan đến bản chất thực sự của những hố đen (black holes), một cuộc chiến đưa đến sự thách thức triệt để đối với sự hiểu biết của chúng ta về toàn thể vũ trụ.

 

Những gì sẽ xảy ra nếu một vật thể bị cuốn hút vào một hố đen?  Nó biến mất chăng?  Ba thập niên trước, một vật lý gia trẻ người Anh tên Stephen Hawking tuyên bố khẳng định như thế.  Hầu hết các khoa học gia không nhận thức được ý nghĩa của khẳng định nầy, nhưng vật lý gia người Mỹ, Leonard Susskind, và vật lý gia người Hòa lan, Gerard ‘t Hooft thấy được rằng nếu Hawking đúng thì những gì chúng ta biết về những qui luật căn bản của vũ trụ sẽ bị đảo ngược. 

mọi ngưới từ Einstein đến Oppenheimer, Feynman đều sai hết.  Sự thách thức không phải chỉ đối với danh tiếng của ba khoa học gia lỏi lạc hàng đầu thế giới mà đối với chính Vật Lý Học.

 

Cuộc chiến những hố đen là một câu chuyện gay cấn về những gì xảy ra sau đó - một cuộc chạy đua để xác định sự thật chung qui với kết luận khó tin nhất: 

mọi vật trên thế gian nầy – sách vở, nhà cửa, và chính bản thân  bạn thực chất chỉ là những phóng ảnh ba chiều từ những biên giới xa xăm nhất của không gian vũ trụ.

 

Loạt tài liệu nầy sẽ lần lược cống hiến bạn đọc những khái niện cơ bản về vật ký hiện đại, những lạ lùng của Vật lý Quantum, và số phận của những vì sao.

 

“Horatio, trong trời đất còn có nhiều điều không bao giờ được nghĩ tới trong triết học của người.” (William Shakespeare)

Khái niệm đầu tiên về hố đen vụ

trụ xảy ra vào hậu bán thế kỹ 18 khi vật lý gia người Pháp là Pierre-Simon de Laplace và vật lý gia người Anh là John Michell cùng có một ý nghĩ đôc đáo như thế.  Tất cả các vật lý gia thời đó đều  chú tâm vào Thiên Văn Học.  Mọi thiên thể mà con người nhận biết là qua ánh sáng phát ra hay do ánh sáng phản chiếu, như trong trường hợp của mặt trăng và các hành tinh.  Vào thời của Michell và Laplace, Isaac Newton là vật lý gia có ảnh hưởng lớn bật nhất. 

Newton tin rằng ánh sáng được hợp thành bằng những đơn tử (particles - corpuscules) và như thế tại sao ánh sáng lại không bị chi phối bởi trọng lực?  Laplace và Michell tự hỏi phải chăng có những tinh tú cực kỳ lớn và cô kết (dense) đến nỗi ánh sáng không thể thoát được sức hút của chúng.  Nếu thế thì liệu sẽ có những tinh tú hoàn toàn tối đen và do đó không thể nhìn thấy?

 

Liệu một đầu đạn, viên đá, hay một đơn tử nhỏ bé nào có thể thoát khỏi sức hút của một khối lượng như trái đất được không?  Được, theo một nghĩa; và không, theo một nghĩa khác.  Trọng trường (graviational field) của một khối lượng không bao giờ chấm dứt; nó tiếp diễn vĩnh viễn, càng lúc càng yếu dần theo khoảng cách.  Như thế, một đầu đạn không bao giờ có thể hoàn toàn thoát ra khỏi trọng lực của trái đất.  Nhưng nếu một đầu đạn được phóng lên với một tốc độ đủ mạnh, nó sẽ tiếp tục đi lên mãi vì trọng lực giảm dần sẽ trở nên quá yếu để có thể xoay đầu nó và kéo nó trở lại mặt đất.  Đó là trưòng hợp một đầu đạn có thể thoát được sức hút của trái đất.

 

Người mạnh nhất cũng không có cơ may ném một viên đá ra ngoài khí quyển.  Nếu không xét đến sức cản của không khí thì một khẩu súng ngắn có thể bắn viên đạn đi 3 miles.  Nhưng có một tốc lực nào đó được tự nhiên gọi là “escape velocity – thoát tốc” – nghĩa là tốc độ vừa đủ mạnh để phóng một vật vào đạn đạo và vĩnh viễn thoát ly.  Nếu xuất phát với một với một tốc độ dưới thoát tốc một đầu đạn sẽ rơi trở lại mặt đất.  Ngược lại đầu đạn sẽ thoát trọng lực để đi vào vô cực.  Thoát tốc từ mặt đất được tính là 25,000 miles/giờ, không kể sức cản không khí.

 

Trước mắt, chúng ta hãy gọi một thiên thể nặng và cô kết (massive astonomical body) là một tinh tú hay vì sao (star), không phân biệt hành tinh (planet), thiên thạch (asteroid), hay ngôi sao thực sự (star) v.v. Theo định luật Newton, trọng lực của một thiên thể tỉ lệ thuận với trọng khối của nó (mass), do đó hiển nhiên là thoát tốc (escape velocity) đối với thiên thể đó cũng tỉ lệ thuận với trọng khối đó.  Nhưng trọng khối chỉ là một nửa vấn đề.  Nửa kia chính là bán kính (radius) của thiên thể.  Hãy tưởng tượng trong khi bạn đương đứng trên mặt đất thì một lực nào đó bắt đầu co bóp trái đất lại nhỏ hơn nhưng không làm giảm trọng khối của nó.  Nếu bạn đứng trên mặt đất như thế thì hiện tượng co bóp sẽ kéo bạn gần hơn với từng nguyên tử (atom) của trái đất.  Khi bạn tiếp cận hơn với trọng khối, ảnh hưởng của trọng lực (gravity) sẽ trở nên mạnh hơn.  Trọng lượng thân thể bạn - một hàm số của trọng lực - sẽ tăng theo, và theo ước đoán sẽ càng khó thoát được sức hút của trái đất.  Điều nầy minh hoạ một định luật cơ bản của vật lý:  nén một thiên thể mà không làm giảm trọng khối của nó sẽ làm tăng thoát tốc.

 

Bây giờ chúng ta thử tưởng tượng trường hợp ngược lại.  Vì một lý do nào đó, trái đất phình ra, do đó bạn xê dịch ra xa trọng khối.  Trọng lực trên mặt đất sẽ yếu hơn và do đó dễ dàng thoát sức hút trái đất hơn.  Câu hỏi của Michell và Laplace là liệu một thiên thể có thể có  một trọng khối lớn và một kích thước nhỏ đến độ thoát tốc của nó có thể vượt qua vận tốc ánh sáng (speed of light).  Khi Michell và Laplace đầu tiên  đưa ra ý tưởng có tính cách tiên tri nầy thì vận tốc ánh sáng (được ghi chú bằng chữ c) đã được biết đến hơn một trăm năm trước đó.  Nhà thiên văn học người Đan Mạch là Ole Romer đã xác định trị số c nầy năm 1676 và thấy rằng ánh sáng đi theo một vận tốc cực kỳ nhanh là 186,000 miles mỗi giây (hay 7 lần quanh trái đất).  Với tốc độ lớn lao như vậy, phải cần một trọng khối cực kỳ lớn và cô kết để khống chế không cho ánh sáng thoát ly, và không có lý do hiển nhiên nào cấm cản việc nầy xảy ra.  Tài liệu của Michell gởi cho hội Royal Society là tham chiếu đầu tiên về những thiên thể mà sau nầy John Wheeler gọi là những hố đen (black holes).

 

Bạn có thể ngạc nhiên nếu biết rằng khi lực tăng thì trọng lực giảm.  Bạn thử tiếp điện (electrically charge) cho một quả tạ (bằng cách chà sác nó vào chiếc áo len của bạn), sau đó 

treo nó lên trần nhà bằng một sợi dây.  Khi ngưng dao động, sợi dây sẽ đứng thẳng.  Bây giờ đưa một quả tạ khác cũng tương tự như thế gần kế quả tạ thứ nhất.  Lực tỉnh điện (electrostatic force) sẽ đẩy quả tạ thứ nhất khiến sợi dây tạo nên một góc.  Kết quả cũng giống nhau nếu dùng một nam châm và quả tạ thứ nhất làm bằng sắt.

Bây giờ hãy gác qua việc tiếp điện và nam châm như nói trên và thử di động quả tạ thứ nhất bằng cách đưa tới gần một trọng khối thật nặng.  Sức hút của trọng khối đó sẽ kéo quả tạ, nhưng kết quả sẽ quá nhỏ không thể nhận ra được. 

Trọng lực vô cùng yếu so với lực nam châm hay tỉnh điện. Nhưng nếu trọng lực yếu như vậy thì tại sao chúng ta không thể nhảy lên mặt trăng được?  Thưa rằng với trọng khối to lớn 6 x 10²⁴ kilograms, trái đất dễ dàng bù đắp cho sự yếu kém của trọng lực.  Nhưng ngay cả với trọng khối đó, thoát tốc từ mặt đất vẫn chưa được một phần mười ngàn so với vận tốc ánh sáng.  Ngôi sao đen theo tưởng tượng của Michell và Laplace  phải nặng chắc và cô kết triệt để nếu muốn thoát tốc lớn hơn vận tốc c của ánh sáng.

 

Thoát tốc từ trái đất là khoảng 8 miles/giây (11 kilometers/giây) hay 25,000 miles/giờ.  Theo tiêu chuẩn trái đất vận tốc đó rất nhanh, nhưng so sánh với ánh sáng, vận tốc đó chậm như rùa bò.  Bạn sẽ có cơ may lớn hơn thoát ra khỏi một thiên thạch so với trái đất.  Một thiên thạch với bán kính 1 mile có thoát tốc khoảng 6 feet/giây.  Ngược lại, mặt trời lớn hơn trái đất rất nhiều vế trọng khối và bán kính.  Trọng khối mặt trời khoảng 2 x 10³⁰ kilograms (gần nửa triệu lần trái đất), bán kính khoảng 700,000 kilometers (gần trăm lần bán kính trái đất).  Trọng khối và bán kính tác dụng ngược với nhau.  Trọng khối càng lớn càng khó thoát ra khỏi sức hút trọng lực, trong khi bán kính càng lớn thì càng dễ thoát hơn.  Tuy nhiên, trọng khối chiếm ưu thế hơn và thoát tốc từ mặt trời khoảng 50 lần lớn hơn thoát tốc từ trái đất.  Thoát tốc đó vẫn còn chậm hơn nhiều so với vận tốc ánh sáng.

 

Tuy nhiên, mặt trời không được sản tạo để nằm yên mãi mãi trong một kích thước nhất định.  Cuối cùng, khi một tinh tú hết năng lượng, tiến trình trương nở nhờ sức nóng bên trong ngừng lại.  Tương tự như một máy ép khồng lồ,  trọng lực bắt đầu ép thiên thể xuống còn một phần nhỏ so với kích thước ban đầu.  Khoảng 5 tỉ năm nữa, mặt trời sẽ cạn năng lượng và sẽ sụp đổ để trở thành một chú lùn trắng (white dwarf), với bán kính gần bằng bán kính trái đất.  Lúc bấy giờ thoát ly khỏi mặt trời đòi hỏi vận tốc 4,000 miles/giây (hiện tại khoảng 400 miles/giây) – nhanh, nhưng mới chỉ bằng 2% vận tốc ánh sáng.

 

Nếu mặt trời nặng hơn một ít - khoảng  một lần rưởi so với hiện nay - trọng lực tăng bổ sung sẽ nén ép mặt trời qua khỏi thời kỳ chú lùn trắng.  Trong trường hợp đó những electrons trong mặt trời sẽ co rút vào bên trong các protons để trở thành một quả bóng triệt để cô kết (incredibly dense ball) gồm toàn neutrons.  Một tinh thể gồm toàn neutrons rất cô kết đến độ một thìa nhỏ vật chất cũng nặng hơn 10,000,000,000,000 pounds (10 trillions pounds).  Nhưng một thiên thể neutrons chưa phải là một ngôi sao đen; thoát tốc của nó gần bằng vận tốc ánh sáng, nhưng chưa hoàn toàn bằng.

 

Nêú thiên thể bị nén ép nặng hơn nữa - bằng năm lần trọng khối mặt trời chẳng hạn – thì ngay cả quả bóng neutrons cô kết cũng không còn đủ sức chịu đựng sức kéo từ bên trong của trọng lực.  Trong biến cố sụm nổ chung quyết (ultimate implosion), thiên thể sẽ bị nghiền nát thành hiện tượng đơn trạng (singularity) - điểm tập kết của tỉ trọng và sức mạnh tàn phá gần như vô hạn (almost infinite density and destructive power).  Thoát tốc từ thiên thể nhỏ bé đó sẽ vượt xa vận tốc ánh sáng.  Từ đó ra đời một ngôi sao đen (dark star) – hay một hố đen (black hole).

 

Einstein rất ghét quan niệm những hố đen đến nỗi ông ta phủ nhận khả thể của chúng, cho rằng chúng không bao giờ có thể hình thành.  Nhưng cho dù Eisntein thích hay không thích chúng thì những hố đen là có thực.  Các nhà thiên văn học ngày nay vẫn thường ngày nghiên cứu chúng, không phải chỉ dưới hình thức những thiên thể sụp đổ lẻ loi mà còn ngay trong các trung tâm của những thiên hà, nơi hàng triệu hay ngay cả hàng tỉ thiên thể đã liên kết thành những thiên hà đen khỗng lồ.

 

Mặt trời không đủ nặng để nén ép thành một hố đen, nhưng nếu có thể dùng một máy ép vũ trụ để ép nén kích thước nó xuống với bán kính bằng hai miles thì nó có thể trở thành một hố đen.  Bạn có thể nghĩ rằng mặt trời có thể bung trở laị bán kính 5 miles nếu bỏ máy ép ra; nhưng đã quá trể rồi; vật thể của mặt trời đã đi vào trạng thái rơi tự do.  Bề mặt của mặt trời đã nhanh chóng vượt qua khỏi điểm một mile, một foot, hay một inch.  Không thể nào dừng lại cho đến khi mặt trời trở thành một đơn trạng (singularity), và hiện tượng sụn sụp ghê gớm đó sẽ không thể đảo ngược (irreversible).

 

Thử tưởng tượng chúng ta đang ở gần một hố đen, nhưng tại một điểm cách xa tâm đơn trạng.  Liệu từ điểm đó, ánh sáng có thể thoát được sứt hút của hố đen?  Câu trả lời tùy  thuộc vào cả trọng khối của hố và điểm xuất phát của  ánh sáng.  Một hình cầu tưởng tượng gọi là chân trời (horizon) chia vũ trụ ra làm hai.  Ánh sáng bắt đầu từ bên trong chân trời có thể thoát được sứt hút của hố đen.  Nếu mặt trời trở thành một hố đen thì bán kính của chân trời sẽ là khoảng hai miles.

 

Bán kính chân trời được gọi là bán kính Schwarzschild (Scharzschild radius), đặc tên theo nhà Thiên văn học Karl Scharzschild, người đầu tiên nghiên cứu toán học về những hố đen.  Bán kính nầy tùy thuộc vào trọng khối của hố; thực tế nó tỉ lệ thuận với trọng khối.  Ví dụ, nếu trọng khối mặt trời tăng gấp ngàn lần thì một tia sáng đi ra từ hai hay ba miles sẽ không có cơ thoát được, vì bán kính chân trời sẽ tăng ngàn lần thành 2000 miles.

 

Tỉ lệ giữa trọng khối và bán kính Scharzschild là sự kiện đầu tiên mà các vật lý gia học được từ những hố đen.  Trái đất đại để nhẹ hơn mặt trời triệu lần, do đó bán kính Scharzschild cũng triệu lần nhỏ hơn bán kính Scharzschild của mặt trời.  Trái đất phải được nén ép còn bằng một quả cranberry mới có thể trở thành một ngôi sao đen.  Ngược lại, ló dạng trong trung tâm thiên hà của chúng ta là một hố đen siêu đại với bán kính chân trời hàng trăm triệu miles – tương đương với quỉ đạo trái đất chung quanh mặt trời.  Và những thiên hà khác trong vũ trụ còn có những hắc quỉ lớn hơn thế nữa.

 

Không một nơi nào quái đãng bằng điểm đơn trạng (singularity) của một hố đen.  Không vật thể nào có thể tồn tại trước sức mạnh vô biên của nó.  Einstein rầt ghét quan niệm đơn trạng đến nỗi ông đã nổi loạn lên vì nó.  Nhưng không có cách nào thoát ra được; nếu trọng khối tích lủy đủ thì không có gì có thể chống trả được sức kéo hướng tâm vô địch.

 

 

Nguyên nhân nào làm cho thủy triều lên xuống tựa hồ như nó thở mỗi ngày hai lần.  Đương nhiên đó là do mặt trăng, nhưng bằng cách nào, và tại sao mỗi ngày hai lần?

 

Hãy tưởng tượng một người khỗng lồ cao 2000 miles rơi từ ngoài không gian vào trái đất, chân xuống trước.  Từ xa khơi không gian, trọng lực còn yếu, yếu đến nỗi anh ta không cảm thấy gì.  Nhưng khi càng tới gần trái đất anh ta thấy những cảm giác lạ lùng trong thân thể cao nghều của mình – không phải cảm giác rơi  mà là cảm giác bị kéo dài ra.  Vấn đề không phải là gia tốc hướng về mặt đất.  Nguyên nhân của cảm giác đó là vì trọng lực không đồng đều trong không gian.  Cách xa hẳn mặt đất, trọng lực hầu như hoàn toàn không có.  Nhưng khi đến gần, sứ hút tăng lên.  Đối với người khỗng lồ cao 2000 miles, hiện tượng trọng lực không đồng đều nầy tạo ra những khó khăn ngay cả khi anh ta rơi tự do. 

Vì anh ta quá cao nên sứt hút trên đôi chân mạnh hơn rất nhiều so với trên đầu.  Cảm giác khó chịu là vì chân và đầu bị kéo ngược chiều với nhau.  Liệu anh ta có thể tránh được cảm giác bị kéo dài bằng cách rơi nằm ngang, nghĩa là chân và đầu ở cùng một cao độ?  Tuy nhiên, theo lối nầy anh ta lại bị một cảm giác khó chịu mới; thay vì cảm thấy bị kéo dài ra thì anh ta lại cảm thấy người bị rút lại.  Anh ta thấy đầu bị ép nén xuống chân.

 

Để giải thích điều nầy, chúng ta hãy tạm xem là mặt đất phẳng. 

Những đường mủi tên tượng trưng cho hướng trọng lực; có nghĩa là lực hút hoàn toàn đồng bộ.  Anh ta không có vấn đề gì trong bối cảnh nầy cho dù rơi đứng hay ngang.  Nhưng trái đất lại không phẳng.  Cả phương hướng và cường độ của trọng lực đều thay đổi.  Thay vì kéo theo một hướng song song, trọng lực lại kéo lệch về trung tâm hành tinh như trong hình vẻ.  Nếu rơi ngang thì sức kéo nơi đầu và chân trở nên khác nhau khi trọng lực kéo về trung tâm trái đất và tạo ra cảm giác là đầu bị ép xuống chân.

 

Chúng ta hãy trở lại vấn đề thủy triều. 

Nguyên nhân gây ra thủy triều lên xuống hai lần trong ngày cũng chính là nguyên nhân gây cảm giác khó chịu cho người khỗng lồ như vừa trình bày:  Trọng lực không đồng bộ. 

Nhưng trong trường hợp nầy, đó là trọng lực của mặt trăng chứ không phải của trái đất.   Mặt trăng hút mặt  biển mạnh nhất ở phía trái đất đối diện với mặt trăng và yếu nhất ở phía đối diện.  Bạn có thể nghĩ rằng mặt trăng chỉ tạo ra duy nhất một đầu bầu dục ở phía gần của trái đất; nhưng không đúng.  Tương tự như trường hợp người khỗng lồ cảm thấy đầu bị kéo ngược về phía trên, mặt biển ở hai phía trái đất – phía gần và phiá xa – nhô lên như nhau.  Để dễ nhận thấy điều nầy, cần phải hiểu rằng ở phía gần, mặt trăng hút mặt biển lên tứ trái đất, nhưng ở phiá kia nó lại kéo trái đất xa khỏi mặt biển.  Kết quả là hai đầu bầu dục ở hai phía đối diện của mặt đất.  Khi trái đất quay một vòng dưới hai đầu bầu dục, mỗi điểm trên mặt đất nhận hai lần thủy triều.

 

Sức hút không đồng bộ do trọng lực thay đổi cường độ và phương hướng được gọi là sức hút thùy triều (tidal forces), không cần biết là do mặt trăng, trái đất, mặt trời hay một thiên thể nào khác.  Liệu những người với kích thước bình thường có thể cảm thấy sức hút thủy triều hay không?  Không, chúng ta  không thể cảm thấy điều đó, chỉ vì chúng ta quá bé nhỏ nên trọng trường của trái đất khó có cơ thay đổi theo chiều cao thân thể của chúng ta.

 

 

Sức hút thủy triều (tidal forces) sẽ không còn được xem nhẹ nếu bạn rơi về hướng một hố đen có trọng khối của mặt trời.  Tất cả trọng khối đó được ép nén vào thể tích bé nhỏ của hố đen không những làm cho trọng lực mạnh hơn gần chân trời vũ trụ, nhưng còn làm cho trọng lực đó rất là bất đồng bộ.  Trước khi bạn đến gần bán kính Scharzschild – nghĩa là còn hơn 100,000 miles cách hố đen, sức hút thủy triều sẽ bắt đầu quấy nhiễu.  Tương tự như người khỗng lồ cao 2000 miles, bạn sẽ  trở nên quá lớn đối với trọng trường thay đổi nhanh chóng của hố đen. Khi bạn tiếp cận chân trời vũ trụ, bạn sẽ bị bóp méo tương tự như ống kem đánh răng.

 

Có hai phương cách để đối phó với sứt hút thủy triều tại chân trời vũ trụ: hoặc thu nhỏ bạn lại hoặc phóng lớn hố đen.  Một vi khuẩn sẽ không ý thức được sức hút thủy triều tại chân trời của một hố đen có trọng khối của mặt trời, nhưng chính bạn cũng không ý thức hiện tượng đó  tại chân trời của một hố đen có trọng khối gấp triệu lần trọng khối mặt trời.  Điều đó có vẻ phản trực giác, vì trọng lực của một trọng khối lớn hơn bao giờ cũng mạnh hơn cơ mà.  Nhưng lối suy nghĩ đó bỏ quên một điều quan trọng:  chân trời của một hố đen lớn hơn sẽ lớn đến độ trở thành một mặt phẳng.  Gần chân trời trọng trưòng sẽ rất mạnh nhưng thực ra đồng bộ nên không gây ra cảm giác gì đặc biệt.

 

Nếu bạn biết chút ít về trọng lực Newton, bạn có thể hình dung sức hút thủy triều tại chân trời của một ngôi sao đen.  Bạn sẽ thấy rằng ngôi sao đen càng lớn và càng cô kết  thì sức hút thủy triều càng yếu tại chân trời.  Vì vậy, vượt qua chân trời của một hố đen rất lớn không có gì gay cấn.  Nhưng kết cuộc không có cách gì thoát được sức hút thủy triều, ngay cả đối với một hố đen lớn nhất.  Kích thước lớn chỉ trì hoản hiện tượng tất yếu.  Cuối cùng, sự lao mình tất yếu xuống vùng đơn trạng (singularity) sẽ khủng khiếp như sự tra tấn mà Dante đã tưởng tượng (“I entered on the deep and savage way – Tôi đã đi vào con đuờng sâu thẳm và dã man.”)  Ngay cả con vi khuẩn nhỏ nhất cũng sẽ bị phân thây dọc theo trục tung và cùng lúc bị nén ép theo trục hoành.  Những phân tử nhỏ (small molecules) sẽ tồn tại lâu hơn là vi khuẩn (bacteria), và các nguyên tử (atoms) tồn tại lâu hơn thế nữa.  Nhưng sớm muộn gì thì hiện tượng đơn trạng cũng sẽ thắng, thắng cả một đơn tử proton.

 

Mặc dù những thuộc tính tàn bạo và lạ lùng của hiện tượng đơn trạng, đó không phải những bí mật của hố đen.  Chúng ta biết những gì xảy ra cho bất kỳ vật thể nào xuôi xẻo phải bị cuốn vào vùng đơn trạng, và điều đó không đẹp đẽ gì.  Nhưng cho dù đẹp đẽ hay không, hiện tượng đơn trạng cũng không nghịch lý như chân trời vũ trụ.  Gần như không có gì trong vật lý hiện đại lại tạo ra lúng túng nghiêm trọng hơn là câu hỏi, “Những gì xảy ra cho vật chất khi băng qua chân trời vũ trụ? ”  Trả lời bằng cách nào đi nữa thì có lẽ cũng sai.

 

Michell và Laplace chết đã lâu trước khi Einstein  ra đời và có lẽ đã không đoán được hai khám phá mà ông sẽ thực hiện vào năm 1905.  Khám phá thứ nhất là Lý Thuyết Tương Đối Chuyên Biệt (Special Theory of Relativety),  xây dựng trên nguyên tắc là không vật thể nào - kể cả ánh sáng hay cái gì khác -  có thể vượt qua vận tốc ánh sáng.  Michell và Laplace hiểu rằng ánh sáng không thể thoát được một ngôi sao đen, nhưng họ không nhận ra được rằng bất kỳ vật thể nào khác cũng không thể làm như thế được.

 

Khám phá thứ nhì vào năm 1905 của Einstein cho rằng ánh sáng thực sự được tạo ra bởi những đơn tử (particles).  Ít lâu sau khi Michell và Laplace trình bày về những ngôi sao đen, lý thuyết đơn tử của Newton về ánh sáng bị ngược đãi.  Bằng chứng hiển nhiên cho thấy ánh sáng được tạo thành bởi những sóng, tương tự như sóng âm thanh hay sóng trên mặt biển.  Vào năm 1865 James Clerk Maxwell đã nhận ra rằng ánh sáng gồm có những từ và điện trường chuyển sóng,  truyền đi trong không gian theo vận tốc ánh sáng. Và thuyết đơn tử về ánh sáng  đã bị khai tử.  Hình như không có ai nghĩ rằng những sóng điện từ có thể bị hút bởi trọng lực, và vì thế mà những ngôi sao đen bị bỏ quên.  Bị bỏ quên cho đến 1917, khi nhà Thiên văn học Karl Scharzschild giải được những phương trình trong Tổng Thuyết Tương Đối mới toanh của Einstein và tái khám phá ra ngôi sao đen.

 

 

Lương Tấn Lực – Master, Computer Science