BÍ MẬT
VŨ TRỤ

TRẦN THOẠI LAN dịch

BÍ MẬT
VŨ TRỤ

NHÀ XUẤT BẢN TRẺ

BÍ MẬT VŨ TRỤ
TRẦN THOẠI LAN dịch

Chịu trách nhiệm xuất bản : LÊ HOÀNG
Biên tập

: THANH LIÊM

Bìa

: VĂN MINH

Sửa bản in

: NGUYỄN TRUNG

NHÀ XUẤT BẢN TRẺ
161B, LÝ Chính Thắng - Quận 3 - TP. Hồ Chí Minh
ĐT : 8444289 - 8465596 - 8446211

BÍ MẬT VŨ TRỤ
Không gian bao la, mênh mông của
vũ trụ là điều mà con người khó thể
hình dung được. Nếu ta lấy những sinh
vật có mặt trên thế gian này, hoặc thậm
chí khi lấy cả Trái đất so sánh với vũ
trụ, chúng ta không khỏi kinh hoàng khi
phát hiện rằng chúng ta nhỏ bé quá,
mỏng manh quá…

5

CUỐI CÙNG TÔI CŨNG BẪY ĐƯỢC TRÁI ĐẤT
Thế giới quan về vũ trụ cận đại của Copernic đã làm thay đổi
tiến trình văn minh của loài người.
Khi nhắc đến Thái dương hệ, hay khi đề cập đến cả vũ trụ bao
la này, con người không thể không nhắc đến Trái đất. Bởi một lẽ,
Trái đất trong suốt một thời gian dài từng được coi là một thành
viên của Thái dương hệ, thậm chí còn được ngộ nhận là trung tâm
của vũ trụ.
Từ thời cổ đại, vũ trụ từng được miêu tả như một túp lều khổng
lồ, mà trong đó bầu trời chính là đỉnh lều, mặt đất là đáy lều các
6

vì tinh tú như Mặt trăng, Mặt trời,
các vì sao… treo trên đỉnh lều. Đây
cũng chính là nguồn gốc ra đời của
"thuyết túp lều vũ trụ", thậm chí vào
thời bấy giờ, khái niệm Trái đất có
hình cầu vẫn chưa xuất hiện, đây là
thuộc tính chung của nền văn minh
thời bấy giờ.
Ngay đến túp lều vũ trụ đích thực
có hình dáng thế nào cũng không
được thống nhất, mỗi quốc gia có
một cách miêu tả riêng của mình.
Chẳng hạn, người Ấn Độ lại cho

Người đã từng hình dung trái đất
là một vùng đất phẳng, các vì
tinh tú như: mặt trời, mặt trăng,
các vì sao… vận hành trong khí
quyển, phía trên là đỉnh lều.

rằng vũ trụ nằm phía trên Trái đất, các chú voi khổng lồ cõng Trái
đất trên lưng, kim qui cõng voi và rắn khổng lồ tạo thành một vòng
tròn bao xung quanh...
Tất cả những cách miêu
tả kể trên gần giống như
lối miêu tả trong thần
thoại; phải mãi đến thế
kỷ 2, trình độ mô tả vũ
trụ mới được nâng lên và
bắt đầu mang tính lý luận
khoa học. Vào thời bấy
Người Ấn Độ cho rằng Thiên Quốc nằm ở
trên trái đất, Voi khổng lồ cõng trái đất, kim
qui cõng voi còn rắn khổng lồ tạo thành một
vòng tròn bên ngoài.

7

giờ tại một thành phố ở
nước Hy Lạp cổ đã xuất
hiện một nhân vật cực

kỳ quan trọng trong lịch sử phát
triển của ngành thiên văn thế giới.
Ông là tác giả của quyển lý luận
Thuyết địa tâm, một quyển sách
có sức ảnh hưởng mãi đến 1000
năm sau. Ông chính là Ptolemée.
Tác phẩm tiêu biểu của ông là
thuyết Đại tổng hợp, thuyết này
giải thích sự vận hành của các
thiên thể; ngoài ra ông còn vẽ hệ
vũ trụ thành một biểu đồ toán học
lôgic. Ông thừa nhận Trái đất có
Bậc thầy vĩ đại của thiên văn học
thời cận đại: Copernic.

hình cầu, và Trái đất nằm ở vị trí
trung tâm của vũ trụ, các thiên thể
khác quay quanh Trái đất.

Thuyết địa tâm của Ptolemée không may lại bị coi là lập dị và
do đó bị lãng quyên vào thời đại đen tối của loài người; thay vào
đó, giá trị vũ trụ quan mang tính thần thoại lại lên ngôi.
Cùng với quá trình phát triển văn hóa lần I trong thời kỳ Phục
hưng tại châu Âu, thuyết địa tâm của ông lại một lần nữa thấm sâu
vào lòng người, chỉ tiếc có điều là thuyết địa tâm của Ptolemy mang
nặng nội dung thần học về Thiên Chúa giáo; tư tưởng coi Trái đất là
trung tâm vũ trụ đã trở thành một tư tưởng mang ý nghĩa tôn giáo,
và vì vậy mà con người và tất cả các sinh vật tồn tại trên Trái đất
đều được cho là đang nằm trong vòng tay của Thượng đế. Theo
đó, Thượng đế nằm ở tầng ngoài cùng của vũ trụ, điều khiển sự
vận hành của vũ trụ và bảo vệ cuộc sống an lành của nhân loại.
8

Và như thế thì mục đích vận hành của vũ trụ cũng là vì Trái đất,
hướng ánh sáng đến những nơi có con người sinh sống. Ngoài ra,
hệ vũ trụ của tôn giáo còn được chia đẳng cấp, trên trời thì cao quý,
dưới đất là xấu xa, đê tiện.
Tuy nhiên, "tuổi thọ" của thuyết địa tâm và thuyết địa tâm thần
thoại hóa kết thúc khi một nhà thiên văn học vĩ đại khác xuất hiện.
Đó là vào tháng 3 năm 1543, nhà thiên văn học khiếm thị người
Ba Lan: Copernic cho xuất bản quyển sách có nhan đề: Thuyết
vận hành thiên thể, ông vừa sờ quyển sách vừa nói với giọng xúc
động "Cuối cùng tôi cũng đã bẫy được Trái đất". Chẳng may, hai
tháng sau ông từ trần.
Thuyết vận hành thiên thể là tác phẩm tiêu biểu cho thế giới
quan về vũ trụ của thời cận đại, và chính nó đã khởi phát cho
cuộc đại cách mạng thay đổi quan niệm về thiên văn học thời
cận đại. Trong quyển sách này, Copernic mô tả cấu tạo của vũ
trụ và quá trình vận động của Trái đất, và bác bỏ thuyết địa tâm
học. Tóm lại, bức tranh toàn cảnh vũ trụ được Copernic mô tả
như sau: Mặt trời đứng sừng sững nơi trung tâm vũ trụ, các hành
tinh khác quay quanh Mặt trời. Hành tinh gần Mặt trời nhất chính
là sao Thủy, kế đến là sao Kim, kế nữa mới là Trái đất. Mặt trăng
quay quanh Trái đất và Mặt trăng cũng chính là vệ tinh của Trái
đất. Hỏa tinh, Mộc tinh và Thổ tinh còn cách xa Mặt trời hơn là
Trái đất. Ở phía ngoài quỹ đạo của các hành tinh có sự xuất hiện
của các dãy ngân hà, các ngôi sao trong dãy ngân hà này luôn
trọng trạng thái tĩnh.
Bị giáo hội gây áp lực, quyển Thuyết vận hành thiên thể của
ông bị cấm xuất bản trong một thời gian rất dài, mãi sau này khi
9

bạn bè của ông lén mang tập bản
thảo in tại một thành phố của Đức
thì quyển sách mới chính thức ra
đời và nó đã thực sự làm ông toại
nguyện.
Những thay đổi về nhân sinh
quan vũ trụ của ông có ảnh hưởng
vô cùng sâu đậm lên nhiều tầng
lớp nhân dân; chính vì điều đó mà
giáo hội cảm thấy bất an. Sau đó,
tất cả những nhà khoa học nào cổ
xuý cho học thuyết của ông đều
Nhà khoa học vĩ đại Galileo.

phải trả giá rất đắt. Trong số đó nổi
bật là hai nhà khoa học: Pluno và
Galileo. Pluno, người Ý, là người

trung thành theo đuổi đến cùng học thuyết của Copernic, bằng
trái tim nhiệt tình đến cháy bỏng, ông đã ra sức truyền bá thuyết
Nhật tâm học và qua đó truyền bá tư tưởng về một vũ trụ mênh
mông bao la đến mức vô hạn. Chính cách nghĩ táo bạo, tinh thần
phản bác dữ dội cùng với những bài diễn thuyết mang đầy tính
thách thức, xúi giục đã thật sự khiến giáo hội hoảng loạn. Thế là
từ năm 1576, Pluno, mới 28 tuổi, buộc phải bắt đầu cuộc sống lưu
vong. Năm 1583, Pluno đến Luân Đôn. Năm sau, ông cho ra đời
tác phẩm triết học kiệt xuất: Nguồn gốc, bản chất vũ trụ cùng với
quyển Thuyết vũ trụ vô hạn và đa thế giới. Trong hai kiệt tác này,
Pluno đã phát triển rộng ra học thuyết vũ trụ của Copernic, đồng
thời đưa ra ý kiến riêng, đó là vũ trụ thì vô hạn, ông cho rằng Mặt
10

trời không phải là trung tâm của vũ trụ, theo ông, vũ trũ mênh mông,
bao la quá nên nó chẳng có cái gì là trung tâm cả.
Tư tưởng triệt để của ông đã khiến giáo hội phẫn nộ. Đến ngày
23-5-1592, ông bị bắt tại Venise, Ý. Sau đó trải qua 7 năm đằng
đẵng điều tra xét hỏi, Pluno vẫn một mực không chịu khuất phục,
cuối cùng ngày 17-2-1600 ông phải lên giàn hỏa thiêu.
Trong khi đó, Galileo, người được phong tặng danh hiệu "Cha
đẻ của vật lý học cận đại", đã áp dụng một phương pháp khác để
tuyên truyền học thuyết của Copernic. Ngày 7-1-1610, ông phát
hiện sao Mộc có 4 vệ tinh, và ông tiên đoán chúng chuyển động
quay quanh sao Mộc, và sao Mộc quay quanh Mặt trời. Phát hiện
này đã làm khắp châu Âu kinh hoàng, đồng thời cung cấp bằng
chứng hỗ trợ cho học thuyết của Copernic. Ngoài ra, nhờ quan

Galileo phát hiện sao Mộc có 4 vệ tinh và tiên đoán chúng chuyển động
quanh sao Mộc.

11

sát dải ngân hà mà Galileo đã biết được tính vô hạn của vũ trụ.
Tương tự như trường hợp của Pluno, Galileo ngày càng trở thành
cái gai trong mắt giáo hội năm 1616. Tòa án dị giáo của giáo hội
quyết định điều tra và xét hỏi Galileo, đồng thời buộc ông phải từ
bỏ học thuyết Copernic. Bị buộc phải đồng ý, nhưng ông vẫn kiên
quyết viết quyển: "Về cuộc đối thoại giữa Ptolemée và Copernic.
Sau đó vào tháng 3-1632, sách được phép xuất bản. Tuy nhiên
vào tháng 8 năm đó, đột nhiên giáo hội ra lệnh cấm phát hành
sách và cho bắt giam ông. Galileo tự biện hộ cho mình, nhưng
hoàn toàn không cải thiện được gì. Thế là vào ngày 22-6-1633,
ông bị tuyên phạt: tù chung thân. Sau khi nghe xong lời tuyên
án, Galileo, lúc đó 70 tuổi, đã ngã quị xuống nền đất, vẻ mặt hốt
hoảng và bấn loạn, ông bò ra song cửa, miệng còn lẩm bẩm: "Trái
đất đang quay thật mà!".
Khái niệm đương thời của Copernic đã đối lập với tư tưởng giáo
hội và đả phá quan niệm của nhà vật lý học Aristotle cùng với
những kiến thức thường thức về tâm lý của con người thời bấy giờ.
Vì thế, học thuyết của ông không những bị giáo hội phản đối mà
còn phải đương đầu với sự công kích quyết liệt của các nhà thiên
văn khác trên thế giới. Phải đợi đến khi Newton phát hiện Định luật
vạn vật hấp dẫn thì giới thiên văn học mới từ từ chấp nhận sự thật
của thuyết Trái đất quay xung quanh Mặt trời.
Newton, người phát hiện ra định luật vạn vật hấp dẫn, là một
nhà khoa học vĩ đại nhất của nhân loại vào thế kỷ 17, đồng thời
ông cũng là một trong những nhà khoa học hiếm hoi nổi tiếng trong
lịch sử phát triển của cả nhân loại. Giữa năm 1665-1667, Newton
dồn hết tâm trí để nghiên cứu lực hấp dẫn, ông cảm thấy thích thú
12

với vấn đề sau

"quả

táo chỉ rơi xuống đất mà
chẳng bao giờ bay lên
không". Trải qua nhiều
cuộc nghiên cứu tỉ mỉ và
chuyên sâu, năm 1686,
Newton đã cho công bố
một qui luật phổ biến của
vũ trụ. Theo đó mỗi vật
thể đều có lực hấp dẫn;
khối lượng vật thể càng
nặng thì lực hấp dẫn
càng lớn, khoảng cách
càng xa, lực hấp dẫn
càng nhỏ đi. Đây chính
là nội dung chủ yếu
Dùng chiếc kính viễn vọng này, Newton đã
phát hiện ra nhiều bí mật của vũ trụ.

trong quyển kinh điển
về cơ học của Newton.
"Định luật vạn vật hấp

dẫn", Định luật này đã đánh dấu kỷ nguyên quan trọng về cơ học
đồng thời nó cũng được các nhà khoa học đương thời công nhận
như sau: "Gần như tất cả bí mật của vũ trụ đã được đưa ra ánh
sáng". Thật vậy, những khám phá của Newton không chỉ có giá trị
trong ngành thiên văn học mà về phương diện vật lý học, toán học,
ông cũng đã có những cống hiến vô giá.
Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton đã mở ra một kỷ nguyên
mới cho ngành thiên văn. Năm 1742, một người bạn của ông, nhà
13

Năm 1930, nhà thiên văn học 24 tuổi người Mỹ Clyde Tombaugh đã phát
hiện ra sao Diêm vương.

thiên văn học người Anh: Halley đã áp dụng định luật của Newton
để tính toán và sau đó cho kết quả là: ước tính vào các năm 1759,
1835, 1910 sẽ có sao chổi xuất hiện.
Mười bảy năm sau ngày Halley mất, những tiên đoán này đã
được ứng nghiệm chính xác: lần lượt vào các năm 1759,1835,1910,
sao chổi của Halley đến hẹn lại lên. Năm 1781, nhà thiên văn học
nghiệp dư người Anh gốc Đức, William Herschel đã phát hiện ra
hành tinh Uranus (hành tinh thứ bảy của hệ Mặt trời), hay còn gọi
là Thiên vương tinh. Năm 1846, Le Verrier, người Pháp và Adams,
người Anh cùng lúc tính toán được vị trí của sao Neptune, hay còn
gọi là Hải vương tinh mà khi đó con người chưa phát hiện ra nó. Sau
đó Galle, nhà thiên văn người Đức, đã dùng kính viễn vọng phát
hiện ra hành tinh này. Năm 1930, nhà thiên văn 24 tuổi người Mỹ
14

Clyde Tombaugh đã phát hiện ra
sao Pluto, hay còn gọi là sao Diêm
vương… Từ đó, các hành tinh chủ
yếu của hệ Mặt trời lần lượt được
công bố, và con người đã bước
vào một giai đoạn hiểu biết về vũ
trụ bằng những quan niệm hoàn
toàn khác trước.
Năm 1781, nhà thiên văn học nghiệp
dư người Đức: William Herschel đã phát
hiện ra Thiên vương tinh. Hình bên là
hình phỏng lại theo trí tưởng tượng về
sao Thiên vương từ góc nhìn của các
vệ tinh của sao Thiên vương.

Năm 1846, Le Verrier,
người Pháp và Adams,
người Anh đã tính toán
được vị trí của sao Hải
vương. Hình bên cũng là
hình mƠ phỏng về Hải
vương tinh.

15

Thuyết tương đối mô tả
không gian dưới dạng
cong, hình giữa dưới
có cùng một cảnh của
mình trên nhưng có giá
trị biểu kiến.

KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN CONG
QUAN NIỆM VỀ VŨ TRỤ
THUYẾT TƯƠNG ĐỐI

16

Có thể nói rằng, Newton với
định luật vạn vật hấp dẫn đã mở
một cánh cửa giúp loài người tiếp
cận vũ trụ, thế nhưng người có
công đưa ra ánh sáng tất cả bản
chất tiềm ẩn của vạn vật lại chính
là Einstein, tác giả của Thuyết
tương đối. Ông đã xây dựng cho
loài người một nhân sinh quan mới
về vũ trụ đồng thời xác lập một nền
Nhà khoa học vĩ đại nhất của thế
kỷ XX Einstein.

tảng lý luận cơ bản nhưng hết sức
vững chắc. Chính vì lẽ đó mà ông
đã trở thành nhà vật lý vĩ đại nhất

của thế kỷ 20.
Einstein gốc người Do Thái, sinh ngày 14-3-1879, tại Ulm, một
thành phố nhỏ miền Nam nước Đức. Cũng như Newton, lúc bé học
lực của Einstein chỉ vào hạng trung bình, thậm chí năm 4 tuổi, ông
còn chưa biết nói, nhưng tất cả những chi tiết này không mảy may
cản trở mức phát triển trí tuệ đến
độ thiên tài của ông. Ngay từ năm
16 tuổi, Enstein cứ suy nghĩ mãi
về một vấn đề. Nếu một người di
chuyển với tốc độ của ánh sáng
thì anh ta sẽ thấy được cảnh tượng
gì quanh mình? Và có phải lúc đó
sóng điện từ sẽ ngưng chạy? Vậy
thì trước hiện tượng này, điện học
sẽ giải thích ra sao? Hàng loạt
17

Einstein trong không gian 4 chiều.

Thuyết tương đối của Einstein cho chúng ta biết rằng thời gian và không
gian đều bị bẻ cong.

những nghi vấn đã tạo nên tiền đề cho ông viết bài: Thuyết động
điện học của vật thể di chuyển động, sau này đã trở thành một quyển
sách nổi tiếng khắp thế giới. Lần đầu tiên trong bài viết của mình,
ông đề cập đến thuyết tương đối thu hẹp, ông giải thích mối liên hệ
mang tính vận động giữa thời gian, không gian, khối lượng và vật
chất. Thuyết tương đối thu hẹp của Einstein cho rằng: ở bất kỳ hệ
qui chiếu nào thì các tia sáng truyền đi trong không gian tự do đều
di chuyển với tốc độ tuyệt đối như nhau, và tốc độ ánh sáng là tốc
độ lớn nhất trong số các vật thể chuyển động được. Hơn nữa, bất
kỳ định luật tự nhiên nào cũng có thể áp dụng lên các hệ qui chiếu.
Căn cứ vào hai nguyên lý này, Einstein rút ra một loạt các kết
luận cho thuyết tương đối thu hẹp của mình: tính tương đối trong
tính đồng thời, tính dài ngắn của khái niệm thời gian, khoảng cách
xa gần của không gian, những thay đổi của chất lượng vật thể tuỳ
theo tốc độ, mối tương quan giữa vật chất và năng lượng, vv… Năm
1907, Einstein lại đưa ra một phương trình về mối liên hệ giữa vật
18

chất và năng lượng: E = mc2, trong đó E là năng lượng, m là khối
lượng vật chất và c là tốc độ ánh sáng. Phương trình này cũng đã
giúp giải thích hiện tượng bức xạ nguyên tố, giải phóng năng lượng
và giải thích vấn đề nguồn năng lượng của Mặt trời.
Năm 1916, Einstein lại cho ra đời Thuyết tương đối tổng quát.
Trong thuyết tương đối tổng quát, ông tập trung giải thích bản chất
và hiệu quả của lực hấp dẫn. Theo đó, thuyết này cho rằng do có
sự tồn tại của vật chất, mà không gian và thời gian đều bị bẻ cong,
và trường hấp dẫn cũng là không gian bẻ cong. Bước đầu thuyết
tương đối tổng quát đã giải thích hiện tượng lệch pha trong quĩ đạo
của sao Thủy, một hành tinh quay gần Mặt trời nhất nên chịu ảnh
hưởng mạnh nhất. Tiên đoán quan trọng thứ hai của thuyết tương
đối tổng quát chính là lực hấp dẫn hồng ngoại, nghĩa là quang phổ
sẽ di chuyển hướng về vùng hồng ngoại trong trường hấp dẫn.
Và điều này đã được minh chứng chính xác bởi các nhà thiên văn
học bằng việc quan sát thiên văn. Tiên đoán thứ ba của Einstein
là tia sáng sẽ bị bẻ cong khi đi ngang qua trường hấp dẫn. Tiên
đoán này đã được rất nhiều người quan tâm, bởi lẽ tiên đoán ít ai
ngờ tới này cuối cùng lại được chứng nghiệm bằng thiên thể của
vũ trụ. Theo tiên đoán của Einstein: tia sáng của một hành tinh xa
xôi truyền đến bề mặt Trái đất thì nó sẽ bị lệch một cung 1,75 giây.
Năm 1919, hai nhóm kiểm tra người Anh đã quan sát và kiểm tra
được cung lệch ấy trung bình là 1,79 giây, điều này cho thấy những
tiên đoán của Einstein là hoàn toàn chính xác, và kết quả này đã
làm rúng động toàn thế giới.
Thuyết tương đối của Einstein được thiết lập trên cơ sở cải cách
triệt để quan niệm về không gian thời cận đại, nó đã mang lại một
cuộc cách mạng to lớn đối với học thuyết về cơ học kinh điển của
19

Đây là mô hình hệ mặt trời, gồm mặt trời và các hành tinh bao quanh. Dưới
tác dụng của lực hấp dẫn, các tia sáng khi đi vào trường hấp dẫn đều bị lệch.

Newton. Einstein đã có công kiến lập nên một khái niệm hoàn toàn
mới về vũ trụ ở thế kỷ XX. Trong quá trình giải thích vũ trụ, thuyết
tương đối đã đưa đến hai khả năng hoàn toàn ngược nhau: Thứ
nhất, vũ trụ là hữu hạn, nó cũng như một tinh cầu, nếu cứ đi mãi
về một hướng, cuối cùng chúng cũng về đến điểm xuất phát; Thứ
hai, vũ trụ là vô hạn, nó tỏa ra rất nhiều hướng đi, cho dù đi mãi đi
mãi cũng chẳng đến đích. Còn vấn đề khả năng nào có tính logic
hơn thì theo như lời giải thích của Einstein, vị bác học thông minh
hơn người, ông nói: Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào số lượng
nhiều hay ít của vật chất có trong vũ trụ. Nếu vật chất tồn tại trong
vũ trụ nhiều thì lực hấp dẫn của chúng sẽ làm cho các góc cong
trong không gian kết dính lại và khi đó vũ trụ sẽ hữu hạn. Từ đầu
thế kỷ XX đến nay, nhiều nhà khoa học đã thử chứng minh một
trong hai khả năng này, nhưng dường như từ những năm 60 trở về
20

sau của thế kỷ XX, các nhà thiên văn học muốn chứng minh một
điều rằng số lượng vật chất trong vũ trụ không đủ nhiều để tạo
thành lực hấp dẫn khép kín.
Từ những năm 30 của thế kỷ XX, Einstein đã bắt đầu nghiên
cứu lý luận trường nhất quán trong mọi hình thức vận động của vũ
trụ, nhưng cuối cùng ông cũng chưa vừa ý.
Ngày 18-4-1955, ông từ trần tại nhà riêng ở Princeton (Mỹ).
Mười mấy năm sau ngày ông qua đời, hàng vạn nhà khoa học
đã bước tiếp con đường ông đi, họ đã dày công khám phá bí mật
của vũ trụ, nhưng mãi cho đến nay vẫn chưa cho ra đời học thuyết
nào tiến bộ hơn thuyết tương đối của einstein, và lẽ dĩ nhiên cũng
chưa đưa con người tiến sâu hơn nữa vào các nấc thang bí mật của vũ
trụ, tất cả cũng chỉ dừng lại ở những phát hiện của Einstein mà thôi.

Thuyết tương đối của Einstein đã mở rộng tầm nhìn cho loài người, giúp
chúng ta hiểu biết nhiều hơn về vũ trụ.

21

Người kế tục sự nghiệp của Einstein là một nhà vật lý học nổi
tiếng nhất của thế kỷ XX Stephen Hawking, ông từng bác bỏ khá
quyết liệt công thức toán học của Einstein. Hawking tốt nghiệp
Đại học Oxford, sau đó ông lấy được học vị tiến sĩ triết học tại đại
học Cambridge. Năm 20 tuổi, đột nhiên ông mắc phải chứng bệnh
xơ cứng và co rút các cơ. Thông thường, những người mắc chứng
bệnh này đều qua đời ba năm sau ngày phát bệnh. Tuy nhiên có
lẽ đây là trường hợp hi hữu ông vẫn tiếp tục sống. Mặc dù trên cơ
thể ông chỉ còn có 3 ngón tay cử động được; nhưng điều đó cũng
không mảy may cản trở ông trở thành nhà khoa học vĩ đại thừa kế
học thuyết của Einstein.
Hawking nghiên cứu chủ yếu về vũ trụ và thuyết tương đối tổng
quát. Trong quyển Kết cấu không gian qui mô lớn do ông và một
nhà khoa học khác là đồng tác giả, ông đã phê bình phương pháp
xử lý lực hấp dẫn của thuyết tương đối tổng quát. Theo đó, ông cho
rằng lối lý luận của Einstein hoàn toàn không thể giải thích được
một số hiện tượng kỳ lạ đang tồn tại trong vũ trụ. Theo hai ông,
trong số đó nổi lên hai hiện tượng: Thứ nhất đó là khi các dải ngân
hà bị vỡ hoặc co rút thành lỗ đen và thứ hai là những hiện tượng
khởi đầu vủa vũ trụ. Chính vì vậy, Hawking được coi là cha đẻ của
thuyết hấp dẫn lượng tử.
Hawking nổi tiếng nhất trong công trình nghiên cứu về lỗ đen.
Năm 1974, bằng toán học, ông đã chứng minh rằng lỗ đen không
"đen", mà thật ra nó không ngừng truyền các hạt phân tử ra ngoài
với một tốc độ ổn định. Phát hiện của Hawking đã thật sự mở ra
một chân trời mới cho lĩnh vực nghiên cứu vật lý học về thiên thể.
Ngay từ năm 1796, nhà toán học kiêm nhà thiên văn học người
Pháp Lagrange từng tiên đoán: "một nơi có mật độ như Trái đất
22

mà đường kính bằng tia sáng của 250 dải ngân hà của Mặt trời
sẽ không cho phép bất kỳ tia sáng nào rời khỏi nó". Chính vì lý do
này mà chúng ta không thể nhìn thấy thiên thể phát sáng lớn nhất
trong vũ trụ.
Một trăm năm sau, thuyết tương đối một lần nữa khiến nhà thiên
văn học người Đức phải đưa ra tiên đoán mới: ông cho rằng lỗ
đen là một thiên thể có dạng cầu, không quay và không dẫn điện.
Điều kiện để cấu thành lỗ đen là tỉ lệ giữa khối lượng và bán kính
của thiên thể tương
đương 67.500.000
tỉ gram-mm, chính
do có lực hấp dẫn
mạnh nên tia sáng
và tất cả các vật chất
khác không thể tránh
khỏi bị lực hấp dẫn
tác động lên. Trước
mắt, những kiến thức
phổ thông nhất về lỗ
đen chính là lỗ đen
là vùng không gian
có lực hấp dẫn mạnh
nhất; do đó bất cứ vật
nào tiếp cận nó, kể
cả tia sáng đều bị hút
vào các lỗ sâu hun
hút đó và không thể
thoát ra ngoài được.

Người kế tục Einstein: Stephen Hawking. Toàn
thân ông chỉ còn 3 ngón tay là có thể cử động
được.

23

Hai nhà thiên văn học người Mỹ đã dùng máy tính vẽ ra một tinh
cầu có kích cỡ tương đương với Mặt trời và thử cho nó rơi vào lỗ
đen. Kết quả là lỗ đen đã dùng hai cách "nuốt chửng" lấy tinh cầu.
Theo đó, cách thứ nhất, khi tinh cầu đó di chuyển hướng về lỗ đen
thì nó lập tức bị lực hấp dẫn của lỗ đen kéo dài ra, và biến nó thành
một chùm tia vật chất hút tọt vào lỗ đen, đồng thời nó phát ra khối
năng lượng khổng lồ. Cách thứ hai: khi tinh cầu rơi vào trường hấp
dẫn của lỗ đen, thì lớp vật chất trên tinh cầu sẽ hình thành một kết
cấu dạng đĩa bao xung quanh lỗ đen, và khí thể và bụi sẽ quay
xung quanh lỗ đen theo quĩ đạo, sau đó mới bị hút vào trong lỗ đen.

Đây là lỗ đen được mô tả bằng máy tính, ảnh lớn là tinh cầu bị xoáy vào lỗ
đen. Trong quá trình bị cuốn vào, chúng thường thay đổi về kích thước, hình
dạng. Hình bên trái là ảnh ảo của tinh cầu to bên phải.

24

Các nhà thiên văn học suy đoán rằng, trung tâm của dải ngân
hà rất có khả năng tồn tại một lỗ đen.
Ngày 27-2-1994, kính viễn vọng không gian đã chụp được ảnh
dải tinh cầu Tiên nữ M87, và họ đã phát hiện ở giữa các tinh cầu
này xuất hiện một lớp khí dạng đĩa giống như lớp mây trên trời và
đang xoay dữ dội như trong một cơn lốc. Phần lớn các vật chất của
lớp "mây" dạng đĩa này là lớp khí hydrô dạng ion ở nhiệt độ khoảng
10.0000C. Theo kết quả tính toán thì khu vực trung tâm của lớp
hình đĩa này tồn tại một lớp tương đương 3 tỉ Mặt trời, trong khi đó
thể tích của nó lại nhỏ hơn thiên thể của hệ Mặt trời. Căn cứ vào
đó, các nhà thiên văn học bắt đầu phân tích, kết quả họ đều thống
nhất rằng trong thiên thể này có một lỗ đen xuất hiện ở trung tâm
của dải ngân hà.
Những tinh cầu có khối lượng lớn thì sẽ biến thành lỗ đen, và
có tất cả mọi vật chất kể cả những vật chất phát sáng cũng có xu
hướng rơi vào lỗ đen. Cũng chính vì trọng lực ở lỗ đen lớn vô cùng,
cộng thêm tình trạng hỗn loạn trong kết cấu của không gian nên
các nhà khoa học đã không thể xác lập nguyên tắc vật lý nhất định
cho nó, vì thế nó được gọi là "điểm kỳ lạ". Tuy nhiên, Hawking và
người đồng tác giả của ông đã chứng minh sự tồn tại của lỗ đen.
Hơn nữa, bằng các phương trình toán học, Hawking đã chứng minh
được rằng "điểm kỳ lạ" này đã tồn tại ngay từ thời kỳ đầu của vũ
trụ. Nếu xét riêng cái "điểm kỳ lạ" này trong vũ trụ thì chắc chắn
nó sẽ gây ra nhiều nguy cơ bùng nổ vũ trụ. Chính vì vậy mà nhiều
nhà vật lý đã cố sức tìm phương án để những "điểm kỳ lạ" này thôi
xuất hiện. Tuy nhiên, Hawking lại chứng minh sự tìm kiếm này là vô
ích, bởi lẽ những nguy cơ bùng nổ, biến mất của vũ trụ là những sự
kiện mà con người không thể không đối mặt. Nhưng nói thế không
25

phải cho rằng vũ trụ được sinh ra từ "điểm kỳ lạ", trên thực tế "điểm
kỳ lạ" chính là thế giới riêng mà khoa học của loài người chưa thể
tiếp cận được, hay nói cách khác nó là điểm giới hạn của khoa học.
Về mặt lý luận, Hawking một mực ra sức kết hợp thuyết lượng
tử của ông với thuyết tương đối của Einstein, đây cũng là quá trình
nghiên cứu mà Einstein chưa đạt được kết quả. Trước mắt, những
kết quả nghiên cứu vũ trụ của Hawking đã thật sự gây chấn động
thế giới, tuy nhiên chúng vẫn chưa được hoàn toàn thừa nhận.
Trên con đường nghiên cứu vũ trụ, Hawking luôn lẻ loi, bởi
lẽ rất ít người đủ kiên nhẫn tiến hành những nghiên cứu sâu sắc
hơn nữa về vũ trụ trong quá khứ, hiện tại và tương lai. Không gian
bao la, mênh mông của vũ trụ luôn ẩn chứa nhiều bí mật mà con
người khó mà giải thích. Cũng có thể những hiểu biết có hạn của
chúng ta ngày nay về vũ trụ biết đâu lại hoàn khác với trạng thái
thật của vũ trụ thì sao. Tuy nhiên, lòng nhiệt tình, tính kiên nhẫn
của Hawking chắc chắn sẽ mang đến nhiều kết quả giúp con
người nâng cao trình độ nhận thức về vũ trụ mà trước nay chúng
ta chưa hề đạt được.

26

KHOẢNG KHÔNG BAO LA
Khi nhắc đến vũ trụ, con người không thể không cảm ơn những
chiếc kính viễn vọng khổng lồ. Chính những chiếc kính này đã mở
rộng tầm nhìn của con người về vũ trụ. Như chúng ta biết, từ thời
cổ đại, con người luôn quan niệm rằng vũ trụ chẳng qua chỉ là một
không gian nào đó ở sát gần họ.

27

Ngày nay, con người đã
thuộc nằm lòng những vùng
không gian lân cận quê hương
- Trái đất mà họ đang sống.
Trái đất gần như có dạng hình
cầu, hơi dẹp ở hai đầu. Chu
kỳ tự quay của Trái đất là một
ngày; Trái đất cùng với những
Hình chụp thẳng đứng của dải ngân hà.

hành tinh khác trong hệ Mặt
trời quay xung quanh Mặt trời.
Quĩ đạo quay của Trái đất và

các hành tinh khác là một đường ê-líp, bán kính trung bình là 150 x
106 km, tốc độ quay trung bình đạt 30.000 m/giây. Khối lượng Trái
đất khoảng 6 x 1021 tấn.
Mặt dù Trái đất to lớn là thế nhưng nó cũng chỉ là một thành viên
hết sức bình thường trong hệ Mặt trời.
Trong hệ Mặt trời thì Mặt trời là trung tâm, là cái lõi. Kỳ thực,
Mặt trời chẳng qua chỉ là một khí thể hình cầu có thể tự phát sáng,
đường kính vào khoảng 1,4 x 106 km. Khối lượng của Mặt trời bằng
140 lần tổng khối lượng của tất cả các hành tinh khác trong hệ Mặt
trời. Chính vì "khổng lồ" như thế Mặt trời mới có lực hấp dẫn mạnh
vô biên, nhờ vậy nó mới có thể điều khiển chặt chẽ mọi hoạt động
của các hành tinh hay thiên thể nhỏ trong trường hấp dẫn của nó,
và đủ sức co cụm các thành viên trong hệ Mặt trời lại với nhau.
Thứ tự các hành tinh ở gần Mặt trời nhất là: sao Thủy, sao
Kim, Trái đất, sao Hỏa, sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên vương, sao
Hải vương và sao Diêm Vương. Ngoài sao Thủy và sao Kim thì
tất cả các hành tinh khác đều có vệ tinh, chẳng hạn Mặt trăng
28

chính là vệ tinh của trái đất. Ngoài ra giữa quĩ đạo của sao Hỏa
và sao Mộc còn nhiều hành tinh nhỏ khác. Hầu như tất cả các
hành tinh đều quay quanh Mặt trời trên cùng một bề mặt. Trong
hệ Mặt trời, chúng ta không những có các hành tinh, tiểu hành
tinh và vệ tinh của các hành tinh, mà chúng ta còn có vô số sao
chổi, sao sa, sao băng. Khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời
khoảng 150.000.000 km và khoảng cách này thường được gọi
là một đơn vị thiên văn (hay năm ánh sáng), đây là thuật ngữ
của ngành thiên văn học.
Tốc độ di chuyển trung bình mỗi giây của ánh sáng là 300.000
km, mỗi năm ánh sáng đi được khoảng 9,46 x 1012 km và con số
này được gọi là một năm ánh sáng và từ đó nó được đặt cho đơn
vị không gian của vũ trụ.
Còn những thiên thể nào có khả năng tự phát sáng được như
Mặt trời thì được gọi là các tinh tú, cách gọi như vậy là để phân biệt
với những hành tinh không tự phát sáng được.
Nhiều tinh tú kết hợp lại với nhau tạo thành dải ngân hà. Ở giữa
dải ngân hà thì dày, hai bên mỏng dần, đường kính khoảng 100.000
năm ánh sáng, trong đó chứa vài trăm tỉ tinh cầu.
Tuy nhiên, dải ngân hà không phải chứa hết tất cả mọi tinh tú,
mà bên ngoài dải ngân hà chúng ta còn thấy có sự tồn tại của các
dải thiên hà, trong đó gần dải ngân hà nhất chính là dải sao Tiên
nữ, dải này cách Trái đất 2.200.000 năm ánh sáng. Đây cũng chính
là dải thiên hà xa nhất mà con người có thể dùng mắt thường quan
sát. Theo ước tính, những tia sáng do sao Tiên nữ phát ra và đến
Trái đất hôm nay đã được truyền đi từ 2.200.000 năm trước, do đó
những phát hiện của chúng ta ngày hôm nay đều là những sự kiện,
29

bối cảnh xảy ra trong quá khứ.
Điều này chứng tỏ rằng càng
khám phá ra nhiều điều, nhiều
sự kiện thì các sự kiện ấy càng
xa xưa lỗi thời.
Các nhà thiên văn học cũng
phát hiện rằng nếu coi dải ngân
hà là trung tâm thì trong vòng

cụm siêu tinh của sao Tiên nữ

chu vi 3.000.000 năm ánh sáng

có khoảng 40 thiên hà giống dải ngân hà, và các thiên hà này kết
lại thành một quần thể thiên hà. Các thiên hà trong quần thể này
liên kết rời rạc với nhau, chúng không có kết cấu, tổ chức và phần
lõi như dải ngân hà. Tuy nhiên trong quần thể thiên hà cũng tồn
tại một số trung tâm tập hợp các thiên hà lại với nhau, và những
trung tâm đó được gọi là cụm thiên
hà; ngoài ra cụm thiên hà kết hợp
với quần thể thiên hà tạo thành
cụm siêu tinh và kích thước của
chúng vào khoảng 300 triệu năm
ánh sáng.
Cho đến nay, các nhà thiên văn
học đã phát hiện một dải ngân hà
cách Trái đất 11.900 triệu năm
ánh sáng, dù vậy thiên hà này vẫn
chưa phải là điểm dừng của vũ trụ.
NGC 2300 là một quần thể thiên
hà xa xôi.

30

VỤ NỔ VŨ TRỤ

31

Theo suy đoán của các nhà
thiên văn học, kích thước không
gian của vũ trụ vào khoảng 20 tỉ
năm ánh sáng, điều này chứng
tỏ rằng vũ trụ đã 20 tỉ tuổi rồi, và
hiện đang "sống" ở giai đoạn nào
trong cuộc đời của nó thì chúng ta
không biết. Ngày nay theo lý luận
được khá nhiều người chấp nhận
là thuyết Big Bang, tương truyền
Quan sát bằng quang phổ đã
chứng thực một điều: các thiên hà
rằng vũ trụ được sinh ra sau một
càng rời xa Trái đất càng di chuyển
vụ nổ cách đây 20 tỉ năm. Sự kiện
với vận tốc lớn.
nổ vũ trụ đã đặt nền tảng cho một
sự thật quan trọng sau: số là các nhà thiên văn học phát hiện, hầu
như tất cả các thiên hà đều tránh né nhau và di chuyển với vận
tốc rất cao, có nghĩa là cả vũ trụ cứ như gợn sóng, và những đợt
sóng cồn này lại không có điểm nào là trung tâm cả; vì thế nhìn
từ bất kỳ góc độ nào ta cũng có thể thấy các thiên thể đang rời
xa chúng ta. Có điều thú vị là, càng cách xa, tốc độ của chúng
càng lớn.
Thuyết nổ vũ trụ cũng chứng minh một điều rằng mỗi giờ mỗi
giây cả vũ trụ đều ở trong trạng thái sôi sục và biến hóa. Nếu
chúng ta đi ngược dòng thời gian càng xa thì vũ trụ lúc đó càng
nhỏ, cũng giống như một quả bong bóng bị xì, càng về sau nó
càng bị thu nhỏ và cuối cùng chỉ còn là một điểm. Vậy thì, 20 tỉ
năm trước, cũng có thể vũ trụ chỉ nhỏ như một dấu chấm. Nhưng
còn trước đó thì sao?
Nếu dùng những hiểu biết và lý luận mà chúng ta hiện có để
giải thích hiện tượng này sao cho logic là điều cực khó. Tuy nhiên
có một lối giải thíc...