Lỗ đen, lỗ sâu đục & cỗ máy thời gian (Phần 34)

Rơi vào trong lỗ đen

Một trong những điều thú vị nhất về lỗ đen là cái xảy ra với những vật/những nhà du hành đen đủi rơi vào trong chúng, & một người đang đứng nhìn từ một khoảng cách an toàn thấy hiện tượng xảy ra như vậy nào. Trước hết, tất cả chúng ta hãy xét cái sẽ trông ra sao nếu bạn đủ vận xui đến mức rơi vào trong lỗ đen.

Một góc cạnh của sự cuốn hút cho đến đây chưa được nói tới là lực thủy triều. Tất cả chúng ta biết rằng lực hút cuốn hút của một vật trở nên yếu hơn khi tất cả chúng ta tiến ra xa nó. Chắc nịch bạn từng cho là, khi bạn đứng trên mặt đất, chân của các bạn sẽ cảm nghĩ lực hút của Địa cầu mạnh hơn đầu của các bạn, vì cái đầu ở xa mặt đất hơn. Điều này thật ra là đúng, nhưng sự chênh lệch trong trường cuốn hút của Địa cầu là quá nhỏ trên một khoảng cách nhỏ như vậy nên sẽ không lúc nào cảm nghĩ được. Mặt khác, tất cả chúng ta có thể chứng kiến cụ thể hiệu ứng thủy triều của lực cuốn hút của Mặt trăng công dụng lên Địa cầu. Đây là vì phía Địa cầu dối diện với Mặt trăng chịu lực hút cuốn hút mạnh hơn phía bên kia nên, khi Địa cầu quay, gây ra sự dâng lên mỗi ngày của nước biển từ này mà có cái tên thủy triều.

Khi xét đến lỗ đen, lực cuốn hút biến đổi căng não hơn nhiều & bạn có thể cảm thấy hiệu ứng thủy triều ngay dọc thân thể của mình. Hiệu ứng này trở nên mạnh chẳng thể chịu nổi & cuối cùng sẽ xé toạc bạn thành những sợi dài trước khi cuối cùng bạn bị ép bẹp dí tại điểm kì dị.

Một lỗ đen nhỏ, vào cỡ vài lần khối lượng mặt trời, có lực thủy triều mạnh đến mức bất kể nhà du hành nào mon men đến quá gần sẽ bị giết ngay trước khi anh ta hay cô ta đi qua chân mây buổi lễ! Một kết cục không hay chút nào phải không? Bạn nghĩ ít nhất bạn có thể có thời cơ đến gần chân mây buổi lễ mà không gặp chướng ngại gì lớn lắm. May thay, tất cả chúng ta hợp lí do có lí để tin rằng có tồn tại những lỗ đen với khối lượng gấp hàng triệu lần khối lượng Mặt trời. Những lỗ đen siêu khối như vậy có lực thủy triều to hơn rất rất nhiều & người ta có thể đơn giản đi qua chân mây của buổi lễ của một lỗ đen như vậy mà không cảm thấy sự bất tiện nào. Khi bạn tiếp tục rơi tự do về phía điểm kì dị, lực thủy triều sẽ có độ lớn tăng dần dần. Như thế, dù rằng cuối cùng bạn vẫn bị xé toạc ra rồi nén lại thành 1 điểm có mật độ vô hạn, nhưng ít ra thì hiện tại bạn có thể nhìn ngắm một tí trên đường rơi xuống.

Xem Thêm  Moonlight Centre Point Tên Lửa Bình Tân

Trong tập sách này, bạn có thể nhận thấy7 tôi đang phấn đấu trì hoãn trình bày về công dụng kì quái của lực cuốn hút lên thời gian cho đến phần kế tiếp. Bên cạnh đó, tôi chẳng thể khiến các lỗ đen bất bình nếu như không nói một tí về vấn đề này bước này. Bên trong một lỗ đen, không gian & thời gian bị cuộn lại đến mức khoảng cách từ chân mây buổi lễ tới điểm kì dị không phải là một khoảng cách trong không gian theo ý nghĩa bình bình nữa (theo nghĩa nó có thể được đo theo km hoặc một số nhà cung cấp bề dài phù hợp khác). Thay vậy, nó trở thành 1 chiều thời gian. Về căn bản, khoảng cách xuyên tâm đến tâm của lỗ đen bị thay bởi trục thời gian! Đợi một tí, bạn nghĩ, tất cả chúng ta đang nói tới cỡ của những lỗ đen theo bán kính Schwarzschild được xác nhận cụ thể nhất theo các nhà cung cấp bề dài. Sự độc đáo là ở chỗ bán kính Schwarzschild là bán kính . Hãy tưởng tượng đang xem xét một lỗ đen trên một tấm màn sáng làm nổi trội rõ chân mây buổi lễ của nó, chẳng hạn một tinh vân khí phát sáng. Khoảng cách xuyên qua chiếc đĩa đen đó là đường kính của nó, hay hai lần bán kính Schwarzschild của nó. Một khi ở bên trong lỗ đen, mọi thứ rất khác đi.

Sự hoán đổi này của không gian & thời gian giải thích vì sao bất kể vật nào hễ rơi vào trong lỗ đen là không có sàng lọc nào khác ngoài việc rơi vào trong về phía điểm kì dị. Các nhà vật lí ví von hành trạng này với cách chẳng thể tránh được mà tất cả chúng ta chuyển động trong thời gian về phía tương lai. không chỉ thế, vì bạn chẳng thể tiến xa hơn một khi bạn đã đến điểm kì dị, nên điểm này phải đánh dấu sự chấm dứt của chính thời gian! Đây là chỗ các điểm kì dị lỗ đen khác với Vụ Nổ Lớn là điểm kì dị đánh dấu của thời gian. Chúng giống với điểm kì dị Vụ Co To hơn (điểm đánh dấu sự chấm dứt của không gian & thời gian nếu có đủ vật chất trong Vũ trụ để khiến cho nó tự co lại).

Thời gian thiết yếu để đi từ chân mây buổi lễ tới điểm kì dị, khi đo bởi cái gì đó đang rơi vào, tỉ lệ với khối lượng của lỗ đen. Như thế, với một lỗ đen gấp mười lần khối lượng Mặt trời, sẽ mất khoảng một phần mười nghìn của một giây để đi đến điểm kì dị, trong lúc so với một lỗ đen siêu khối có thể mất đến vài phút.

Một thắc mắc thường được đặt ra là một nhà du hành đang rơi qua chân mây buổi lễ của một lỗ đen có để mắt thấy sự độc đáo nào hay không (giả sử lỗ đen đó đủ lớn để nhà du hành sống sót trước lực thủy triều). Câu giải đáp là không. Cách duy nhất bạn có thể hiểu rằng mình đã đi ngang qua chân mây buổi lễ (hãy Note làm thế nào mà nhà du hành giờ đã thành bạn rồi? đừng giận hờn nhé, tôi chẳng biết bạn là ai & tôi cũng không mong muốn một kết cục như vậy xảy ra với bất kể ai) sẽ là bạn phấn đấu làm dừng chuyển động rơi & trèo trở ra bằng cách bật động cơ hoả tiễn đẩy bạn ra khỏi tâm của lỗ đen. Theo nhà thiên văn vật lí người Nga & là một Chuyên Viên vị trí đầu tiên về lỗ đen, Igor Novikov, một trong những góc cạnh kì quái khác nữa của vật lí học lỗ đen & một hệ lụy của cách thời gian bị cuộn lại là rằng khi cố làm như thế (đốt động cơ hoả tiễn để thoát ra khỏi lỗ đen) bạn sẽ đi đến điểm kì dị còn mau hơn đối với khi bạn tắt các động cơ đi!

Xem Thêm  Truyền Thuyết Về Các Chòm Sao Orion Là Gì, Chòm Sao Orion

Điều này chắc rằng là rất phản trực giác nhưng ông giải thích nó như sau. Hãy nhớ rằng không có động cơ hoả tiễn đang cháy thì bạn đang rơi tự do & không chịu bất kể lực cuốn hút nào (hiển nhiên là ngoài lực thủy triều ra). Bằng cách hướng hoả tiễn của các bạn ra xa điểm kì dị & đốt động cơ, bạn sẽ cảm nghĩ một lực gia tốc hướng lên &, do nguyên lí tương tự, gia tốc này giống như sự cảm tưởng công dụng của một trường cuốn hút. Bên cạnh đó, do cách không gian & thời gian hòa quyện bên trong lỗ đen, nên bạn tiếp tục rơi với như trước đây. Hiện giờ đúng là thời gian của các bạn sẽ chậm đi. Đây gọi là sự co giãn thời gian do cuốn hút & tôi sẽ trình bày nó trong Chương 6. Có nghĩa là một vật rơi từ chân mây buổi lễ tới điểm kì dị sẽ khiến bạn, nói chẳng hạn thôi, cảm thấy mười giây giờ như có năm giây thôi. Lạ thay!

Trong lúc viết chương này, tôi đã nói với vợ tôi, Julie, rằng tôi đã viết tới chỗ tôi miêu tả bên trong lỗ đen trông như vậy nào. “Rất tối, em nghĩ vậy” là câu đáp ngờ nghệch & sâu sắc của vợ tôi. Thật ra, nó không hoàn toàn tối đen vì ánh sáng từ Vũ trụ bên ngoài vẫn rơi vào. Sự độc đáo là ở chỗ ánh sáng trở nên bị bẻ cong & chăm chú vào một mảng sáng nhỏ. Nó hao hao như là nhìn ngọn đèn đang lùi xa từ lối vào một căn hầm tối khi bạn liều lĩnh bước sâu vào trong cái lỗ đó.

Giờ tất cả chúng ta hãy xét một nhà xem xét ở xa chứng kiến cái gì khi một vật rơi vào trong một lỗ đen, để cho dễ dàng, ta giả sử nó không quay tròn. Giờ hãy tưởng tượng bạn đang ở trong phi thuyền vũ trụ của mình, neo ở một khoảng cách an toàn bên ngoài chân mây buổi lễ. Bạn nhìn thấy một người cộng sự đang rơi về phía chân mây buổi lễ. Thay vì chứng kiến anh ta rơi mỗi lúc một nhanh cho đến khi anh ta ngạc nhiên mất tích qua chân mây đó, vận tốc rơi của anh ta hình như mỗi lúc một chậm đi khi anh ta tiến tới đường chân mây đó, cho đến cuối cùng thì anh ta dừng lại, đóng băng, ngay bên ngoài nó. Sự chậm đi biểu kiến này của vật rơi là do cách lực cuốn hút tác động đến vận tốc trôi của thời gian. Thật vậy, thời gian đúng là trong trường cuốn hút & sự chậm đi này dễ thấy nhất trong trường cuốn hút mạnh bên ngoài một lỗ đen.

Xem Thêm  Phát hiện mới trên hành tinh lùn Ceres

Nếu nhà du hành đã tính rằng anh ta sẽ đi ngang qua chân mây buổi lễ lúc mười hai giờ đúng đắn theo cả hai đồng hồ đã ăn khớp hóa trước đó của các bạn, thì bạn có thể, qua một chiếc kính thiên văn mạnh, xem xét thời gian triệu chứng trên đồng hồ của anh ta khi anh ta rơi. Bạn sẽ thấy kim trên đồng hồ của anh ta chạy chậm đi khi anh ta tiến về phía chân mây buổi lễ cho đến khi cuối cùng chúng dừng lại đúng lúc mười hai giờ. Thật vậy, tại chân mây buổi lễ, thời gian dừng lại. Đôi khi, người ta đề nghị (lỗi lầm) rằng bạn sẽ chứng kiến anh ta đóng băng ở bên ngoài chân mây đó mãi mãi. Thật ra, hình ảnh của anh ta sẽ mờ đi rất nhanh chóng & anh ta sẽ mất tích. Đây không phải là bạn đã “nhìn thấy” anh ta rơi qua chân mây buổi lễ, mà vì ánh sáng từ anh ta đi tới bạn đã bị lệch đỏ sang những bước sóng dài đến mức nó mau lẹ vượt ra khỏi phổ chứng kiến. Sự lệch đỏ này không giống lắm với những thiên hà ở xa đang lùi ra xa có ánh sáng bị chuyển dịch Doppler. Giờ thì có thêm một tác động nữa do sự chậm đi của thời gian ở gần chân mây buổi lễ khiến cho ánh sáng hiện ra trước bạn có tần số thấp hơn &, do vậy, bước sóng, bị lệch đỏ, dài hơn. Bên cạnh đó, nhà du hành đang rơi vào kia lại có định nghĩa rất khác về vận tốc thời gian trôi & tính được anh ta rơi vào lỗ đen mỗi lúc một nhanh.

___

7Từ những dòng ghi chú điều độ kiểu như dòng này.

 

Lỗ đen, lỗ sâu đục & cỗ máy thời gian
Jim Al-Khalili
Bản dịch của TVVL

<< Phần trước | Phần kế tiếp >>

Vui lòng ghi rõ “Nguồn Thuvienvatly.com” khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận nội dung mới qua thư điện tử

By ads_law

Trả lời