Từ khóa tìm kiếm
- vũ trụ học khó hiểu
- những điều chưa biết về lỗ đen
- đã biết gì về lỗ đen
- sóng hấp dẫn quan sát được gì
- bên trong Trái Đất không quan sát trực tiếp được
- vật chất tối năng lượng tối chưa có lời giải
- khoa học quan sát trực tiếp quan sát gián tiếp dự đoán lý thuyết
- cố lên NASA
1. Sao riêng vũ trụ học lại khó thuyết phục đến vậy?
Logic thông thường và vật lý quanh ta thì mình thấy khá dễ hiểu.
Thả vật ra thì nó rơi xuống. Đẩy thì nó chuyển động. Chạm vào thứ nóng thì thấy nóng. Lặn sâu dưới nước thì áp suất tăng. Ở tâm Trái Đất, hướng của lực hấp dẫn triệt tiêu nhau, nhưng áp suất thì cực lớn từ mọi phía.
Mấy chuyện này, trực giác và lý thuyết khớp với nhau khá ổn.
Nhưng cứ đến chuyện vũ trụ là bỗng nhiên thấy khó tin.
Lỗ đen. Sóng hấp dẫn. Không-thời gian bị uốn cong. Vật chất tối. Năng lượng tối. Vũ trụ giãn nở. Điểm kỳ dị.
Đến đây là muốn hỏi: "Khoan, mấy cái này người ta biết thật à?"
Mình nghĩ đây là kiểu nghi ngờ khá lành mạnh.
Vũ trụ học không phải sản phẩm hoàn thiện mà cái gì cũng đã rõ ràng gọn gàng.
Có những phần được hiểu rất chắc, và có những phần thật sự vẫn chưa hiểu, trộn lẫn vào nhau.
Vì vậy, điều quan trọng không phải là xử lý khoa học vũ trụ bằng kiểu "tin hay không tin" qua loa.
Điều đã quan sát trực tiếp. Điều được suy ra khá chắc từ bằng chứng gián tiếp. Điều lý thuyết dự đoán là sẽ xảy ra như vậy. Điều vẫn chưa biết.
Quan trọng là tách bốn thứ này ra.
Không tách mà nói "biết hết rồi" thì thành kiểu "khoa học khỉ" khá ẩu (kiểu giả khoa học, nói như đúng rồi mà không có căn cứ).
2. Chỉ riêng cái tên "lỗ" của lỗ đen đã gây rối từ đầu
Cái tên "lỗ đen" rất dễ gây hiểu lầm.
Ta cứ tưởng tượng ra một khoảng trống bị khoét vào đâu đó, như lỗ của chiếc bánh donut hay lỗ mũi.
Nhưng NASA mô tả lỗ đen không phải là một cái lỗ theo nghĩa thật sự, mà là một lượng vật chất khổng lồ bị nén vào không gian rất nhỏ. Bên trong chân trời sự kiện (ranh giới đã vượt qua là không quay lại được), lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thoát ra được.
Nói cách khác, thay vì "cái lỗ khoét trong vũ trụ", lỗ đen gần với
vùng mà lực hấp dẫn mạnh đến nỗi không còn đường nào quay ra bên ngoài.
Nếu so với Dragon Ball (bộ manga và anime nổi tiếng của Nhật), điểm xuất phát "hành tinh của Đại Vương Kaio, nơi trọng lực rất mạnh" cũng khá hợp lý.
Nhưng lỗ đen không chỉ là phiên bản nâng cấp của hành tinh Kaio, mà còn nguy hiểm hơn một bậc.
- Hành tinh Kaio: trọng lực mạnh, nhưng cố gắng thì vẫn cử động được và vẫn về được
- Lỗ đen: một khi vượt qua ranh giới, ngay cả ánh sáng cũng không quay lại được
- Hành tinh Kaio: nơi tu luyện
- Lỗ đen: nhà tù của vũ trụ, nơi lối ra đã biến mất
Vì vậy, lỗ đen giống trạng thái mà theo quy luật vật lý thì đường về đã biến mất hơn là một cái "lỗ".
3. "Bị kéo thành sợi mì Ý" chưa từng được quan sát trực tiếp trên con người
Người ta nói rơi vào lỗ đen thì sẽ bị kéo dài ra như sợi mì Ý.
Nhưng ở chỗ này cũng đừng làm ra vẻ biết quá nhiều.
Chưa ai quay được cảnh một người rơi vào lỗ đen rồi bị kéo dài như sợi mì.
Dĩ nhiên là chưa quan sát được.
Căn cứ của hiện tượng này chủ yếu là lý thuyết lực thủy triều, cùng những quan sát có thể diễn giải là một ngôi sao bị xé toạc khi đến gần lỗ đen.
Lực thủy triều là lực sinh ra do lực hấp dẫn ở phía gần và phía xa của một vật có độ mạnh khác nhau.
Ví dụ, nếu rơi chân xuống trước, chân ở gần lỗ đen hơn. Nên chân bị kéo mạnh hơn. Đầu bị kéo yếu hơn một chút.
Chênh lệch đó làm cơ thể bị kéo dài theo chiều dọc. Đồng thời bị ép lại theo chiều ngang.
Đó là hình dung cơ bản về hiện tượng này.
Tuy vậy, ở đây cần sắp xếp lại cho rõ.
- Vật bị kéo dài do chênh lệch hấp dẫn: về mặt lý thuyết khá chắc chắn
- Ngôi sao có vẻ bị xé toạc gần lỗ đen: đã quan sát được
- Hình ảnh một người thật sự bị kéo thành sợi mì: chưa từng quan sát trực tiếp
- Rốt cuộc chuyện gì xảy ra bên trong chân trời sự kiện: vẫn còn phần chưa biết
NASA cũng giải thích rằng chuyện gì xảy ra với vật chất sau khi vượt qua chân trời sự kiện thì vẫn còn phần chưa được biết chính xác.
Trộn hết mấy thứ này rồi nói "biết hết rồi" thì hơi ẩu.
Mình nghĩ cách nói trung thực nhất là thế này.
Ở gần lỗ đen, lực thủy triều được dự đoán sẽ kéo dài vật thể, và có những quan sát có thể diễn giải là một ngôi sao thật sự bị xé toạc. Nhưng chưa ai quan sát trực tiếp việc một cơ thể cỡ con người bị kéo dài như vậy, và bên trong lỗ đen vẫn còn những phần chưa có lời giải.
Mức độ này là vừa đẹp.
4. Ở tâm Trái Đất, lực hấp dẫn triệt tiêu, nhưng áp suất thì thuộc hàng cao nhất
Nói đến lực hấp dẫn thì có một thắc mắc tự nhiên nảy ra.
Trên Trái Đất, vật bị kéo về phía tâm Trái Đất. Vậy nếu đứng ngay tại tâm thì sao?
Kết luận: trong mô hình gần đối xứng cầu, gia tốc trọng trường ở tâm Trái Đất gần như bằng không.
Vì xung quanh theo mọi hướng đều là vật chất của Trái Đất.
Bị kéo từ bên phải. Bị kéo từ bên trái. Bị kéo từ trên xuống và từ dưới lên.
Nếu hoàn toàn đối xứng thì các lực kéo đó triệt tiêu nhau.
Nhưng điều quan trọng ở đây là
lực hấp dẫn gần bằng không không có nghĩa là an toàn.
Ở tâm Trái Đất, áp suất cực kỳ lớn từ mọi phía.
Dù hướng của lực hấp dẫn triệt tiêu nhau, áp suất do sức nặng của vật chất bên trên vẫn tích tụ dần.
Vì vậy tâm Trái Đất là như thế này:
- Gia tốc trọng trường: gần bằng 0 ở tâm
- Áp suất: thuộc hàng cao nhất
- Nhiệt độ: rất cao
- Con người: chết ngay lập tức
Có thể nói là "trông như không trọng lượng, nhưng thực ra là địa ngục bị ép từ mọi phía bởi sức nặng của cả một hành tinh".
5. Bên trong Trái Đất cũng không được nhìn thấy trực tiếp
Điều này cũng quan trọng.
Nhân loại chưa từng đi đến tâm Trái Đất để nhìn tận mắt bên trong.
Kiến thức về bên trong Trái Đất chủ yếu được suy ra bằng cách kết hợp sóng địa chấn, trọng lực, từ trường, dòng nhiệt, thí nghiệm với đá và chuyển động của Trái Đất.
USGS (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ) cũng giải thích rằng thông tin hiện nay về bên trong Trái Đất đến từ đường đi và đặc điểm của sóng địa chấn, các thí nghiệm với đá và khoáng vật ở nhiệt độ và áp suất cao, cùng trọng lực, từ trường và dòng nhiệt của Trái Đất.
Tức là, với bên trong Trái Đất cũng vậy,
không phải là đã nhìn thấy trực tiếp. Nhưng nhiều bằng chứng gián tiếp khớp với nhau rất mạnh.
Đó là tình trạng hiện nay.
Không thể nói "không thấy trực tiếp thì toàn là bịa".
Nhưng nói như thể đã thấy trực tiếp cũng không đúng.
Ở đây cũng vậy, cần tách quan sát trực tiếp, quan sát gián tiếp và suy luận lý thuyết.
6. Sóng hấp dẫn nhìn được vũ trụ, vậy sao không chụp cắt lớp CT bên trong Trái Đất được?
Nếu sóng hấp dẫn cho ta nhìn thấy vũ trụ, thì chẳng lẽ không nhìn được cả lực hấp dẫn bên trong Trái Đất sao?
Thắc mắc này rất tự nhiên.
Nhưng sóng hấp dẫn và trường hấp dẫn của Trái Đất là hai loại khác nhau.
Sóng hấp dẫn là những gợn sóng của không-thời gian sinh ra từ các hiện tượng dữ dội như sự hợp nhất của hai lỗ đen.
LIGO (đài quan sát sóng hấp dẫn của Hoa Kỳ) đã công bố rằng vào ngày 14 tháng 9 năm 2015, lần đầu tiên họ phát hiện trực tiếp sóng hấp dẫn đến từ vụ hợp nhất của hai lỗ đen.
Đó là chuyện "không-thời gian rung lên ở nơi xa xôi trong vũ trụ, và cơn rung ấy truyền đến Trái Đất".
Còn lực hấp dẫn bên trong Trái Đất về cơ bản là một trường hấp dẫn tĩnh.
Nó không phải thứ bay đến dưới dạng sóng.
Tất nhiên, trường hấp dẫn của Trái Đất vẫn được đo.
GRACE-FO của NASA/JPL là sứ mệnh đo những thay đổi của trường hấp dẫn Trái Đất để theo dõi sự dịch chuyển của nước và thay đổi khối lượng trên bề mặt.
Nhưng không có nghĩa là nhờ đó chụp cắt lớp CT bên trong Trái Đất gọn gàng được.
Chỉ dùng lực hấp dẫn thì thông tin bị trộn lẫn.
Dù từ mặt đất hay vệ tinh biết được "chỗ này hấp dẫn mạnh hơn một chút", thì chỉ với dữ liệu hấp dẫn rất khó xác định ngay đó là chênh lệch mật độ ở lớp nông, cấu trúc ở sâu, nước ngầm, băng hay lớp manti.
Vì vậy, muốn nhìn bên trong Trái Đất cần kết hợp lực hấp dẫn với sóng địa chấn, từ trường, thí nghiệm với đá, mô hình số, v.v.
Tóm lại:
Nhìn vũ trụ bằng sóng hấp dẫn → Phát hiện những rung động dữ dội của không-thời gian.
Nhìn lực hấp dẫn bên trong Trái Đất → Đo độ không đều của trường hấp dẫn yên tĩnh do sự phân bố khối lượng tạo ra.
Tạo hình ảnh hoàn chỉnh bên trong Trái Đất → Hiện chưa làm được. Thông tin bị trộn lẫn nên phải kết hợp với sóng địa chấn và các dữ liệu khác.
Sắp xếp lại là như vậy.
7. Vũ trụ là sự trộn lẫn giữa "phần đoán trúng" và "phần chưa biết"
Có lẽ đây là lý do vũ trụ học khó thuyết phục.
Khoa học vũ trụ đoán trúng khá nhiều.
Sóng hấp dẫn đã được phát hiện. Bóng của lỗ đen đã được chụp ảnh. Thuyết tương đối rộng đã trụ vững trước rất nhiều quan sát. Bên trong Trái Đất cũng được suy ra khá chắc từ sóng địa chấn và các bằng chứng khác.
Mặt khác, những điều chưa biết cũng khổng lồ.
Vật chất tối được cấu tạo từ gì? Năng lượng tối là gì? Bên trong lỗ đen xảy ra chuyện gì? Điểm kỳ dị có thật sự tồn tại về mặt vật lý không? Lực hấp dẫn và cơ học lượng tử sẽ được thống nhất thế nào? Nên xử lý khởi đầu của vũ trụ như thế nào?
ESA (Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) giải thích rằng vật chất thông thường chỉ là một phần rất nhỏ của vũ trụ, và hơn 95% khối lượng và năng lượng của vũ trụ là vật chất tối và năng lượng tối. Còn về vật chất tối, họ nói vẫn chưa biết nó được cấu tạo từ gì.
Điều này khá lớn.
Nói cách khác, vũ trụ học hiện đại đang ở trạng thái:
Đoán trúng khá nhiều. Nhưng không phải đáp án cuối cùng. Và nhân loại vẫn chưa biết phần lớn vũ trụ.
Cho nên cảm thấy "chỉ riêng lời giải thích về vũ trụ là không thuyết phục" thì chẳng có gì lạ.
Ngược lại, mình nghĩ cảm thấy khó chịu khi người ta làm như hiểu cả những phần chưa có lời giải mới là chuyện tự nhiên.
8. Nhìn khoa học bằng cách phân loại, không phải bằng niềm tin
Hỏi "tin khoa học hay không tin" thì hơi thô.
Điều quan trọng là phân loại xem điều mình đang nghe thuộc cấp độ nào.
| Cấp độ | Nội dung | Ví dụ |
|---|---|---|
| Quan sát trực tiếp | Thực sự phát hiện, chụp ảnh hoặc đo được | Phát hiện sóng hấp dẫn, chụp ảnh bóng quanh lỗ đen |
| Quan sát gián tiếp | Suy ra khá chắc từ kết quả | Cấu trúc bên trong Trái Đất, hành vi của vật chất quanh lỗ đen |
| Dự đoán lý thuyết | Công thức dự đoán sẽ như vậy | Bị kéo thành sợi mì, lực hấp dẫn triệt tiêu ở tâm |
| Chưa giải quyết | Vẫn chưa biết | Bên trong lỗ đen, bản chất vật chất tối, hấp dẫn lượng tử |
Có sẵn bảng này trong đầu thì nghe chuyện vũ trụ nhẹ nhõm hơn nhiều.
"Cái đó có nhìn thấy trực tiếp không?" "Có phải quan sát gián tiếp không?" "Có phải dự đoán lý thuyết không?" "Hay là vẫn chưa biết?"
Cứ phân loại như vậy là được.
Không cần nghi ngờ tất cả. Nhưng cũng không cần tin tất cả.
Phần đã biết thì là đã biết. Phần chưa biết thì là chưa biết.
Vậy là đủ.
9. Kết luận: vũ trụ khó thuyết phục không phải vì thế giới bị lỗi, mà vì lời giải thích của nhân loại vẫn đang dang dở
Vũ trụ không giống một cỗ máy được tạo ra vì mục đích nào đó.
Lỗ đen cũng không giống thứ được đặt ở đó vì mục đích gì, mà giống hiện tượng xuất hiện khi các quy luật của hấp dẫn, khối lượng và không-thời gian được đẩy đến giới hạn.
Vì vậy nếu nghĩ "nó tồn tại để làm gì", chắc là đầu sẽ bị đơ.
Vũ trụ là thế giới giải thích bằng điều kiện, không phải bằng mục đích.
Khi đủ điều kiện, ngôi sao hình thành. Khi đủ điều kiện, ngôi sao sụp đổ. Khi đủ điều kiện, thành lỗ đen. Khi đủ điều kiện, sóng hấp dẫn phát ra. Khi đủ điều kiện, ta quan sát được.
Nhưng quy luật căn bản đằng sau những điều kiện đó thì chưa phải cái gì ta cũng biết.
Vì thế, mình nghĩ đây là thái độ tốt nhất với vũ trụ học.
Phần đã biết thì thừa nhận đàng hoàng. Phần chưa biết thì nói là chưa biết. Không nói điều chưa quan sát như thể đã quan sát. Không biến dự đoán lý thuyết thành đức tin. Nhưng cũng không phủ nhận bừa những phần mà quan sát và tính toán khớp nhau.
Mình nghĩ đây là cách khá trung thực để sống cùng vũ trụ.
Vũ trụ, chẳng hiểu gì cả.
Nhưng chính vì chẳng hiểu nên mới thú vị.
Cố lên NASA ❤
- NASA Science, “Black Holes”
- NASA Science, “Black Hole Anatomy”
- NASA Science, “What Happens When Something Gets ‘Too Close’ to a Black Hole?”
- NASA JPL, “How Scientists Captured the First Image of a Black Hole”
- LIGO Caltech, “Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein’s Prediction”
- ESA, “The dark Universe”
- USGS, “The Interior of the Earth”
- NASA JPL, “GRACE-FO”
