NOBEL VẬT LÝ 2020

 

 

 

  

 2B

NOBEL VẬT LÝ 2020

 

 

    

 

 

 

Ba nhà vật lý sau đây được nhận giải Nobel Vật lý 2020 vì những phát hiện của họ về một hiện tượng kỳ lạ nhất trong vũ trụ là lỗ đen (Black hole - BH):

-Roger Penrose chứng minh rằng BH là hệ quả trực tiếp của GR (General relativity)

-Reinhard Genzel & Andrea Ghez phát hiện một vật thể không nhìn thấy được rất nặng điều khiển quỹ đạo các sao tại trung tâm thiên hà của chúng ta tức Ngân hà (Milky Way). Vật thể đó chỉ có thể là một BH siêu nặng.

 

Penrose đã sáng tạo ra những phương pháp toán học thần kỳ để khai thác GR của Einstein . Ông chứng minh  rằng GR sẽ dẫn đến BH, quái vật này nuốt mọi vật thể rơi vào nó kể cả ánh sáng .

Reinhard Genzel & Andrea Ghez lãnh đạo hai nhóm vật lý nghiên cứu vùng trung tâm Ngân hà từ năm 1990  . Với độ chính xác cao họ đã ghi đo được quỹ đạo các sao ở vùng trung tâm Ngân hà . Cả hai nhóm đã phát hiện một vật thể không nhìn thấy được điều khiển các sao chung quanh chuyển động quanh nó.Khối lượng vật thể này khoảng 4 triệu lần khối lượng mặt trời .Đây phải là một lỗ đen siêu nặng  .

 

Một đột phá của lý thuyết Einstein         

 

Ngay bản thân Einstein cũng không tin vào sự tồn tại của BH. Song sau 10 năm khi Einstein mất Penrose lại chứng minh rằng BH tồn tại và mô tả chúng . Tại tâm của BH là một kỳ dị  tại đó các định luật của vũ trụ không còn đúng nữa . Penrose đã sáng tạo các phương pháp toán học mới để nghiên cứu BH. Công trình công bố năm 1965 được xem là cống hiến lớn nhất vào GR.

 

Nhà thiên văn Đức Karl Schwarzschild đã tìm ra lời giải phương trình Einstein. BH được bao bọc bởi một chân trời sự cố . Lỗ đen núp kín sau chân trời sự cố .

 

Mặt bẫy (Trapped surfaces ) giải quyết  bài toán

 BH có thể được hình thành trong những điều kiện thực tế chăng ?

Penrose giải quyết vấn đề này vào năm 1964 . Một ý tưởng đã lóe lên trong tư duy của Penrose :ý tưởng đó là các mặt bẫy (trapped surfaces) , ý tưởng này là chìa khóa cần thiết để mô tả BH (xem hình 1).

Các mặt bẫy buộc các tia hội tụ vào tâm . Sử dụng các mặt bẫy Penrose chứng minh được rằng BH luôn chứa đựng một điểm kỳ dị , ở đấy kết thúc không thời gian . Các mặt bẫy trở thành một khái niệm trung tâm trong chứng minh định lý kỳ dị của Penrose . Các ý tưởng topo của Penrose hiện nay là rất quan trong cho việc nghiên cứu vũ trụ cong.

 

Một khi vật chất co sụp lại và các mặt bẫy hình thành thì không điều gì có thể ngăn cấm quá trình co (collapse) của vật chất.

Đồng dạng không gian biến thành đồng dạng thời gian và mọi vật đều tiến đến điểm kỳ dị .

 

Mặc dầu không nhìn thấy BH song người ta có thể nghiên cứu nó bằng cách quan sát những vật chung quanh đang chịu tác động hấp dẫn lớn của BH.

Reinhard Genzel & Andrea Ghez (lãnh đạo hai nhóm riêng biệt ) đã nghiên cứu trung tâm Ngân hà . Đó là một đĩa 100.000 năm ánh sáng  đường kính gồm khí , bụi  và vài trăm tỷ sao (Mặt trời là một trong số đó) (xem hình 2).

Nhiều vật thể che kín làm cho chúng ta khó quan sát mọi thứ trên đĩa và trung tâm Ngân hà .

Người ta sử dụng các kính viễn vọng hồng ngoại và công nghệ radio để quan sát đĩa Ngân hà và các sao trung tâm Ngân hà .Ghenzel & Ghez đã cải tiến nhiều để cuối cùng phát hiện một cách thuyết phục BH tại trung tâm Ngân hà.

Sau năm 1960 đã rõ là Sagittarius A* chiếm vùng trung tâm Ngân hà .

 

Genzel (Đức )sử dụng NTT (New Technology Telescope ,Chilie) và VLT (Very large Telescope , Chilie)

Ghez (Mỹ ) sử dụng trạm thiên văn Keck (Hawai )

Tuy đã sử dụng những  kính viễn vọng lớn song quan sát từ dưới một khí quyển dày khoảng 100 km là một việc khó khăn . Họ phải sử dụng thêm nhiều thiết bị khác (thin extra mirror +sensitive digital sensors) để tăng độ chính xác lên nghìn lần .

                           Hình 1

Trên hình 1 ta có mặt bẫy hay diện tích bẫy là mặt sự cố ngăn cách ranh giới một vật chỉ có thể đi vào lỗ đen mà không có đường thoát khỏi  lỗ đen,

 

 

 

             

                                                                Hình 2

Trên hình 2 ta có

1/ Một số quỹ đạo các sao trong vùng lân cận của Sagittarius A* tai trung tâm Ngân hà

2/ Các nhà thiên văn ghi được quỹ đạo của sao S2 gần Sagittarius (1000 triệu km)

3/ S2 tiệm cận Sagittarius với vận tốc 7000km/s

4/ Vận tốc S2 tăng và giảm khi tiệm cận và rời xa Sagittarius

 

KẾT LUẬN

 

Nobel Vật lý 2020 có thể nói là đánh dấu một đột phá của lý thuyết tương đối rộng Einstein .Nhiều thập kỷ đã qua người ta càng thấy GR (General Relativity ) của Einstein càng đúng một cách kỳ diệu.

Làm thế nào mà từ GR chứng minh là tồn tại BH (Lỗ đen ) bằng lý  thuyết ? Thật là một bài toán lý thuyết vô cùng khó khăn cao siêu!

Penrose đã làm được điều đó nhờ những công cụ topo trong đó mặt bẫy (trapped surfaces ) là yếu tố quan trọng.

Hơn nữa cuộc đột phá này còn được đánh dấu bởi một phát hiện quan trọng :

Reinhard Genzel & Andrea Ghez đã phát hiện được một lỗ đen siêu nặng tại tâm Ngân hà ( vùng SagittariusA*). Như  vậy về lý thuyết cũng như thực nghiệm GR được kiểm nghiệm một cách chính xác một lần nữa .

Có thể nói GR của Einstein là một lý thuyết kỳ diệu !

 

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nobel org. Physics 2020 Advanced information

[2] Nobel org. Physics 2020 Popular Information

[3] Nobel org. Physics 2020 Press release