Lỗ đen - khái niệm và những vấn đề xoay quanh

[photodecor]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Phần 1: Từ hiện thực đến Khái niệm





Lỗ đen, hay hố đen, là một vùng trong không gian có trường hấp dẫn lớn đến mức lực hấp dẫn của nó không để cho bất cứ một dạng vật chất nào, kể cả ánh sáng thoát ra khỏi mặt biên của nó (chân trời sự kiện), trừ khả năng thất thoát vật chất khỏi lỗ đen nhờ hiệu ứng đường hầm lượng tử. Vật chất muốn thoát khỏi lỗ đen phải có vận tốc thoát lớn hơn vận tốc ánh sáng trong chân không, mà điều đó không thể xảy ra trong khuôn khổ của lý thuyết tương đối, ở đó vận tốc ánh sáng trong chân không là vận tốc giới hạn lớn nhất có thể đạt được của mọi dạng vật chất.(trích wiki)



Khái niệm lỗ "đen" trở thành thông dụng vì từ đó ánh sáng không lọt được ra ngoài, nhưng thực ra lí thuyết về lỗ đen không nói về một loại "lỗ" nào mà nghiên cứu về những vùng mà không có gì có thể lọt ra được. Lỗ đen không biểu hiện như những ngôi sao sáng bình thường, mà chúng chỉ được quan sát gián tiếp qua sự tương tác trường hấp dẫn của lỗ đen đối với không gian xung quanh.(trích wiki)





Lý thuyết về lỗ đen là một trong những lý thuyết vật lí hiếm hoi, bao trùm mọi thang đo khoảng cách, từ kích thước cực nhỏ (thang Planck) đến các khoảng cách vũ trụ rất lớn, nhờ đó nó có thể kiểm chứng cùng lúc cả thuyết lượng tử lẫn thuyết tương đối. Sự tồn tại của lỗ đen được dự đoán bởi lý thuyết tương đối rộng. Theo mô hình thuyết tương đối rộng cổ điển, không một vật chất hay thông tin nào có thể thoát ra khỏi lỗ đen để tới tầm quan sát bên ngoài được. Tuy nhiên, các hiệu ứng của cơ học lượng tử, không có trong thuyết tương đối rộng cổ điển, có thể cho phép vật chất và năng lượng bức xạ ra khỏi lỗ đen. Một số lý thuyết cho rằng bản chất tự nhiên của bức xạ không phụ thuộc vào những thứ đã rơi vào trong lỗ đen trong quá khứ, nói cách khác lỗ đen xóa sạch mọi thông tin quá khứ, hiện tượng này được gọi là nghịch lý thông tin lỗ đen. Nghịch lý này dần bị các lý thuyết mới đây loại bỏ và cho rằng thông tin vẫn được bảo toàn trong lỗ đen.



Từ năm 1964, khi ngôi sao "tàng hình" Cygnus X-1 của một hệ sao đôi nằm cách Trái Đất 8.000 ly trong chòm sao Thiên Nga được coi là chòm sao đầu tiên, chứng minh cho sự tồn tại của lỗ đen, các lỗ đen khác không chỉ được phát hiện trong Ngân Hà mà còn ở nhiều thiên thể khác. Lỗ đen không chỉ là những "xác chết" của những sao có khối lượng lớn hơn 1,4 MSun symbol.svg, khi chúng bùng nổ thành các siêu tân tinh trong phạm vi các thiên hà, mà hiện nay nhiều ý kiến cho rằng, tất cả các thiên hà đều chứa một lỗ đen siêu lớn trong vùng (From homepage HAS)



"Bề mặt" của lỗ đen được gọi là chân trời sự kiện, đó là một bề mặt ảo xung quanh lỗ đen. Stephen Hawking đã sử dụng định lý Gauss-Bonnet để chứng minh rằng hình học tô pô của chân trời sự kiện của một lỗ đen (bốn chiều) là một hình cầu. Tại chân trời sự kiện, vận tốc thoát chính bằng vận tốc ánh sáng. Do đó, bất kỳ vật gì, kể cả photon bên trong chân trời sự kiện đều không thể thoát khỏi chân trời sự kiện đó vì trường hấp dẫn quá mạnh của lỗ đen. Các hạt bị rơi vào lỗ đen sẽ không thể thoát ra được.



Theo lý thuyết tương đối rộng cổ điển, các lỗ đen có thể hoàn toàn được đặc trưng bởi ba thông số: khối lượng, mô men động lượng và điện tích. Nguyên lý này đã được John Wheeler tóm tắt trong câu nói "lỗ đen không có tóc".



Các vật thể chuyển động trong trường hấp dẫn thì thời gian sẽ bị chậm đi được gọi là sự giãn nở của thời gian. Điều này đã được chứng minh bằng thực nghiệm trong một thí nghiệm phóng tên lửa do thám vào năm 1976 [1], và được tính đến trong Hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Gần chân trời sự kiện, sự giãn nở thời gian xảy ra rất nhanh. Đối với một người quan sát từ bên ngoài thì họ sẽ đợi một khoảng thời gian vô tận để quan sát vật thể khi vật thể đến gần chân trời sự kiện vì ánh sáng từ vật thể bị dịch chuyển vô hạn về phía đỏ.



Xem tiếp

Phần 2 Điểm kỳ dị -- ---- Page 1 #2

Phần 3 Đi vào một lỗ đen và Lỗ đen quay --- Page 1 #3

Phần 4 Entropy và bức xạ Hawking -- Page 1 #4



Cộng đồng teen Vật lý (teenvatly.info)

Thành viên HAS tổng hợp