Những thứ kỳ diệu bậc nhất trong vũ trụ

Theo Space, có lẽ tính phổ quát của các định luật, lý thuyết là điều tuyệt vời nhất về vũ trụ. Chỉ cần vài phương trình ít ỏi gói gọn trong tờ A4 là có thể giải thích được nhiều hiện tượng, từ khởi nguồn với vụ nổ Big Bang đến tương lai. Dưới đây là 3 yếu tố trong vật lý hiện đại góp phần giải mã các ẩn số trong vũ trụ.

Lực hấp dẫn

Lý thuyết tương đối rộng của Albert Einstein giải thích bản chất lực hấp dẫn là vật chất, năng lượng uốn cong không thời gian và ngược lại. Để miêu tả rõ ràng sự uốn cong, di chuyển, cần đến 10 phương trình. Bản thân những phương trình đó cũng chứa đựng sức mạnh to lớn.

Nếu xét trong hệ quy chiếu nhỏ với trọng lực yếu hơn, các phương trình của Einstein sẽ giảm xuống thành biểu thức quen thuộc của định luật hấp dẫn Newton, vốn dùng để giải thích mọi thứ từ quỹ đạo ném của một quả bóng đến đập thủy điện.

Các phương trình, biểu thức của Einstein và Newton có giá trị ở những môi trường khác nhau. Ảnh: Astrocony.

Nếu mở rộng hệ quy chiếu ra ngoài Trái Đất, định luật của Einstein lại có ích hơn. Các phương trình thuyết tương đối cung cấp định vị chính xác cho hệ thống GPS và dự đoán chuẩn xác quỹ đạo tất cả hành tinh.

Cũng chính những phương trình đó đã cho thấy sự tồn tại và hoạt động của lỗ đen. Ngoài ra, còn là phát triển của những cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ, sự hiện diện của vật chất tối bên trong thiên hà và trong chính vụ nổ Big Bang.

Chỉ 10 phương trình, trải dài cả không gian và thời gian, cho thấy ngay từ đầu tuổi đời vũ trụ là hữu hạn.

Năng lượng hạt nhân

Khi các nhà vật lý bắt đầu khám phá ra bí mật hạt nhân vào những năm 1940, họ không hề biết rằng mình sẽ vén màn bí ẩn phức tạp nhất trong giới thiên văn học: cách các ngôi sao hoạt động.

Trước đó, thông qua ngành địa chất và cổ sinh vật học, giới khoa học biết rằng Trái Đất đã tồn tại hàng tỷ năm. Tuy nhiên, bằng những lý thuyết vật lý đã có, họ không sao giải thích được nguồn năng lượng khổng lồ của Mặt Trời đến từ đâu để tỏa nhiệt hàng tỷ năm như thế.

Dù nỗ lực cách mấy, họ đều thất bại trong việc tìm lời giải. Kể cả đáp án tốt nhất cũng chỉ giải thích được nguyên nhân tỏa nhiệt của ngôi sao này trong vài triệu năm.

Suốt thời gian dài, giới khoa học không sao giải thích được nguồn năng lượng khổng lồ của Mặt Trời đến từ đâu. Ảnh: Steemit.

Nhưng vật lý hạt nhân đã mở ra cánh cửa hoàn toàn mới. Khi các nhà vật lý tìm ra điều kiện cần thiết để kích thích phản ứng tổng hợp hạt nhân (áp suất cao, nhiệt độ và mật độ cao), họ nhận ra những điều kiện như vậy không phải luôn do con người tạo ra (như bên trong bom hạt nhân và lò phản ứng). Có thể, chúng được tìm thấy trong tự nhiên: bên trong lõi ngôi sao.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân của hydro đã giải thích cách các ngôi sao tự cung cấp năng lượng trong hàng tỷ năm. Các phương trình mà giới vật lý sử dụng để hiểu quá trình đó cũng dùng để chuyển hóa phản ứng hạt nhân thành năng lượng sử dụng được.

Từ những nguyên tử nhỏ nhất đến ngôi sao lớn nhất, vật lý hạt nhân - nhân tố tương đối mới trong thế giới vật lý - đã hợp nhất vũ trụ theo cách đầy ngạc nhiên.

Các định luật chuyển động

Nhưng chúng ta không cần dùng các phương trình khó hiểu như thế, hoặc các tính toán phản ứng hạt nhân đầy phức tạp để tìm hiểu tính phổ quát của vật lý. Nó có thể đơn giản và dễ hiểu như một vụ tai nạn xe hơi.

Khi hai phương tiện va chạm, định luật bảo toàn năng lượng và động lượng được áp dụng: tổng năng lượng, động lượng trước khi va chạm phải bằng tổng năng lượng, động lượng sau va chạm. Bằng những định luật đơn giản này, người ta có thể dựng lại hiện trường vụ tai nạn, tìm xem ai có lỗi và lý do dẫn đến sự việc.

Tinh vân Carina giữa các vì sao và bụi. Ảnh: Photorator.

Xe hơi không phải thứ duy nhất trong vũ trụ va chạm với nhau.

Từ va chạm của các ngôi sao, thiên hà hợp nhất đến trộn lẫn của những đám mây khí, tất cả đều có sự góp mặt của định luật này. Hầu hết bài báo về thiên văn học, vật lý đều đề cập đến bảo toàn năng lượng và đồng lượng. Giới khoa học dùng những nguyên tắc này để khám phá mọi thứ trong vũ trụ.

Tại sao đám mây khí đó tỏa năng lượng? Tại sao ngôi sao neutron đó thay đổi tốc độ quay? Điều gì sẽ xảy ra khi những thiên hà đó va chạm? Tất cả đều do bảo tồn năng lượng và động lượng.

Đại Việt

Space