Từ Trái Đất có thể nhìn thấy một bầu trời đầy sao sáng, nhưng tại sao ngoài thái không chúng lại biến mất? Bí mật gì của vũ trụ ẩn tàng đằng sau thiên không tối mênh mông? 

Chào mừng các bạn đến với Bí ẩn chưa được giải đáp cùng chúng tôi. Hôm nay chúng ta sẽ thảo luận về “bí mật đằng sau thiên không tối”.

Tin rằng ai cũng từng một lần nhìn lên thiên không, ngắm nhìn một bầu trời đầy sao về đêm. Cổ nhân Trung Quốc cũng phát triển chiêm tinh học, thông qua quan sát thiên tượng để phán đoán cát hung nơi thế gian. Rất nhiều người trên Trái Đất đương nhiên cũng nghĩ là, nếu chúng ta có thể bước ra ngoài thiên không, không còn bị ngăn trở che lấp bởi tầng khí quyển, thì bầu trời đầy sao hẳn sẽ càng sáng đẹp hơn. Nhưng sự thực lại không như vậy.  

Sau khi tàu vũ trụ Apollo của Mỹ đáp xuống Mặt Trăng, người ta không khỏi choáng váng khi nhìn thấy những bức ảnh do các phi hành gia gửi về. Ừm? Tại sao hậu cảnh của vũ trụ lại tối đen vậy? Tất cả những vì sao đi đâu mất? Chính vì lý do này, một số người hoài nghi, liệu Apollo đã thực sự từng hạ cánh trên Mặt Trăng hay chưa. Tuy nhiên, khi ngày càng có nhiều quốc gia tiến hành các chuyến du hành ra ngoài không gian, chụp lại những bức ảnh thiên không, thì người ta phát hiện ra rằng “tàu Apollo” thực sự đã bị nghi ngờ oan, thái không thực sự rất tối.

Bầu khí quyển đặc biệt

Vì sao trái lại từ Trái Đất chúng ta có thể nhìn thấy vô số các tinh cầu? Vì Trái Đất có bầu khí quyển. Khí quyển là một tầng hỗn hợp thể khí bao quanh Trái Đất, tùy theo cao độ khác nhau mà khí quyển chứa các nguyên tố khác nhau và cũng biểu hiện ra các đặc điểm khác nhau. Hiện tại người ta tin rằng khí quyển có thể được phân thành tầng đối lưu và tầng bình lưu. Máy bay mà chúng ta đang bay là ở tầng bình lưu, bởi vì khí quyển ở tầng này lưu động bình ổn hơn, mà nhân loại cũng có thể sử dụng tầng tăng ôn để thực hiện liên lạc vô tuyến sóng ngắn, giúp những người viễn cách trùng dương có thể liên lạc với nhau. Bên ngoài tầng lưu tán, mặc dù vẫn còn khí hiếm và các hạt cơ bản, nhưng nó thường được tính là thái không bên ngoài.

Bầu khí quyển là chiếc ô bảo hộ của con người, giúp con người chống lại các tia vũ trụ có hại và ngăn Trái Đất biến thành một thế giới hoang tàn như sao Hỏa. Bầu khí quyển này giống như một thấu kính khổng lồ, hoặc một trường dao thị khổng lồ, có khả năng phản xạ ánh sáng từ các ngôi sao xa xôi. Nói như vậy, một số khán giả sẽ đặt câu hỏi, kính viễn vọng Hubble lơ lửng trong không gian, và các phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, họ sao có thể chụp ảnh bầu trời đầy các tinh tú?

Đó là bởi vì chúng vẫn chưa thực sự rời khỏi bầu khí quyển của Trái Đất. Kính viễn vọng Thiên văn Hubble cách mặt đất 559 km và Trạm Vũ trụ Quốc tế hầu hết cách mặt đất khoảng 400km, không có trạm nào trong số chúng vượt quá tầng lưu tán. Nếu chúng thực sự vượt ra ngoài tầng lưu tán, thì ngoại trừ các ngôi sao của Hệ Mặt Trời, không có ngôi sao nào khác có thể chụp ảnh được. Các nhà khoa học nói rằng những bức ảnh gốc được tàu vũ trụ gửi về từ ngoài thái không nhìn sẽ hoàn toàn tối nếu chúng không được xử lý hậu kỳ. Tôi tin rằng lúc này mọi người sẽ có một dấu hỏi lớn trong tâm trí – Tại sao lại như vậy? Những ngôi sao đi đâu? Trước khi trả lời câu hỏi này, trước tiên chúng ta hãy nói về “Nghịch lý Albers”.

Nghịch lý Albers

“Nghịch lý Albers” được đề xuất bởi nhà thiên văn học người Đức Heinrich Wilhelm Matthäus Olbers vào năm 1823. Câu hỏi mà đương thời ông nghĩ là, tại sao bầu trời đêm không sáng? Vào thời điểm đó, người ta phổ biến tin rằng vũ trụ mà chúng ta có thể quan sát và cảm thức được là tĩnh chỉ bất động, to lớn vô hạn, và thời gian cũng là vô hạn. Albers đã suy luận rằng, nếu căn cứ trên điều này thì thiên không nên phải luôn sáng, bởi vì nó có thể được chứng minh bằng toán học rằng sẽ có vô số ngôi sao bao phủ mọi điểm trên bầu trời, và bất luận bạn ở đâu nhìn lên bầu trời thì đều phải có thể nhìn thấy một ngôi sao sáng, giữa các ngôi sao càng không thể có chỗ tối, và cả thiên không lẽ ra phải sáng lên cả vào đêm.

Tuy nhiên, sự thật cho chúng ta biết rằng không gian bên ngoài vũ trụ không phải là sáng mà tối đen như mực. Việc này được giải thích như thế nào? Chính Albers cũng tự mình đưa ra một giả thuyết, rằng vũ trụ không trong suốt, mà có những ngôi sao tối trong đó, chẳng hạn như hành tinh không phát sáng, bụi vũ trụ và khí vũ trụ, do bị cản trở nên ánh sáng từ khoảng cách cực xa chỉ có thể truyền đi một khoảng cách giới hạn và không thể tới được Trái Đất. Mắt người có thể nhìn thấy sự vật bởi vì mắt người cảm thụ được ánh sáng khả kiến, nếu ánh sáng không đến được Trái Đất thì tất nhiên nó sẽ không thể nhìn thấy được, do vậy xuất hiện khoảng đen.

Lý luận này nghe thì có vẻ hợp lý, nhưng các nhà vật lý học đã đứng ra phản đối. Họ nói rằng theo định luật đầu tiên của nhiệt động lực học – định luật bảo toàn năng lượng, những cái gọi là rào cản này, cụ thể là các hành tinh, bụi và các chất khác, cuối cùng sẽ bị đốt nóng, và sau đó chúng cũng sẽ trở thành các vật thể phát sáng. Điều này đưa chúng ta trở lại kết luận của nghịch lý: Bầu trời nên phải sáng.

Trong hơn một trăm năm kể từ khi “Nghịch lý Albers” được đưa ra, mọi người đã đau đầu với nó, cố gắng tìm ra một lời giải thích hợp lý, nhưng họ luôn đụng phải một bức tường. Mãi cho đến khi một nhà thiên văn học người Mỹ quan sát thấy một hiện tượng vũ trụ rất đặc biệt, nghịch lý này mới tìm ra lời giải thông. Nhà thiên văn học này là Edwin Powell Hubble nổi tiếng. Để vinh danh ông, kính viễn vọng Thiên văn Hubble được đặt theo tên của ông.

Định luật Hubble

Một trong những thành tựu lớn nhất của Hubble là khám phá ra “Định luật Hubble”. Ông thông qua quan trắc các tinh hệ, tốc độ những ngôi sao viễn ly Trái Đất và khoảng cách giữa chúng và Trái Đất mà so sánh. Định luật Hubble nói ngắn gọn là, một ngôi sao càng xa Trái Đất thì tốc độ nó di chuyển ra xa Trái Đất càng nhanh.

Vậy Hubble đã khám phá ra nó như thế nào? Ở đây chúng ta phải đề cập đến một khái niệm khác “Hiệu ứng Doppler.” Doppler là một nhà toán học và vật lý học ở Áo. Nhà vật lý học này, một lần khi đi ngang qua đường sắt thì vừa khớp có một đoàn tàu hỏa chạy ngang qua ông. Ông phát hiện khi tàu hỏa từ xa tiến lại gần thì tiếng còi biến to hơn, nhưng âm điệu biến thanh và cao; nhưng khi tàu hỏa từ gần mà chạy ra xa, thì tiếng còi biến nhỏ dần, nhưng âm điệu biến trầm và đục. Ông rất hứng thú đối với hiện tượng vật lý này, và tiến hành nghiên cứu, cuối cùng phát hiện, khi nguồn âm thanh ở xa người quan trắc mà tiến đến, thì bước sóng âm tăng lên và âm tần biến thấp, còn khi nguồn âm thanh gần người quan trắc mà đi ra xa, thì bước sóng âm giảm tiểu, âm tần biến cao.

Không chỉ đúng với âm thanh, “hiệu ứng Doppler” cũng khả dụng trong chuyển động của ánh sáng. Đồ hình này chính là một quang phổ, từ trên xuống dưới, bước sóng tăng từ nhỏ đến lớn. Đoạn nhỏ trong hình là ánh sáng khả kiến, có bước sóng trong phạm vi con người có thể nhìn thấy được. Ở đây tôi không thể không thở dài, so với toàn bộ dải quang phổ, phạm vi ánh sáng khả kiến quá nhỏ, những thứ mà mắt người có thể nhìn thấy được quá hữu hạn. Mắt người không thể nhìn thấy được sự tồn tại chân thực của vật chất trong vũ trụ này.

Chúng ta hãy tiếp tục nói về “hiệu ứng Doppler” của ánh sáng. Khi một ngôi sao di chuyển nhanh khỏi Trái Đất, bước sóng của ánh sáng mà nó phát ra sẽ tăng lên, và quang phổ sẽ di động về màu đỏ, các nhà thiên văn học gọi đó là “hồng di”. Ngược lại, khi một ngôi sao tiến nhanh đến gần Trái Đất, quang phổ sẽ di động về xanh lam. Bạn có thể tìm bản đồ thiên hà do kính viễn vọng thiên văn chụp và xử lý trên Internet, và bạn sẽ thấy rằng thiên hà càng viễn ly Trái Đất thì thiên hà càng có màu đỏ. Để thực hiện một phép so tương tự khác, chúng ta nhìn vào Mặt Trời lúc ban ngày và thấy rằng ánh sáng mà nó phát ra có màu trắng vàng, nhưng khi Mặt Trời sắp lặn, đi xa chúng ta, chúng ta sẽ thấy rằng ánh sáng của nó chuyển sang màu đỏ cam; càng lặn xa hơn, nó càng biến đỏ hơn, rồi đỏ sẫm… cho đến khi bạn không thể nhìn thấy nó.

Bằng cách quan sát tốc độ và hướng của các ngôi sao, Hubble nhận thấy rằng tất cả các ngôi sao đều đang di chuyển ra xa chúng ta. Ông nhận định rằng vũ trụ không tĩnh chỉ mà không ngừng giãn nở.

Lý do cho không gian tối

Những quan sát của Hubble về “sự giãn nở của vũ trụ” đã cho phép các nhà khoa học tìm ra câu trả lời cho “Nghịch lý Albers”. Theo giới khoa học hiện nay, vũ trụ được hình thành trong vụ nổ Big Bang và có 13,82 tỷ năm tuổi, sau đó nó không ngừng giãn nở ra. Nếu tại thời khắc xảy ra vụ nổ Big Bang, trong vũ trụ là một màu sáng trưng, sáng như bề mặt của một ngôi sao. Theo việc vũ trụ không ngừng giãn nở, khoảng cách giữa các ngôi sao càng ngày càng tăng lên. Các nghiên cứu hiện nay cho thấy vũ trụ đang giãn nở với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng, vì vậy ánh sáng từ nhiều thiên hà cổ xưa và xa xôi căn bản không có cơ hội đến được Trái Đất. Ngoài ra còn có vô số thiên hà mà, do sự bành trướng không ngừng của vũ trụ khiến tinh quang không ngừng tăng tốc về phía “hồng di”, rồi khi vượt qua một khoảng cách nhất định, ánh sáng này sẽ di chuyển ra ngoài vùng quang phổ khả kiến mà mắt người nhìn thấy được, khiến những ngôi sao này trở nên vô hình, không thể nhìn thấy được nữa.

Tất nhiên, đây đều là những suy luận và giải thích dựa trên “Thuyết vụ nổ lớn”. Thực ra có rất nhiều giả thuyết và suy đoán thú vị về sự ra đời của vũ trụ mà chúng tôi sẽ chia sẻ với các bạn trong thời gian tới.

Vũ trụ rộng lớn đến mức nào?

Hiện nay các nhà khoa học đã nhìn nhận một cách phổ biến rằng vũ trụ là hữu hạn, vậy vũ trụ này cuối cùng lớn đến mức nào? Hãy cùng xem một đoạn video.

Đây là đường kính của mặt trăng, 3.500 km. Đây là Trái Đất đáng yêu của chúng ta, có đường kính 13.000 km. Hành tinh lớn nhất trong hệ mặt trời, Sao Mộc, có đường kính 150.000 km. Mặt trời có đường kính 1.392.700 km – so với Mặt Trời, Sao Mộc vẫn là không là gì.

Nếu bạn nghĩ rằng Mặt Trời đã quá lớn, hãy tiếp tục nhìn lên, so với một số ngôi sao khác trong vũ trụ, Mặt Trời chỉ có thể được coi như một người em.

UY là một ngôi sao siêu khổng lồ màu đỏ có bán kính gấp 755 lần bán kính của Mặt Trời. Đến lúc này, chúng ta đã cần phải thay đổi đơn vị đo lường và áp dụng đơn vị ngày ánh sáng – tức là cự ly mà quang tốc chạy trong một ngày.

Đơn vị đo lường khoảng cách giữa các tinh hệ trở thành năm ánh sáng – tức là cự ly mà quang tốc chạy trong một năm, tương đương cự ly 9,460 tỷ km trong một năm ánh sáng. Ngôi sao gần Mặt Trời nhất cũng cách chúng ta 4,2 năm ánh sáng. 

Dải Ngân Hà, nơi đặt hệ Mặt Trời của chúng ta, có đường kính từ 100.000 năm ánh sáng đến 180.000 năm ánh sáng, với ước tính khoảng 100 đến 400 tỷ ngôi sao. Tuy nhiên, dải Ngân Hà chỉ là một giọt nước trong vũ trụ.

Điều này gợi nhớ đến hơn 2.500 năm trước, Thích Ca Mâu Ni đã giảng: Trong một hạt cát có ba nghìn đại thiên thế giới. Nếu bạn coi hệ Mặt Trời là một thế giới, thì những thứ này trông giống như những điểm sáng của những hạt cát to nhỏ bất đồng, trong mỗi một hạt cát lại bao hàm vô số thế giới. Thích Ca Mâu Ni đương thời làm thế nào mà biết được những điều này? Có lẽ ông đã  sớm nhìn thấy chân tướng của vũ trụ.

Một mạng lưới vũ trụ cự đại và dày đặc (Cosmic web). Và đây mới chỉ là trong cự ly 5,6 tỷ năm ánh sáng. Các nhà khoa học lấy Trái Đất làm trung tâm, hướng ra bốn phương tám hướng trong phạm vi tối viễn có thể quan trắc được, gọi là “Vũ trụ khả kiến”, thì phạm vi này là một hình cầu. Đường kính của hình cầu này hiện được cho là 92 tỷ năm ánh sáng.

Tuy nhiên, điều này không đại diện cho kích thước cuối cùng của vũ trụ. Marcus Chown, cựu nhà thiên văn học vô tuyến tại Viện Công nghệ California, nói rằng rìa của vũ trụ nhìn thấy nên là một khái niệm về “đường chân trời vũ trụ”, giống như đường chân trời trên biển. Khi mọi người nhìn ra biển, họ biết rằng xa hơn đường chân trời, vẫn còn có đại dương – nghĩa là, ngoài “đường chân trời vũ trụ”, còn có nhiều nữa, thậm chí là vô tận các thiên hà.

Một họa diện gây sốc như vậy khiến người ta kính phục, và cảm thấy con người thật nhỏ bé và thấp kém trong vũ trụ bao la. Mọi người không thể không nghĩ đến câu nói nổi tiếng của Newton, được mệnh danh là “cha đẻ của khoa học hiện đại” và một câu chuyện thú vị về ông.

Giai thoại về Newton

Newton là một nhà khoa học vĩ đại, nhưng cũng là một người tín Thần kiền thành. Khi xuất bản kiệt tác khoa học “Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên”, ông đã viết một đoạn, đại ý nói, toàn bộ vũ trụ là tận cùng hoàn mỹ, nó chỉ có thể là kiệt tác của Sáng Thế Chủ vĩ đại.

Tuy nhiên, Halley, một người bạn của Newton, người phát hiện ra sao chổi Halley, đã bác bỏ nó, cho rằng không có Thần. Một ngày nọ, ông đến thăm nhà Newton và thấy nhà Newton có mô hình Hệ Mặt Trời với Mặt Trời mạ vàng ở trung tâm, các hành tinh xung quanh được sắp xếp có trật tự, khi kéo tay cầm thì các hành tinh ngay lập tức chuyển động có trật tự, theo quỹ đạo.

Sau khi Halley nhìn thấy nó, ông ấy đã hết lời khen ngợi, và hỏi Newton một cách thản nhiên, ai đã làm ra cái này? Newton trả lời rằng không ai tạo ra nó, nó tự được tổ hợp thành từ các chủng các loại linh kiện khác nhau một cách ngẫu nhiên. Halley nghĩ rằng Newton đang nói đùa với mình, và nhất quyết hỏi ai đã làm ra nó, ông ấy còn nói rằng nhất định phải là một thiên tài mới có thể làm ra một mô hình tài tình như vậy.

Newton vỗ vai Halley và nói: “Mặc dù mô hình này rất tinh tế, nhưng so với hệ Mặt Trời chân thực, nó thực tại chẳng là gì cả. Chỉ một mô hình nhỏ này mà bạn nhất định tin rằng có người chế tạo ra, ngược lại, đại tinh hệ hàng tỷ lần lớn hơn và tinh tế hơn, chẳng phải đó là kiệt tác của Sáng Thế Chủ sao?”

Với những lời của Newton, Halley đột nhiên tỉnh ngộ…

Theo Epoch Times, Hương Thảo biên dịch

Từ Khóa: