Trang đầu viết, Cuốn Sách Khó hiểu của tôi, được Đơn giản hóa cho Annie và George (bản nháp thứ 3).

NHỮNG ĐIỀU CẦN BIẾT VỀ HỐ ĐEN

PHẦN 1. Hố đen là gì?

PHẦN 2. Hố đen được hình thành như thế nào?

PHẦN 3. Bn có thể nhìn thấy một hố đen bằng cách nào?

PHẦN 4. Rơi vào hố đen.

PHẦN 5. Thoát ra khỏi hố đen.

PHẦN 1

Hố đen là gì?

Hố đen là một khu vực nơi lực hấp dẫn mạnh đến nỗi bất kỳ tia sáng nào cố thoát ra đều sẽ bị hút ngược trở lại. Bởi vì không gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng, mọi thứ khác cũng sẽ bị hút vào đây. Vì vậy bạn có thể bị rơi vào một hố đen và không bao giờ thoát ra được. Hố đen luôn được xem là một nhà tù tối ưu, không lối thoát. Rơi vào một hố đen cũng giống như rơi xuống thác Niagara[1] vậy: không cách gì quay lại bằng đường bạn tới.

Mép hố đen được gọi là “chân trời”. Nó giống như mép của một thác nước. Khi còn ở bên trên mép nước, bạn có thể thoát ra nếu chèo đủ nhanh, nhưng một khi đã vượt qua mép thì bạn hết đời.

Khi càng nhiều thứ bị hút vào hố đen, hố đen càng lớn hơn lên và chân trời của hố càng được mở rộng. Cũng giống như nuôi một chú lợn vậy. Cho chú ta càng nhiều, chú ta sẽ càng to béo hơn.

PHẦN 2

Hố đen được hình thành như thế nào?

Để tạo một hố đen, bạn cần phải nén một lượng cực lớn vật chất vào một khoảng không gian cực nhỏ. Khi đó sức kéo của trọng lực sẽ lớn tới nỗi ánh sáng sẽ bị hút vào và không thoát ra được.

Một cách hố đen được hình thành là khi các ngôi sao đã đốt sạch hết nhiên liệu của mình nổ tung như những quả bom hyđrô khổng lồ, gọi là các siêu tân tinh. Vụ nổ sẽ đẩy các lớp ngoại biên của ngôi sao ra thành một lớp vỏ khí cực lớn liên tục mở rộng và đẩy vùng trung tâm vào sâu bên trong. Nếu ngôi sao đó lớn hơn Mặt Trời của chúng ta khoảng vài lần thì một hố đen sẽ hình thành.

Các hố đen lớn hơn được hình thành bên trong các cụm sao và trong trung tâm các dải ngân hà. Những vùng này sẽ có các hố đen và các sao nơtron[2] cũng như các ngôi sao bình thường khác. Va chạm giữa các hố đen và những vật thể khác sẽ sinh ra một hố đen lớn lên không ngừng nuốt chửng bất cứ vật gì tiến tới quá gần nó. Dải Ngân Hà của chúng ta, tức Thiên Hà, cũng có trung tâm là một hố đen lớn hơn khối lượng của mặt trời vài triệu lần.

––––––––-

SAO NƠ TRON

- Khi những ngôi sao lớn hơn Mặt Trời nhiều lần cạn kiệt năng lượng, chúng thường làm tất cả những lớp vỏ ngoài bắn tung ra trong một vụ nổ khổng lồ gọi là siêu tân tinh. Một vụ nổ như vậy mạnh và sáng đến nỗi có thể át ánh sáng của hàng tỉ, hàng tỉ ngôi sao khác gộp lại.

- Nhưng cũng có khi không phải tất cả mọi thứ đều bị bắn tung ra trong một vụ nổ như vậy. Có khi lõi của ngôi sao vẫn còn lại dưới dạng một hình cầu. Sau một vụ nổ siêu tân tinh, phần còn lại này sẽ rất nóng: khoảng 180.0000F (100.0000C), nhưng không còn các phản ứng hạt nhân để giữ sức nóng cho nó nữa.

- Một vài phần còn lại của ngôi sao đến nỗi dưới ảnh hưởng của trọng lực chúng tự suy sập cho đến khi bề ngang chỉ còn khoảng vài chục dặm. Để điều này xảy ra, phần còn lại phải có khối lượng lớn hơn khối lượng của Mặt Trời khoảng 1,4 đến 2,1 lần.

- Áp suất bên trong những quả cầu này mạnh đến nỗi bên trong chúng hóa lỏng, còn xung quanh là một lớp vỏ cứng dày khoảng một dặm (1,6 km). Chất lỏng này cấu tạo từ những hạt còn lại trong lõi các nguyên tử - các hạt nơtron – vậy nên những quả cầu này được gọi là các ngôi sao nơtron.

- Bên trong sao nơtron cũng có các loại hạt khác, nhưng chủ yếu chúng chỉ bao gồm hạt nơtron. Khoa học kỹ thuật hiện nay của chúng ta chưa đủ trình độ để tạo ra được một chất lỏng như vậy ở trên trái đất.

- Những ngôi sao như Mặt Trời không nổ tung thành các siêu tân tinh, mà trở thành sao kềnh đỏ khổng lồ, phần còn lại không đủ lớn để sụp đổ dưới trọng lực của chính chúng. Những phần còn lại này được gọi là sao lùn trắng. Qua một thời kỳ khoảng vài tỉ năm, các sao lùn trắng sẽ nguội đi, cho đến chừng nào chúng không còn nóng nữa.

- Các kính thiên văn hiện đại của chúng ta đã quan sát thấy được nhiều sao nơtron. Bởi vì lõi của các ngôi sao được cấu tạo từ những nguyên tố nặng nhất hình thành bên trong các ngôi sao (như sắt chẳng hạn), nên các sao lùn trắng dù rất nhỏ (kích cỡ chỉ tương đương trái đất), chúng lại cực kỳ nặng (khối lượng tương đương Mặt Trời).

- Những phần còn lại của sao có khối lượng nhẹ hơn khối lượng của Mặt Trời 1,4 lần sẽ trở thành các sao lùn trắng. Những phần còn lại mà khối lượng gấp 2,1 lần kích cỡ của mặt trời thì sẽ không bao giờ ngừng tự suy sập và sẽ trở thành các hố đen.

––––––––-

PHẦN 3

Bạn có thể nhìn thấy một hố đen bằng cách nào?

Câu trả lời là bạn không thể, bởi vì ánh sáng không tài nào thoát ra khỏi hố đen. Cũng giống như tìm một con mèo đen trong một căn hầm tối vậy. Nhưng bạn có thể phát hiện ra một hố đen bằng vào cách trọng lực của nó hút mọi vật thể khác. Chúng ta nhìn thấy các ngôi sao di chuyển theo quỹ đạo quanh thứ gì đấy ta không thể nhìn thấy, nhưng thứ đó ta biết chỉ có thể là một hố đen.

Chúng ta cũng có thể nhìn thấy những đĩa khí và bụi xoay quanh một vật ở trung tâm mà ta không thể thấy được, nhưng ta biết đó không là gì khác ngoài một hố đen.

PHẦN 4

Rơi vào Hố Đen

Bạn có thể rơi vào một hố đen y như bạn có thể rơi vào Mặt Trời vậy. Nếu bạn rơi chân xuống trước, chân bạn sẽ nằm gần hố đen hơn đầu và sẽ bị trọng lực của hố đen kéo mạnh hơn. Như vậy bạn sẽ bị kéo căng ra theo chiều dài và bị ép dẹt lét từ hai bên.

Hố đen càng lớn thì lực kéo và ép này sẽ càng yếu. Nếu bạn rơi vào một hố đen được tạo ra bởi một ngôi sao chỉ lớn hơn Mặt Trời của chúng ta một vài lần, bạn sẽ bị xé toạc thành món mì sợi trước cả khi bạn đến được hố đen.

Nhưng nếu rơi vào một hố đen lớn hơn nhiều, bạn sẽ vượt qua chân trời – mép hố đen và là nơi không còn đường trở lại – mà không cảm thấy gì khác lạ. Tuy nhiên, nếu ai đó từ xa quan sát bạn rơi vào hố đen thì sẽ không thể thấy bạn băng qua chân trời, bởi vì trọng lực bẻ cong thời gian và không gian cận hố đen. Trước mắt họ bạn có vẻ như chậm lại khi đến gần chân trời rồi cứ mờ dần, mờ dần đi. Bạn mờ dần vì ánh sáng bạn phát ra phải mất càng lúc càng nhiều thời gian hơn mới thoát được khỏi hố đen. Nếu bạn băng qua chân trời lúc 11 giờ theo đồng hồ đeo tay của bạn thì người quan sát bạn sẽ thấy chiếc đồng hồ chạy chậm dần và không bao giờ đến được con số 11.

PHẦN 5

Thoát ra khỏi hố đen

Người ta quen nghĩ rằng không thứ gì có thể thoát ra khỏi một hố đen. Rốt cuộc, đó chính là lý do tại sao chúng lại được coi là những hố đen. Bất kỳ vật gì rơi vào hố đen cũng bị coi là biến mất vĩnh viễn; những hố đen có thể trường tồn đến cùng tận thời gian. Chúng giống như những nhà tù vĩnh cửu không có mảy may hy vọng đào thoát được.

Nhưng người ta cũng khám phá ra rằng bức tranh này không hẳn là đúng. Những dao động tí xíu trong không gian và thời gian cho thấy rằng hố đen không thể nào lại là những cái bẫy hoàn hảo như người ta từng nghĩ; thay vào đó chúng sẽ từ từ rò rỉ vật chất ra ngoài dưới dạng Phóng Xạ Hawking[3]. Hố đen càng lớn thì tốc độ rò rỉ càng chậm.

Phóng Xạ Hawking sẽ khiến cho các hố đen dần dần bốc hơi mất. Tốc độ bốc hơi mới đầu rất chậm, nhưng sẽ nhanh dần lên khi hố đen nhỏ lại. Cuối cùng, sau hàng tỉ hàng tỉ năm, hố đen sẽ biến mất hoàn toàn. Vì vậy, rốt cuộc, hố đen không phải là những nhà tù vĩnh cửu. Nhưng còn các tù nhân của chúng thì sao – những thứ đã tạo nên hố đen hay bị hút vào sau đó? Chúng sẽ được tái sinh thành năng lượng và các phần tử. Nhưng nếu xem xét những gì thoát ra hố đen cực kỳ cẩn thận, bạn có thể khôi phục những gì đã ở bên trong đó. Vì vậy ký ức về những gì rơi vào bên trong hố đen không hẳn là vĩnh viễn bị mất, chỉ là trong một khoảng thời gian rất dài mà thôi.

BẠN CÓ THỂ THOÁT RA KHỎI HỐ ĐEN!

❀ ❀ ❀

[1] Ba thác nước khổng lồ nằm cạnh nhau ở sông Niagara, thuộc bang NewYork, Mỹ

[2] Một dạng trong vài khả năng kết thúc của quá trình tiến hóa sao. Một sao nơtron được hình thành từ những gì còn lại sau vụ suy sập một ngôi sao lớn sau các vụ nổ siêu tân tinh.

[3] Một loại nhiệt phóng xạ do các hố đen phát ra. Nhà vật lý Stephen Hawking đã đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của loại phóng xạ này vào năm 1974.