Bản dịch máy từ tiếng Nga (gpt-5.6-terra). Chưa được người kiểm tra. Bản gốc →
62
NHỮNG ĐIỀU chúng ta biết
VÀ NHỮNG ĐIỀU không biết
VỀ lực hấp dẫn
Ai đã đọc tiểu thuyết «Tinh vân Andromeda» của I. A. Efremov đều nhớ ngôi sao sắt — «nỗi kinh hoàng của các phi hành gia vũ trụ», bằng sức hút khổng lồ của mình bắt giữ vĩnh viễn các vật thể bay ngang qua.
Những thiên thể còn đáng kinh ngạc hơn phải là các ngôi sao do nhà thiên văn Đức Karl Schwarzschild dự đoán. Lực hấp dẫn gần những ngôi sao như vậy mạnh đến mức ánh sáng do chúng phát ra không thể rời xa khỏi vùng lân cận gần của ngôi sao. Còn tia sáng được gửi từ xa tới một ngôi sao như vậy sẽ không bao giờ có thể tới được bề mặt của nó. Một cái bẫy hấp dẫn kỳ lạ nào đó! Nhưng, mặc cho tất cả sự phi thường của những thiên thể như vậy, lý thuyết dự đoán sự tồn tại của chúng với mức độ chặt chẽ đủ lớn.
Tưởng như các lực hấp dẫn quen thuộc và có mặt khắp nơi đến mức từ lâu con người hẳn đã biết về chúng mọi điều mình quan tâm. Vì điều đó thật đơn giản: đặt một hòn đá lên cân và đo lực mà nó bị Trái Đất hút! Nhưng, khi suy nghĩ về bản chất của hiện tượng ấy, ta lập tức bị vây hãm bởi những câu hỏi chưa được giải đáp.
Thật vậy, vì sao mọi hai vật thể luôn hút nhau, chứ không đẩy nhau dưới tác dụng của các lực hấp dẫn? Vì sao không thể ngăn cách khỏi tác dụng của lực hút, như tấm rèm ngăn cách ta với các tia Mặt Trời? Bản chất của những «lò xo» vô-
hình, vốn hút cả những vật thể rất xa nhau, là gì? Có nhiều câu hỏi liên quan đến hấp dẫn mà khoa học vẫn chưa trả lời được.
Nhưng nhiều điều ta đã biết. Năm 1687 Isaac Newton đã phát hiện định luật vạn vật hấp dẫn, cho phép hiểu các thiên thể chuyển động như thế nào. Bước quan trọng tiếp theo trong nhận thức về hấp dẫn thuộc về Albert Einstein. Năm 1916 ông đã xây dựng cái gọi là thuyết tương đối rộng, nay thường được gọi là lý thuyết về không gian, thời gian và hấp dẫn. Lý thuyết này buộc các nhà khoa học thay đổi quan điểm của mình về những khái niệm vật lý quan trọng như không gian và thời gian. Newton cho rằng các tính chất của không gian và diễn biến của thời gian hoàn toàn không phụ thuộc vào các vật thể xung quanh. Einstein đã chứng minh rằng vật thể càng nặng, không gian gần nó càng bị uốn cong mạnh và thời gian trong vùng lân cận của nó trôi càng chậm. Không gian, thời gian và hấp dẫn hóa ra không độc lập với nhau mà liên hệ chặt chẽ. Không dễ hiểu được nội dung của nó. Nhưng ý nghĩa của nó trong vật lý hiện đại đặc biệt lớn. Vì vậy mỗi cuốn sách khoa học phổ thông mới посвященная chủ đề này (mà những cuốn như vậy rất ít) hứa hẹn sẽ gây được nhiều quan tâm.
Ở đây chúng tôi sẽ kể về một số cuốn sách trình bày các vấn đề khác nhau của lý thuyết hấp dẫn hiện đại.
Sự trình bày đơn giản và phổ thông nhất về những cơ sở của lý thuyết hấp dẫn được-
63
được trình bày trong cuốn sách phổ biến của M. Gardner “Thuyết tương đối cho hàng triệu người”, do “Atomizdat” xuất bản năm 1966. Chương thứ năm kể về tiên đề xuất phát cơ bản của lý thuyết — sự bằng nhau của khối lượng hấp dẫn và khối lượng quán tính của mọi vật thể, — được xác nhận với độ chính xác rất cao bằng các thí nghiệm được đặt ra đặc biệt. Chương thứ sáu mô tả quan điểm của vật lý hiện đại về lực hấp dẫn như kết quả của sự thay đổi các tính chất hình học của không gian và thời gian dưới ảnh hưởng của các khối lượng hấp dẫn. Ba chương (7, 9 và 10) посвящены các vấn đề vũ trụ khác nhau liên quan đến lý thuyết hấp dẫn. Trong đó xem xét các phương án khác nhau của mô hình Vũ trụ và thảo luận chi tiết những vấn đề về cái gọi là “dịch chuyển đỏ” — sự thay đổi màu sắc của các thiên thể dưới ảnh hưởng của chuyển động của chúng, diễn ra với những tốc độ rất lớn.
Mô tả hiện đại nhất về các vấn đề vũ trụ có thể tìm thấy trong cuốn sách mỏng nhỏ của viện sĩ V. L. Ginzburg “Vũ trụ được cấu tạo như thế nào và nó phát triển theo thời gian ra sao”, do nhà xuất bản “Znanie” phát hành năm 1968. (Cơ sở của cuốn sách mỏng này là ba bài báo của tác giả trên tạp chí “Khoa học và Đời sống” số 1, 2, 3 năm 1968.)
Ban đầu tác giả kể về những mô hình vũ trụ học đầu tiên của Vũ trụ, được đề xuất từ trước khi thuyết tương đối rộng ra đời. Sau đó, sau khi mô tả ngắn gọn những nguyên lý cơ bản của thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng, ông xem xét những mô hình mới gắn với các lý thuyết này. Theo mô hình của Einstein, Vũ trụ tạo thành một hình cầu ba chiều khép kín, không thay đổi theo thời gian. Trong mô hình của nhà bác học Xô viết A. A. Fridman, Vũ trụ hoặc giãn nở, hoặc co lại. Trong mô hình của Lemaître, ở một giai đoạn nào đó Vũ trụ thay đổi sự phát triển của mình, dường như đông cứng trong trạng thái bất động, để rồi lại bắt đầu giãn nở nhanh chóng.
V. L. Ginzburg đưa ra những số liệu rất đáng chú ý về các thiên hà vô tuyến, nằm ở những khoảng cách cỡ 5—8 tỷ năm ánh sáng tính từ Trái Đất. Việc nghiên cứu chúng kể cho chúng ta về những quá trình diễn ra vào những thời kỳ mà không chỉ Trái Đất, mà dường như cả Mặt Trời cũng chưa tồn tại.
Năm 1969, nhà xuất bản “Khoa học” đã phát hành cuốn sách khoa học phổ thông của P. Bergman “Bí ẩn của hấp dẫn”. Tác giả cuốn sách đã là cộng sự của Einstein trong nhiều năm.
Bergman đưa vào cuốn sách của mình tất cả những vấn đề cơ bản gắn với lý thuyết hấp dẫn hiện đại. Sách có ba chương: I. Vật lý Newton và thuyết tương đối hẹp. II. Thuyết tương đối rộng. III. Những thành tựu mới nhất. Cuốn sách chứa đựng một bài kể hấp dẫn về những lý thuyết cơ bản, các hiệu ứng của chúng và những vấn đề chưa được giải quyết mà các nhà vật lý đang nghiên cứu trong những ngày nay.
Các sao Schwarzschild, sự sụp đổ hấp dẫn, bản chất của các thiên thể bí ẩn mới được phát hiện là «quasar», bức xạ vô tuyến vũ trụ cho chúng ta biết Vũ trụ đã trông như thế nào hàng tỷ năm trước, và nhiều điều khác không kém phần thú vị, kể về những mô hình vũ trụ học đầu tiên của Vũ trụ, được đề xuất ngay cả trước khi thuyết tương đối rộng về độ dài hàng triệu ra đời. Sau đó, sau khi trình bày ngắn gọn những điều cơ bản của thuyết tương đối hẹp và rộng terrina, tác giả xem xét các mô hình mới gắn với lý thuyết hấp dẫn hiện đại. Theo mô hình Einstein, Vũ trụ là một mặt cầu ba chiều khép kín, không thay đổi theo thời gian. Trong mô hình của nhà khoa học Xô viết A. A. Fridman, Vũ trụ либо giãn nở, либо co lại. Trong mô hình Lemaître, ở một giai đoạn nào đó Vũ trụ thay đổi sự phát triển của mình, như thể đứng yên bất động, để rồi lại bắt đầu giãn nở nhanh chóng.
Năm 1969, nhà xuất bản «Nuka» đã xuất bản cuốn sách khoa học phổ thông của P. Bergman «Bí ẩn của hấp dẫn». Tác giả cuốn sách đã là cộng sự của Einstein trong nhiều năm.
Tác giả cố gắng giúp đỡ người đọc. Ông đưa mọi phép tính cơ bản vào một phần phụ lục toán học riêng, đặt ở cuối sách một bảng giải thích nhỏ các thuật ngữ khó nhất và dễ hiểu. Tuy vậy, ở một số phần, cuốn sách vẫn khó hiểu đối với học sinh các lớp cuối cấp. Đúng là trong sách cũng có không ít đoạn dành cho những độc giả ít chuẩn bị hơn nhiều. Những đoạn như vậy đặc biệt nhiều ở chương thứ ba, chương cuối cùng của sách.
Trong những cuốn sách chúng tôi đã liệt kê có cả một thế giới những ý tưởng và sự kiện mới, những thí nghiệm tương lai, những hiện tượng và quy luật đã được khám phá và chưa được khám phá. Và bất cứ ai luôn chạm tới thế giới này chắc chắn sẽ nhận được sự thỏa mãn lớn.
V. A. Leshkovtsev