Nhà vật lý huyền thoại Albert Einstein là nhà tư tưởng đi trước thời đại. Sinh ngày 14 tháng 1879 năm , Einstein đến một thế giới nơi hành tinh lùn Pluto chưa được phát hiện và ý tưởng về các chuyến bay vũ trụ là một giấc mơ xa vời. Bất chấp những hạn chế về kỹ thuật của thời đại mình, Einstein đã xuất bản tác phẩm nổi tiếng của mình Thuyết tương đối rộng vào năm 1915, đưa ra những dự đoán về bản chất của vũ trụ sẽ được xác nhận lặp đi lặp lại trong hơn 100 năm.
Dưới đây là 10 quan sát gần đây đã chứng minh Einstein đúng về bản chất của vũ trụ cách đây một trăm năm – và một quan sát đã chứng minh ông sai.
Hình ảnh đầu tiên về hố đen
Thuyết tương đối rộng của Einstein mô tả lực hấp dẫn là hệ quả của sự biến dạng của không-thời gian, về cơ bản, một vật thể càng nặng thì càng làm biến dạng không-thời gian và buộc các vật thể nhỏ hơn rơi vào nó. Lý thuyết này cũng dự đoán sự tồn tại của lỗ đen – những vật thể nặng làm biến dạng không-thời gian đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi chúng.
Khi các nhà nghiên cứu sử dụng Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) thu được lần đầu tiên trong lịch sử hình ảnh của một lỗ đen, họ đã chứng minh rằng Einstein đã đúng về một số điều rất cụ thể, cụ thể là mọi lỗ đen đều có một điểm không thể quay lại được gọi là chân trời sự kiện, có hình tròn xấp xỉ và có kích thước dự đoán được dựa trên khối lượng của lỗ đen. Một hình ảnh mang tính cách mạng về lỗ đen do EHT thu được cho thấy dự đoán này là hoàn toàn chính xác.
"Tiếng vọng" của lỗ đen
Các nhà thiên văn học một lần nữa chứng minh lý thuyết về lỗ đen của Einstein là đúng khi họ phát hiện ra một dạng bức xạ tia X kỳ lạ gần một lỗ đen cách Trái đất 800 triệu năm ánh sáng.
Ngoài tia X dự kiến phát ra từ phía trước lỗ đen, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra "tiếng vọng phát sáng" dự đoán của ánh sáng tia X phát ra từ phía sau lỗ đen, nhưng vẫn có thể nhìn thấy từ Trái đất do lỗ đen làm cong không gian- thời gian xung quanh chính nó.
Sóng hấp dẫn
Thuyết tương đối của Einstein cũng mô tả những gợn sóng khổng lồ trong kết cấu của không-thời gian được gọi là sóng hấp dẫn. Những sóng này được gây ra bởi sự hợp nhất của các vật thể nặng nhất trong vũ trụ, chẳng hạn như lỗ đen và sao neutron.
Sử dụng một máy dò đặc biệt có tên là Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO), các nhà vật lý đã xác nhận sự tồn tại của sóng hấp dẫn vào năm 2015 và tiếp tục khám phá hàng chục ví dụ khác về sóng hấp dẫn trong những năm sau đó, một lần nữa chứng minh Einstein đúng.
Các đối tác run rẩy của một lỗ đen
Nghiên cứu về sóng hấp dẫn có thể tiết lộ những bí mật của những vật thể nặng, ở xa phát ra chúng.
Bằng cách nghiên cứu sóng hấp dẫn phát ra từ một cặp lỗ đen nhị phân va chạm từ từ vào năm 2022, các nhà vật lý đã xác nhận rằng các vật thể khối lượng lớn dao động – hoặc tịnh tiến – trên quỹ đạo của chúng khi chúng tiến lại gần nhau, đúng như Einstein đã dự đoán.
Ngôi sao "nhảy múa" trên một spirograph
Các nhà khoa học một lần nữa chứng kiến thuyết tiến động của Einstein đang hoạt động bằng cách nghiên cứu một ngôi sao quay quanh một lỗ đen siêu lớn trong 27 năm.
Sau khi hoàn thành hai quỹ đạo đầy đủ xung quanh lỗ đen, ngôi sao bắt đầu "nhảy múa" về phía trước theo hình hoa thị, thay vì di chuyển theo quỹ đạo hình elip cố định. Chuyển động này xác nhận tiên đoán của Einstein rằng một vật thể cực kỳ nhỏ sẽ quay quanh một vật thể tương đối khổng lồ.
Sao neutron "kéo khung"
Không chỉ các lỗ đen làm biến dạng không-thời gian xung quanh chúng, mà lớp vỏ siêu đặc của các ngôi sao đã chết cũng có thể làm như vậy. Vào năm 2020, các nhà vật lý đã nghiên cứu cách một ngôi sao neutron quay quanh một sao lùn trắng (hai loại sao suy tàn, chết) trong 20 năm trước đó và phát hiện ra sự trôi dạt dài hạn trong cách hai vật thể này quay quanh nhau.
Theo các nhà nghiên cứu, sự trôi dạt này có thể được gây ra bởi một hiệu ứng gọi là bằng cách kéo khungVề cơ bản, sao lùn trắng kéo dài không-thời gian đủ để thay đổi một chút quỹ đạo của sao neutron theo thời gian. Điều này một lần nữa xác nhận những tiên đoán của thuyết tương đối của Einstein.
kính lúp trọng lực
Theo Einstein, nếu một vật thể đủ lớn, nó sẽ làm biến dạng không-thời gian theo cách mà ánh sáng ở xa phát ra từ phía sau vật thể sẽ có vẻ phóng đại (như khi nhìn từ Trái đất).
Hiệu ứng này được gọi là thấu kính hấp dẫn và được sử dụng rộng rãi để phóng đại các vật thể trong vũ trụ sâu thẳm. Hình ảnh trường sâu đầu tiên của Kính viễn vọng Không gian James Webb được biết là đã sử dụng hiệu ứng thấu kính hấp dẫn của cụm thiên hà cách xa 4,6 tỷ năm ánh sáng để phóng đại đáng kể ánh sáng từ các thiên hà cách xa hơn 13 tỷ năm ánh sáng.
Nhẫn Einstein JO418.
Một dạng thấu kính hấp dẫn sáng đến mức các nhà vật lý không thể không đặt tên nó theo tên của Einstein. Khi ánh sáng từ một vật thể ở xa phóng đại thành một vầng hào quang hoàn hảo xung quanh một vật thể khối lượng lớn ở tiền cảnh, các nhà khoa học gọi đó là "vòng Einstein".
Những vật thể tuyệt vời này tồn tại trong không gian và đã được chụp ảnh bởi các nhà thiên văn học cũng như các nhà khoa học nghiệp dư.
Một vũ trụ chuyển động
Khi ánh sáng truyền qua vũ trụ, bước sóng của nó bị dịch chuyển và kéo dài theo nhiều cách khác nhau được gọi là dịch chuyển đỏ. Loại dịch chuyển đỏ nổi tiếng nhất có liên quan đến sự giãn nở của vũ trụ (Einstein đã đề xuất một con số gọi là hằng số vũ trụ để giải thích cho sự giãn nở biểu kiến này trong các phương trình khác của ông).
Tuy nhiên, Einstein cũng dự đoán một loại "dịch chuyển đỏ do hấp dẫn" xảy ra khi ánh sáng mất năng lượng trên đường đi từ chỗ lõm trong không thời gian do các vật thể khối lượng lớn như các thiên hà tạo ra. Vào năm 2011, một nghiên cứu về ánh sáng từ hàng trăm nghìn thiên hà xa xôi đã chứng minh rằng sự dịch chuyển đỏ do hấp dẫn có tồn tại, giống như Einstein đã dự đoán.
Nguyên tử đang chuyển động
Các lý thuyết của Einstein dường như cũng đúng trong lĩnh vực lượng tử. Thuyết tương đối giả định rằng tốc độ ánh sáng trong chân không là không đổi, có nghĩa là không gian sẽ trông giống nhau từ mọi phía. Vào năm 2015, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng hiệu ứng này có giá trị ngay cả ở quy mô nhỏ nhất, khi họ đo năng lượng của hai electron chuyển động theo các hướng khác nhau xung quanh hạt nhân của một nguyên tử.
Sự chênh lệch năng lượng giữa các electron vẫn không đổi bất kể chúng chuyển động theo hướng nào, xác nhận phần này trong lý thuyết của Einstein.
Và cuối cùng... Thế còn "hành động khủng khiếp ở khoảng cách xa"?
Trong một hiện tượng gọi là rối lượng tử, các hạt bị vướng víu dường như có thể giao tiếp với nhau trên một khoảng cách rộng lớn nhanh hơn tốc độ ánh sáng và "chọn" một trạng thái để cư trú chỉ sau khi được đo. Einstein ghét hiện tượng này, gọi nó là "hiệu ứng khủng khiếp ở khoảng cách xa" và nhấn mạnh rằng không có hiệu ứng nào có thể truyền nhanh hơn ánh sáng và các vật thể có trạng thái cho dù chúng ta có đo lường chúng hay không.
Nhưng trong một thí nghiệm toàn cầu, quy mô lớn, trong đó hàng triệu hạt vướng víu trên khắp thế giới được đo, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các hạt dường như chỉ chọn một trạng thái tại thời điểm chúng được đo chứ không phải trước đó.
"Chúng tôi đã chỉ ra rằng thế giới quan của Einstein... trong đó mọi thứ đều có những đặc tính cho dù bạn có quan sát chúng hay không, và không có hiệu ứng nào truyền nhanh hơn ánh sáng, không thể đúng - ít nhất một trong những điều này phải sai," đồng tác giả cho biết .nghiên cứu của Morgan Mitchell, giáo sư quang học lượng tử tại Viện Khoa học Quang tử ở Tây Ban Nha, trong một cuộc phỏng vấn với tạp chí Live Science năm 2018.
Cũng thú vị:
