Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ tư, 31/01/2007 22:09 (GMT+7)

Các lỗ đen

Làm thế nào tạo ra các lỗ đen?

Chỉ cần nén một khối lượng (bất cứ khối lượng nào, một đồng bạc cắc mười franc, cái ghế, hòn núi, ngôi sao hay thiên hà) trong một thể tích đủ nhỏ để lực hấp dẫn ở nơi đó to đến nỗi ngay cả ánh sáng – có vận tốc lớn nhất có thể có được (300.000km/s) – cũng không thể thoát ra được nữa. Bán kính qua đó ta phải nén vật để trở thành lỗ đen được các nhà khoa học gọi là “bán kính không trở lại” (rayon de non-retour) (ai vượt qua bán kính này sẽ không thể trở ra được nữa) hay “ bán kính Schwarzschild” (tên nhà vật lý đã phát hiện ra nó). Bán kinh R này tỷ lệ thuận với khối lượng vật được nén:

R a M

Công thức chính xác là: R = 2GM/c 2nơi đó G là hằng số chi phối lực hấp dẫn và c là vận tốc ánh sáng.

Mặt trời với khối lượng 2.10 23g, có bán kính không trở lại là 3km. Tháp Eiffel có khối lượng 6.900 tấn có bán kính không trở lại là một phần ti tỉ cm (10 -18cm). Một người nặng 70 ký sẽ trở thành một lỗ đen nếu người đó bị nén nhỏ hơn 10 -23cm. Xét theo vóc dáng quá nhỏ của các bán kính không trở lại của các đồ thường ngày, ta hiểu dễ dàng tại sao tất cả những vật này không sụp đổ thành lỗ đen: khối lượng của chúng, nghĩa là lực hấp dẫn của chúng, không đủ lớn để thắng sức bền bỉ của các lực điện từ liên kết các nguyên tử và tạo sự vững chắc cho các đồ vật trong đời sống, cũng không nén các vật đó tới tầm vóc cực nhỏ được. Chỉ các sao và thiên hà mới có đủ khối lượng và lực hấp dẫn để sụp đổ thành lỗ đen.

Khối lượng riêng của lỗ đen là:

d = Khối lượng/thể tích = 3M/4πR 3a M/M 3a 1/M 2a 1/R 2

a = tỷ lệ thuận

Vì khối lượng riêng tỉ lệ nghịch với bình phương khối lượng, lỗ đen rất nặng nhưng không nhất thiết phải rất đặc. Khối lượng riêng của lỗ đen có cùng khối lượng mặt trời thì khá lớn, bằng 1,8 x 10 16g/cm3, nhưng một lỗ đen có khối lượng bằng 4,2 tỉ mặt trời sẽ có khối lượng riêng của không khí mà chúng ta thở (0,001g/cm 3).

Nhà vật lý thiên văn Stephen Hawking đã chứng minh rằng dù sao thì các lỗ đen cũng không hoàn toàn đen. Cơ học lượng tử cho phép chúng bốc hơi từ từ thành ánh sáng. Tốc độ bốc hơi được kiểm soát bởi nhiệt độ T của lỗ đen. Nhiệt độ càng thấp khi khối lượng lỗ đen càng lớn.

T a     1/M

Thời gian t (bốc bơi) để một lỗ đen bốc hơi hoàn toàn thay đổi theo lũy thừa ba của khối lượng

t (bốc hơi)       a M 3

Nhiệt độ lỗ đen có khối lượng mặt Trời là một phần mười triệu Kelvin (10 -7K) và thời gian bốc hơi của nó là 10 65năm. Nhiệt độ lỗ đen cỡ thiên hà có khối lượng bằng một tỉ khối lượng mặt trời là 10 -16K và thời gian bốc hơi là 10 92năm, trong lúc nhiệt độ mỗi lỗ đen siêu thiên hà khối lượng bằng một ngàn tỉ khối lượng mặt trời là 10 -19K và thời gian bốc hơi của nó là 10101 năm.

Lẽ đương nhiên, cũng giống y như nước nóng của tách cà phê chỉ có thể bốc hơi khi không khí bao quanh nó lạnh hơn (nhiệt chỉ có thể đi từ nóng sang lạnh), các lỗ đen chỉ có thể bốc hơi khi nhiệt độ của chúng cao hơn nhiệt độ hoá thạch đang bao trùm vũ trụ. Điều kiện này không được thoả mãn trong vũ trụ hiện tại - nhiệt độ vũ trụ là 3K sau 15 tỉ năm tiến hoá (évolution). Biết rằng nhiệt độ vũ trụ T (vũ trụ)thay đổi (xem bài Những thông số thuộc vũ trụ luận và sự tiến hoá vũ trụ):

T (vũ trụ)a        1/R (vũ trụ)       a 1/t 2/3

trong đó t là tuổi của vũ trụ, chúng ta suy ra rằng một lỗ đen có khối lượng mặt trời chỉ bắt đầu bốc hơi khi t = 3.10 10năm, khi mà nhiệt độ vũ trụ sẽ hạ xuống bằng 1 phần mười triệu độ Kelvin. Một lỗ đen thiên hà phải chờ đến 10 24năm và một lỗ đen siêu thiên hà phải chờ tới 10 38năm mới có thể bắt đầu bốc hơi.

Trên nguyên tắc, khối lượng một lỗ đen có thể lớn chừng nào hay chừng đó, nhưng không thể nhỏ hơn 20 microgram (2 x 10 -5g).

Lỗ đen nào có khối lượng vô cùng nhỏ này (có tên là khối lượng Planck) sẽ có nhiệt độ 10 32độ Kelvin (nhiệt độ Planck) và sẽ bốc hơi ở 10 -43giây (thời gian Planck). Những con số này tượng trưng cho lúc khởi thuỷ của vũ trụ, nơi bức tường Planck, lúc mà vật lý hiện tại bị hẫng chân. Hawking đã gợi ý rằng vũ trụ lúc bấy giờ quá sức đặc đến nỗi không gian của nó bị sụp đổ thành vô số lỗ đen li ti (mini-trous noirs, hay những lỗ đen khởi thuỷ, trous noirs primordiaux) có khối lượng Planck và bay hơi hết rồi lại tái sinh sau 10 -43giây trong một chu trình kinh hoàng của sự sống và sự chết (cycle infernal, từ chữ enfer, thuộc về hoả ngục, chữ dùng thân mật). Người ta không bao giờ dò ra được các lỗ đen khởi thuỷ này.

Nguồn: Vật lý ngày nay, số 6, 12/2006

Xem Thêm

Phát huy vai trò, trách nhiệm của đội ngũ trí thức trong sự nghiệp đổi mới, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc
Ngày 25/6/2025, tại Tp. Huế, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) chủ trì, phối hợp với Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Huế (Liên hiệp Hội TP. Huế) tổ chức Hội thảo “Phát huy vai trò, trách nhiệm của đội ngũ trí thức để góp phần tích cực cho sự nghiệp đổi mới, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc theo tinh thần Nghị quyết số 45-NQ/TW ngày 24/11/2023”.
An Giang: 8 giải pháp thực hiện đột phá phát triển khoa học công nghệ
Đến nay, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh (Liên hiệp hội tỉnh) đã tập hợp được 40 hội, tổ chức thành viên với 9.554 hội viên cá nhân, trong đó có hơn 3.451 hội viên trí thức. An Giang xác định và đề ra mục tiêu về đột phá phát triển khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số (KHCN, ĐMST, CĐS) đến năm 2030.
Thanh Hoá: Hội thảo KH về giải quyết tình trạng thiếu lao động ở nông thôn, lao động trực tiếp tham gia SX nông nghiệp
Sáng ngày 27/5/2025, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh (Liên hiệp hội) phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ, Viện Nông nghiêp tổ chức Hội thảo khoa học với chủ đề “Giải pháp giải quyết tình trạng thiếu lao động sản xuất ở khu vực nông thôn, lao động có kỹ thuật, tay nghề cao trực tiếp tham gia sản xuất nông nghiệp, nhất là nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao, nông nghiệp hữu cơ”.
Bình Thuận: Đẩy mạnh ứng dụng khoa học, công nghệ vào sản xuất
Sáng ngày 27/5, tại thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh tổ chức hội thảo khoa học với chủ đề “Giải pháp đột phá trong ứng dụng tiến bộ khoa học, công nghệ vào thực tiễn quản lý và sản xuất trên địa bàn tỉnh Bình Thuận”.

Tin mới

Lan tỏa thông điệp về sự sẻ chia, đồng cảm và tinh thần đoàn kết quốc tế giữa hai nước Việt Nam - Cuba
(Mặt trận) - Sáng 13/8, tại Hà Nội, ông Đỗ Văn Chiến, Ủy viên Bộ Chính trị, Bí thư Trung ương Đảng, Bí thư Đảng ủy Mặt trận Tổ quốc, các đoàn thể Trung ương, Chủ tịch Ủy ban Trung ương Mặt trận Tổ quốc Việt Nam dự và phát biểu tại Lễ phát động cấp quốc gia Chương trình vận động ủng hộ nhân dân Cuba với chủ đề “65 năm nghĩa tình Việt Nam - Cuba”.
Phó Chủ tịch UBTƯ MTTQ Việt Nam, Chủ tịch Trung ương Hội ND Việt Nam Lương Quốc Đoàn gặp mặt Khối diễu hành “Nông dân Việt Nam”
(Mặt trận) - Sáng 12/8, tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam (Gia Lâm - Hà Nội), ông Lương Quốc Đoàn, Ủy viên Trung ương Đảng, Phó Chủ tịch Ủy ban Trung ương MTTQ Việt Nam, Bí thư Đảng ủy, Chủ tịch Ban chấp hành Trung ương Hội Nông dân Việt Nam đã có buổi gặp mặt lực lượng Khối diễu hành "Nông dân Việt Nam" tại đại lễ kỷ niệm 80 năm Quốc khánh 2/9.
Tổng hội Y học Việt Nam: 70 năm xây dựng và phát triển
Trải qua 70 năm xây dựng và phát triển, với sứ mệnh vừa kế thừa truyền thống vừa tiếp tục đổi mới phương thức và nội dung hoạt động, Tổng hội Y học Việt Nam đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Vị trí, vai trò của Tổng hội được củng cố, nâng cao cả về số lượng và chất lượng, từng bước đáp ứng yêu cầu phát triển chung của ngành y tế và của đất nước.
Đồng chí Đỗ Văn Chiến: Việc sắp xếp, tinh gọn bộ máy để phục vụ nhân dân tốt hơn, xây dựng thế trận lòng dân vững chắc hơn
(Mặt trận) - Sáng 11/8, phiên chính thức Đại hội đại biểu Đảng bộ Trung ương Hội Liên hiệp Phụ nữ Việt Nam lần thứ I, nhiệm kỳ 2025 - 2030 đã khai mạc trọng thể tại Hà Nội. Đồng chí Đỗ Văn Chiến, Ủy viên Bộ Chính trị, Bí thư Trung ương Đảng, Bí thư Đảng ủy Mặt trận Tổ quốc, các đoàn thể Trung ương, Chủ tịch Ủy ban Trung ương Mặt trận Tổ quốc Việt Nam dự và phát biểu chỉ đạo Đại hội.
Một trí thức Liên hiệp Hội tỉnh Bình Phước được Đồng Nai giữ lại tránh “chảy máu chất xám” trong sắp xếp bộ máy
Sở Nội vụ tỉnh Đồng Nai vừa có văn bản khẳng định ông Nguyễn Ngọc Vũ - Phó Chủ tịch Liên hiệp các hội Khoa học và Kỹ thuật (KH&KT) tỉnh Đồng Nai, nguyên Phó Chủ tịch Thường trực Liên hiệp các hội KH&KT tỉnh Bình Phước không thuộc diện giải quyết nghỉ việc theo Nghị định 178/2024/NĐ-CP.
VUSTA làm việc với Đoàn công tác Hiệp hội Khoa học và Công nghệ Bắc Kinh (BAST)
Ngày 7/8, tại trụ sở Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Tp. Đà Nẵng, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã có buổi làm việc với Đoàn công tác Hiệp hội Khoa học và Công nghệ Bắc Kinh (BAST). Đây là hoạt dộng trong khuôn khổ Hội nghị giữa kỳ lần thứ 24 của AFEO do VUSTA tổ chức đăng cai.
Vinh danh 20 kỹ sư tiêu biểu tại Hội nghị AFEO năm 2025
Ngày 6/8, tại Đà Nẵng, trong khuôn khổ chương trình Hội nghị AFEO Midterm 2025 do Liên đoàn các Tổ chức Kỹ sư ASEAN (AFEO) phối hợp Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức, 20 kỹ sư đến từ các đơn vị của Việt Nam đã được vinh danh tại Lễ trao chứng chỉ Kỹ sư chuyên nghiệp ASEAN (ACPE) năm 2025.