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

Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.
Ứng dụng công nghệ số toàn diện là nhiệm vụ trọng tâm của VUSTA giai đoạn tới
Ứng dụng công nghệ số toàn diện, xây dựng hệ sinh thái số là bước đi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và phát huy sức mạnh đội ngũ trí thức của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA). Qua đó cho thấy, VUSTA không chỉ bắt kịp xu thế công nghệ mà còn chủ động kiến tạo những giá trị mới, khẳng định vai trò tiên phong của đội ngũ trí thức trong thời đại số.

Tin mới

Đắk Lắk: Góp ý Đề án điều chỉnh quy hoạch tỉnh Đắk Lắk thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050
Ngày 21/5/2026, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Đắk Lắk đã tổ chức họp Hội đồng tư vấn, phản biện và góp ý đối với Đề án điều chỉnh quy hoạch tỉnh Đắk Lắk thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050. TS. Phan Xuân Lĩnh, Chủ tịch Liên hiệp hội, chủ trì cuộc họp.
Lào Cai: Khởi động dự án Bảo vệ quyền Trẻ em và Phụ nữ, xây dựng cộng đồng bền vững
Ngày 25/5, tại xã Đông Cuông, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Lào Cai phối hợp với Trung tâm Phát triển Khoa học công nghệ và Chăm sóc sức khỏe cộng đồng Yên Bái (YENBAI CDSH) tổ chức hội thảo khởi động dự án “Bảo vệ quyền Trẻ em và Phụ nữ, xây dựng cộng đồng bền vững” để giới thiệu các nội dung của Dự án và kế hoạch triển khai năm thứ nhất.
Thanh Hóa: Phản biện đề án phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao của Viện Nông nghiệp Thanh Hóa
Sáng ngày 22/5/2026, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Thanh Hóa (Liên hiệp hội) tổ chức Hội thảo khoa học phản biện “Đề án phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng yêu cầu đổi mới và tự chủ của Viện Nông nghiệp Thanh Hóa giai đoạn 2026 - 2030”.
Hải Phòng: Phát huy vai trò của đội ngũ trí thức trong thực hiện các đột phá về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo
Sáng 21/5, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật (Liên hiệp hội) thành phố Hải Phòng phối hợp với Hội Nữ trí thức thành phố tổ chức Hội thảo khoa học với chủ đề: “Phát huy vai trò của đội ngũ trí thức thành phố Hải Phòng trong thực hiện các đột phá về khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và nguồn nhân lực theo tinh thần Nghị quyết Đại hội XIV của Đảng”.