Lịch sử khám phá pdf

Flammarion, tranh khắc gỗ, Paris năm 1888, màu sắc do Heikenwaelder Hugo, Wien năm 1998 Hệ địa tâm của Aristotle và Claudius Ptolemaeus Các mốc chính trong lịch sử khám phá vũ trụ của lo

Lịch sử khám phá

Bài chi tiết: Lịch sử thiên văn học

Universum – C Flammarion, tranh khắc gỗ, Paris năm 1888, màu sắc do Heikenwaelder Hugo, Wien năm 1998

Hệ địa tâm của Aristotle và Claudius Ptolemaeus

Các mốc chính trong lịch sử khám phá vũ trụ của loài người:

 Thế kỷ 4 TCN, Aristarchus có vẻ như là người đầu tiên hiểu được

về hệ thống hành tinh và hệ nhật tâm Khám phá này đối lập với quan niệm về thế giới của Aristotle Ông cũng đã tính được khá chính xác khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng

 Thế kỷ 3 TCN, Eratosthenes cũng đã tính được chu vi Trái Đất tại xích đạo chỉ sai khác khoảng 650 km (sai số 1,5%)

 Thế kỷ 2 TCN, Hipparchus tính lại khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng, thống kê 1500 ngôi sao, tính gần đúng chu kỳ tuế sai của trục Trái Đất

Những kiến thức này được người Ả Rập học lại Khi người Ả Rập mở rộng ảnh hưởng, quyển sách Almagest của Claudius Ptolemaeus với mô hình vũ trụ địa tâm được truyền bá

Cuộc cách mạng Copernic đã đảo lộn lại quan niệm địa tâm:

 Nicolaus Copernicus khám phá lại hệ nhật tâm

 Isaac Newton và Johannes Kepler xác định chuyển động của các hành tinh, dựa vào các định luật Newton và khám phá về lực hấp dẫn, được kiểm chứng bởi quan sát thiên văn

 Giordano Bruno áp dụng mô hình hệ Mặt Trời cho tất cả các ngôi sao khác, mở rộng vũ trụ ra vô cùng

Các tiến bộ về kỹ thuật quan sát thiên văn trong thế kỷ 20 đã mở ra một loạt khám phá về các vật thể kỳ lạ trong vũ trụ (như các sao trong giai đoạn phát triển khác nhau), về cấu trúc vĩ mô của vũ trụ (gồm các sao tụ tập trong các thiên hà và các nhóm thiên hà), và đặc biệt là xu thế giãn nở của vũ trụ, quan sát bởi Edwin Hubble

Quan sát về sự giãn nở của vũ trụ là một trong các tiền đề để xây dựng nên mô hình về sự tiến hóa của vũ trụ được công nhận rộng rãi nhất hiện nay, mô hình Vụ Nổ Lớn

Lý thuyết Vụ Nổ Lớn

Bài chi tiết: Vụ Nổ Lớn

Theo thuyết Vụ Nổ Lớn, vũ trụ bắt nguồn từ một trạng thái vô cùng đặc

và vô cùng nóng (điểm dưới cùng) Từ đó, không gian đã mở rộng cùng với thời gian và làm cho các thiên hà di chuyển xa nhau hơn

Xem thêm Lịch sử vũ trụ, Tuổi vũ trụ

Từ quan sát dịch chuyển đỏ của các thiên hà chúng ta có bằng chứng rằng

vũ trụ đang nở ra, theo định luật Hubble Quay ngược về quá khứ, ta sẽ

gặp đến một điểm kỳ dị hấp dẫn, một khái niệm mang tính chất toán học,

có thể không thực sự trùng với sự thật Đây là cơ sở để hình thành lý thuyết Vụ Nổ Lớn, lý thuyết được công nhận nhiều nhất trong vũ trụ học ngày nay Lý thuyết này cộng với các tiến bộ trong quan sát (Máy đo dị hướng vi sóng Wilkinson, WMAP, của NASA) đã ước lượng tuổi vũ trụ vào khoảng 13,75 tỷ (13,75 × 109) năm, với sai số cỡ 1% (± 170 triệu năm) Độ chính xác này dựa trên giả thuyết là các lý thuyết dùng trong xử

lý kết quả đo đạc là đúng Nhiều phép đo khác cho những kết quả dao động từ 10 đến 20 tỷ năm

Các quan sát nền tảng của thuyết Vụ Nổ Lớn gồm có:

 Các thiên hà ở càng xa càng chuyển động ra xa nhanh hơn

 Phông vi sóng vũ trụ, có nhiều khả năng là các bức xạ tàn dư từ thời kỳ đầu của Vụ Nổ Lớn, nay đã bị dịch chuyển đỏ đến mức có tần số của chúng nằm trong vùng vi sóng Nền bức xạ này rất đẳng hướng có thể giải thích bởi lạm phát vũ trụ ngay sau Vụ Nổ Lớn

 Tỷ lệ các nguyên tố nặng tăng dần qua các thế hệ sao nhờ tổng hợp trong các phản ứng năng lượng cao

 Phân bố và tiến hóa về hình dáng và thành phần hóa học của các thế hệ thiên hà

Kích thước của vũ trụ và vũ trụ quan sát được

Bài chi tiết: Vũ trụ quan sát được

Vũ trụ là vô cùng lớn Vấn đề vũ trụ thực tế là vô hạn hay hữu hạn hiện vẫn còn nhiều tranh luận

Vũ trụ quan sát được, gồm tất cả mọi nơi có thể có tác động đến con người kể từ Vụ Nổ Lớn, chắc chắn là hữu hạn, do tốc độ truyền tương tác không vượt quá tốc độ ánh sáng Rìa của chân trời vũ trụ cách chúng ta 13,7 tỷ năm ánh sáng Tuy nhiên những gì ta thấy ở rìa đã diễn ra cách đây 13,7 tỷ năm Do vũ trụ đã không ngừng nở, tại thời điểm hiện nay, rìa

đó đã đi được đến khoảng cách khoảng 46,6 tỷ năm ánh sáng (4.4 × 1023 km), là bán kính của Vũ trụ quan sát được (tức là một khối cầu có tâm tại điểm quan sát của chúng ta trên Trái đất)[3] Như vậy, thể tích đồng hành của vũ trụ quan sát được là 4,2 × 1032 năm ánh sáng khối Chúng ta nằm ngay tại tâm của vũ trụ quan sát được, nhưng không phải tại tâm của toàn thể vũ trụ Và do đó diều này hoàn toàn phù hợp với nguyên lý Copernic, nói rằng vũ trụ là đồng nhất và không có tâm Khi chúng ta nhìn càng xa, thì tức là chúng ta càng nhìn về quá khứ, và giới hạn là tại thời điểm khi

Vụ Nổ Lớn mới xảy ra Vì ánh sáng chuyển động với cùng vận tốc theo

mọi hướng đến chúng ta, do đó chúng ta nằm ở tâm của vũ trụ quan sát được

Để tiện so sánh, ta biết rằng đường kính của một thiên hà điển hình chỉ là

30 nghìn năm ánh sáng, và khoảng cách điển hình giữa hai thiên hà lân cận chỉ là 3 triệu năm ánh sáng.[4] Thí dụ, Thiên hà của chúng ta có đường kính khoảng 100 nghìn năm ánh sáng [5] và thiên hà gần nhất, thiên hà Andromeda, cách chúng ta khoảng 2,5 triệu năm ánh sáng.[6]

Vũ trụ quan sát được chứa nhiều hơn 80 tỷ thiên hà, được nhóm lại trong quần thiên hà và siêu quần thiên hà [7] Những thiên hà điển hình bao gồm từ những thiên hà lùn với chỉ khoảng 10 triệu (107) sao[8] tới những thiên hà kềnh với một nghìn tỷ (1012) sao [9], tất cả quay xung quanh khối tâm của thiên hà Như vậy từ những con số này có thể đưa ra một ước tính cho thấy rằng có khoảng một nghìn tỷ tỷ (1021) sao Số lượng thiên

hà, theo quan sát bởi Hubble Deep Field của kính viễn vọng không gian Hubble, có thể lớn hơn ước lượng trên Theo một nghiên cứu năm 2010 bởi các nhà thiên văn học số các ngôi sao trong Vũ trụ quan sát được lên tới 300 nghìn tỷ tỷ (3×1023).[10

Mật độ vật chất trong vũ trụ

Trên cơ sở quan sát được : 3 × 10-31g/cm3

Giả định (kể cả vật chất tối): 10-30 - 10-29g/cm3

Các quần thiên hà : 5 × 10-28g/cm3

Khí giữa các sao : 3 × 10-25 - 10-24g/cm3

Thiên Hà : 2 × 10-24g/cm3

Lỗ đen (mật độ Plank, giả định) : 5 × 1093g/cm3

Thành phần

Các quan sát về vũ trụ hiện nay cho thấy nó là một không-thời gian phẳng (trên thang vĩ mô) chứa mật độ năng lượng-khối lượng 9,9 × 10-30 gam trên xentimét khối Trong đó có 73% năng lượng tối (suy từ hình dạng không thời gian), 23% vật chất tối (suy từ quỹ đạo cả các thiên hà và đo đạc về lỗ đen) và 4% các nguyên tố hóa học (suy từ quan sát các thiên thể phát ra ánh sáng hay bức xạ điện từ) [11] Bản chất của vật chất tối và năng lượng tối vẫn chưa được hiểu kỹ

Trong thời kỳ đầu của Vụ Nổ Lớn, vật chất thông thường và phản vật chất cùng được sinh ra với khối lượng bằng nhau Tuy nhiên, do vi phạm đối xứng CP, lượng vật chất thông thường dần chiếm tỷ lệ cao hơn Phần vật chất và phản vật chất còn lại tự hủy cặp với nhau để sinh ra photon, và

vũ trụ còn lại lượng vật chất thông thường dư thừa như ngày nay.[12]

Trước khi những sao đầu tiên hình thành, thành phần hóa học của vũ trụ chứa chủ yếu hydro (75% khối lượng tổng cộng), và một phần helium-4 (4He) (24% khối lượng tổng cộng) cùng với một chút các nguyên tố hóa học còn lại.[13] Một lượng nhỏ là đồng vị đơtơri, 3He và liti (7Li).[14] Sau

đó, qua các thế hệ sao sinh ra và chết đi, không gian giữa các sao được bổ sung thêm các sản phẩm của các phản ứng nhiệt hạch, thường được

phóng ra bởi các vụ nổ của siêu tân tinh, gió sao [15]

Vụ Nổ Lớn còn để lại là một lượng lớn các photon (ở dạng bức xạ nền đã quan sát được) và neutrino Nhiệt độ của bức xạ nền giảm đều đặn khi vũ trụ nở ra, và nay xuống còn 2,725 K, ứng với cực đại bức xạ ở sóng vi

ba.[16] Mật độ của nền neutrino ngày nay vào khoảng 150 hạt trên

xentimét khối.[17]