3 phút đầu tiên

Ăöịi vúâi möơt nhađ víơt lyâ, ăiïìu ăaâng phíịn khúêi lađ coâ thïí kïí vïì caâc sûơ viïơc vúâi nhûông con söị, lađ coâ thïí noâi rùìng úê thúđi ăiïím nađo ăoâ nhiïơt ăöơ, míơt ăöơ hay hú

MUÅC LUÅC

LÚÂI GIÚÁI THIÏÅU 2

LÚÂI TÛÅA CUÃA STEVEN WEINBERG 4

MÚÃ ÀÊÌU: NGÛÚÂI KHƯÍNG LƯÌ VÂ CON BÔ CẤI 8

SÛÅ DẬN NÚÃ CUÃA VUÄ TRUÅ 15

PHƯNG BÛÁC XẨ CÛÅC NGÙỈN VUÄ TRUÅ 43

MƯÅT TOA CHO VUÄ TRUÅ NỐNG 71

BA PHUÁT ÀÊÌU TIÏN 90

VÂI TRANG LÕCH SÛÃ KHOA HỔC 107

PHÊÌN TRÙM GIÊY ÀÊÌU TIÏN 116

PHÊÌN KÏËT: VIÏỴN CẪNH TRÛÚÁC MÙỈT 135

LÚĐI GIÚÂI THIÏƠU

Cuöịn saâch “Ba phuât ăíìu tiïn - Möơt caâch nhòn hiïơn ăaơi vïì nguöìn göịc vuô truơ”

Cuöịn saâch nađy noâi vïì nhûông phuât ăíìu tiïn cuêa sûơ hònh thađnh vuô truơ, theo thuýịt vuô truơ hoơc hiïơn ăaơi nhíịt goơi lađ thuýịt

“mö hònh chuíín” Noâ xuíịt phaât tûđ thuýịt “Vuơ nöí lúân” cuêa caâc nhađ baâc hoơc Lemaitre vađ Gamow, nhûng ặúơc hiïơn ăaơi hoâa, chñnh xaâc hoâa sau sûơ khaâm phaâ ra phöng bûâc xaơ vuô truơ cûơc ngùưn úê nhiïơt ăöơ 3 kenvin (khoaêng ím 27o ăöơ C) vađo nùm 1964 - 1965

Ăíy lađ cöng lao trûơc tiïịp cuêa hai nhađ baâc hoơc Myô Penzias vađ Wilson, vađ hoơ ăaô ặúơc giaêi thûúêng Nobel nùm 1978 vïì sûơ khaâm phaâ cûơc kyđ quan troơng nađy Nhûng, nhû cuöịn saâch nađy nïu roô, ăoâ cuông lađ cöng lao cuêa möơt tíơp thïí khaâ lúân caâc nhađ khoa hoơc trong míịy chuơc nùm trúđi, trong hađng trùm phođng thñ nghiïơm, ăađi quan saât thiïn vùn, nhoâm nghiïn cûâu lyâ thuýịt, ăaô ăoâng goâp cho thuýịt

“Vuơ nöí lúân” coâ ặúơc daơng “chuíín” ặúơc nhiïìu ngûúđi cöng nhíơn nhû hiïơn nay

Baên thín taâc giaê, Steven Weinberg, möơt thađnh viïn cuêa Viïơn hađn lím khoa hoơc Myô, möơt nhađ baâc hoơc nöíi tiïịng coâ nhiïìu cöịng hiïịn cho víơt lyâ lyâ thuýịt, víơt lyâ haơt cú baên, lyâ thuýịt trûúđng, duđ khöng phaêi trûơc tiïịp lađ möơt nhađ vuô truơ hoơc, nhûng giaân tiïịp ăaô tham gia vađo cuöơc ăíịu tranh cho “mö hònh chuíín” nađy Nùm 1979 Weinberg ăaô ặúơc giaêi Nobel vïì víơt lyâ cuđng vúâi hai nhađ baâc hoơc khaâc do sûơ ăoâng goâp cuêa öng vađo viïơc tòm ra thuýịt thöịng nhíịt hai tûúng taâc: tûúng taâc ýịu vađ tûúng taâc ăiïơn tûê

Cuöịn saâch nađy ặúơc xuíịt baên bùìng tiïịng Viïơt líìn ăíìu nùm

1981 Tûđ ăoâ ăïịn nay cuöịn saâch ăaô ặúơc taâi baên nhiïìu líìn úê nûúâc ngoađi, song víîn khöng hïì coâ sûêa ăöíi gò do tñnh kinh ăiïín cuêa noâ Theo ýu cíìu cuêa ăöng ăaêo baơn ăoơc ýu thñch khoa hoơc, chuâng töi

xin trên troång giúái thiïåu baãn in “Ba phuát àêìu tiïn - Möåt caách nhòn hiïån àaåi vïì nguöìn göëc vuä truå” cuãa Nhaâ xuêët baãn Khoa hoåc vaâ Kyä thuêåt

LÚĐI TÛƠA CUÊA STEVEN WEINBERG

Saâch nađy ặúơc viïịt ra tûđ möơt cuöơc noâi chuýơn cuêa töi trong lïî khaânh thađnh Trung tím khoa hoơc cuêa caâc sinh viïn nùm cuöịi úê Harvard thaâng 11 nùm 1973 Möơt ngûúđi baơn chung, Daniel Bell, ăaô kïí laơi cho öng Erwin Glikes, chuê tõch vađ giaâm ăöịc cöng ty xuíịt baên “Saâch cú baên” nghe vïì cuöơc noâi chuýơn ăoâ, vađ Glikes ăaô giuơc töi biïịn noâ thađnh möơt cuöịn saâch

Ăíìu tiïn töi khöng thíơt say mï vúâi yâ ăoâ lùưm Tuy rùìng thónh thoaêng töi coâ tiïịn hađnh nhûông cuöơc nghiïn cûâu nhoê vïì vuô truơ hoơc, cöng viïơc cuêa töi dñnh lñu nhiïìu hún ăïịn víơt lyâ cuêa nhûông caâi ríịt beâ nhoê, lyâ thuýịt haơt cú baên Ngoađi ra, víơt lyâ haơt cú baên ăaô toê ra sinh ăöơng möơt caâch laơ luđng trong nhûông nùm cuöịi ăíy, vađ töi ăaô töịn quaâ nhiïìu thúđi gian khöng phuơc vuơ noâ, khi viïịt nhûông bađi baâo khöng chuýn mön cho nhûông taơp chñ nađy noơ Töi ăaô ríịt muöịn trúê vïì lađm viïơc toađn böơ thúđi giúđ úê chöî sinh söịng tûơ nhiïn cuêa töi, lađ Taơp chñ víơt lyâ

Tuy nhiïn, töi ăaô thíịy lađ khöng thïí ngûđng suy nghô vïì nhûông cuöịn saâch kïí vïì vuô truơ sú khai Coâ gò híịp díîn hún lađ víịn ăïì

“Phaât minh trúđi ăíịt”? Ngoađi ra, trong vuô truơ sú khai, ăùơc biïơt trong phíìn trùm giíy ăíìu tiïn, caâc víịn ăïì vïì lyâ thuýịt haơt cú baên gùưn chùơt vúâi caâc víịn ăïì vïì vuô truơ hoơc Vađ trûúâc hïịt, bíy giúđ lađ möơt thúđi ăiïím töịt ăïí viïịt vïì vuô truơ sú khai Ăuâng trong thíơp niïn vûđa qua, möơt lyâ thuýịt chi tiïịt vïì quaâ trònh diïîn biïịn cuêa caâc sûơ kiïơn trong vuô truơ sú khai ăaô ặúơc cöng nhíơn röơng raôi dûúâi tïn “mö hònh chuíín”

Thíơt lađ möơt ăiïìu tuýơt vúđi khi ta kïí ặúơc vïì vuô truơ sau giíy ăíìu tiïn, hoùơc nùm ăíìu tiïn Ăöịi vúâi möơt nhađ víơt lyâ, ăiïìu ăaâng phíịn khúêi lađ coâ thïí kïí vïì caâc sûơ viïơc vúâi nhûông con söị, lađ coâ thïí noâi rùìng úê thúđi ăiïím nađo ăoâ nhiïơt ăöơ, míơt ăöơ hay húơp phíìn hoâa hoơc cuêa vuô truơ ăaơt ặúơc nhûông trõ söị nađy noơ Thíơt ra ta khöng hoađn

toađn thíơt chùưc vïì moơi víịn ăïì nađy, nhûng cuông ăaâng phíịn khúêi lađ bíy giúđ ta coâ thïí noâi vïì caâc víịn ăïì nađy vúâi möơt chuât tin tûúêng nađo ăoâ Sûơ phíịn khúêi nađy lađ caâi mađ töi muöịn ặa ăïịn cho baơn ăoơc

Töịt hún hïịt lađ töi phaêi noâi saâch nađy dađnh cho nhûông baơn ăoơc nađo Töi ăaô viïịt cho baơn ăoơc sùĩn sađng theo doôi vađi líơp luíơn chi tiïịt nhûng khöng phaêi thíơt am hiïíu toaân hoơc hoùơc víơt lyâ Mùơc díìu töi phaêi ặa vađo möơt söị yâ tûúêng khoa hoơc khaâ phûâc taơp, song khöng coâ mön toaân hoơc nađo ặúơc duđng trong saâch nađy ngoađi söị hoơc mađ baơn ăoơc khöng cíìn biïịt nhiïìu, thíơm chñ biïịt trûúâc gò vïì víơt lyâ hoùơc thiïn vùn Töi ăaô cöị gùưng thíơn troơng ắnh nghôa caâc danh tûđ khoa hoơc khi duđng chuâng líìn ăíìu, thïm vađo ăíịy töi ăaô cung cíịp möơt baêng tûđ vûơng vïì caâc danh tûđ víơt lyâ vađ thiïn vùn ÚÊ ăíu coâ thïí ặúơc, töi ăaô viïịt caâc con söị bùìng chûô (nhû: möơt trùm nghòn triïơu) mađ khöng duđng caâch ghi khoa hoơc tiïơn lúơi hún: 10 muô 11

Tuy nhiïn, nhû víơy khöng phaêi coâ nghôa lađ töi ăaô cöị viïịt möơt cuöịn saâch dïî hiïíu Khi möơt nhađ luíơt hoơc viïịt cho nhûông baơn ăoơc bònh thûúđng, öng ta giaê thiïịt rùìng hoơ khöng biïịt tiïịng Phaâp vïì luíơt hoùơc ăaơo luíơt “chöịng thûđa hûúêng suöịt ăúđi”, nhûng öng ta, khöng phaêi vò víơy mađ suy nghô tïơ hún vïì hoơ, vađ öng khöng “haơ cöị” ăïịn hoơ Töi muöịn noâi ngûúơc laơi: töi hònh dung baơn ăoơc nhû möơt luíơt sû giađ khaâ tinh khön, öng ta khöng noâi ngön ngûô cuêa töi, nhûng duđ sao cuông mong ăúơi nghe vađi líơp luíơn coâ tñnh thuýịt phuơc trûúâc khi coâ yâ kiïịn caâ nhín

Ăöịi vúâi baơn ăoơc muöịn thíịy thûơc sûơ vađi pheâp toaân lađm cú súê cho caâc líơp luíơn cuêa cuöịn saâch nađy, töi ăaô soaơn “Phuơ trûúng toaân hoơc” liïìn sau cuöịn saâch Trònh ăöơ toaân hoơc duđng úê ăíy lađm cho caâc chuâ thñch nađy coâ thïí hiïíu ặúơc ăöịi vúâi bíịt cûâ ai coâ trònh ăöơ nùm cuöịi ăaơi hoơc vïì möơt khoa hoơc víơt lyâ hoùơc toaân hoơc nađo ăoâ May thay, caâc tñnh toaân quan troơng nhíịt trong vuô truơ hoơc laơi coâ phíìn nađo ăún giaên: chó coâ úê chöî nađy chöî noơ caâc ăiïím tinh tïị hún cuêa thuýịt tûúng ăöịi röơng hoùơc cuêa víơt lyâ haơt nhín múâi ặúơc duđng chuât ñt Nhûông baơn ăoơc muöịn tiïịp tuơc hiïíu víịn ăïì nađy úê möơt trònh ăöơ cao hún seô tòm ặúơc nhiïìu giaâo trònh trònh ăöơ cao (kïí caê cuêa töi) ghi úê muơc “Gúơi yâ ăoơc thïm”

Töi cuông phaêi noâi roô ăöịi tûúơng cuêa cuöịn saâch Ăoâ chùưc khöng phaêi lađ möơt cuöịn saâch noâi vïì moơi khña caơch cuêa vuô truơ hoơc Coâ möơt phíìn “cöí ăiïín” cuêa víịn ăïì, noâi nhiïìu nhíịt vïì cíịu truâc cuêa vuô truơ hiïơn nay úê quy mö lúân: cuöơc tranh luíơn vïì baên chíịt ngoađi thiïn hađ cuêa caâc tinh vín xoùưn öịc; sûơ khaâm phaâ ra caâc dõch chuýín ăoê cuêa caâc thiïn hađ xa vađ sûơ phuơ thuöơc cuêa caâc dõch chuýín ăoâ vađo khoaêng caâch; caâc mö hònh vuô truơ hoơc theo thuýịt tûúng ăöịi röơng cuêa Einstein, de Sitter, Lemaitre vađ Friedmann; vađ v v Phíìn nađy cuêa vuô truơ hoơc ăaô ặúơc mö taê ríịt hay úê möơt söị saâch xuíịt sùưc, vađ töi khöng coâ yâ thuíơt laơi ăíìy ăuê möơt líìn nûôa vïì phíìn nađy úê ăíy Cuöịn saâch nađy noâi vïì vuô truơ sú khai, vađ ăùơc biïơt vïì sûơ hiïíu biïịt múâi vïì vuô truơ sú khai díịy lïn tûđ khi khaâm phaâ ra phöng xa cûơc ngùưn vuô truơ nùm 1965

Cöị nhiïn, thuýịt vuô truơ giaôn núê lađ möơt thađnh phíìn quan troơng trong caâch nhòn cuêa ta hiïơn nay vïì vuô truơ sú khai, cho nïn úê chûúng II, töi ăaô buöơc phaêi giúâi thiïơu ngùưn goơn vïì caâc khña caơnh

“cöí ăiïín” cuêa vuô truơ hoơc Töi tin rùìng chûúng ăoâ ăaô cung cíịp möơt

cú súê thñch húơp, duđ lađ cho baơn ăoơc khöng quen biïịt vuô truơ hoơc ăïí hiïíu caâc phaât triïín gíìn ăíy trong thuýịt vïì vuô truơ sú khai mađ phíìn cođn laơi cuêa cuöịn saâch bađn ăïịn Tuy nhiïn, baơn ăoơc muöịn möơt sûơ giúâi thiïơu ăíìy ăuê nhûông phíìn cöí hún cuêa vuô truơ hoơc thò xin xem caâc saâch ghi trong “Gúơi yâ ăoơc thïm”

Mùơt khaâc, töi ăaô khöng tòm ra ặúơc möơt baên tûúđng thuíơt lõch sûê nađo coâ hïơ thöịng vïì caâc phaât triïín gíìn ăíy cuêa vuô truơ hoơc Do ăoâ töi ăaô buöơc phaêi ăi síu hún möơt chuât, ăùơc biïơt vïì möơt víịn ăïì híịp díîn lađ taơi sao khöng coâ sûơ tòm kiïịm nađo vïì phöng bûâc xaơ cûơc ngùưn cuêa vuô truơ nhiïìu nùm trûúâc 1965 (Ăiïìu nađy ặúơc thaêo luíơn úê chûúng VI) Nhû víơy khöng phaêi ăïí noâi rùìng töi coi saâch nađy lađ möơt cuöịn lõch sûê coâ tñnh chíịt dûât ăiïím vïì caâc phaât triïín ăoâ - töi ríịt tön troơng sûơ cöị gùưng tòm hiïíu vađ sûơ chuâ yâ ăïịn caâc chi tiïịt cíìn thiïịt trong lõch sûê khoa hoơc nïn khöng thïí coâ möơt aêo tûúêng nađo vïì viïơc nađy Traâi laơi, töi seô haơnh phuâc nïịu möơt nhađ sûê hoơc vađ khoa hoơc thíơt sûơ nađo ăoâ seô duđng saâch nađy nhû möơt ăiïím xuíịt phaât vađ viïịt möơt cuöịn lõch sûê ăíìy ăuê vïì ba mûúi nùm cuöịi ăíy cuêa caâc nghiïn cûâu vuô truơ hoơc

Töi hïịt sûâc caêm ún Erwin Glikes vađ Farrell Phillips cuêa cöng

ty “Saâch cú baên” vïì caâc gúơi yâ coâ giaâ trõ cuêa hai öng trong khi chuíín

bõ baên thaêo nađy ăïí xuíịt baên Töi cuông ăaô ặúơc giuâp nhiïìu hún lađ töi coâ thïí noâi ra khi viïịt cuöịn saâch nađy, búêi vò nhûông gúơi yâ thín thiïơn cuêa caâc baơn ăöìng nghiïơp cuêa töi vïì víơt lyâ vađ thiïn vùn Töi muöịn ăùơc biïơt caêm ún Ralph Alpher, Bernard Burke, Robert Dicke, George Field, Gary Feinberg, William Fowler, Robert Herman, Fred Hoyle, Jim Peebles, Arno Penzias, Bill Press, Ed Purcell vađ Robert Wagoner vïì viïơc caâc öng bíơn tím ăoơc vađ phaât biïíu vïì caâc phíìn cuêa cuöịn saâch Töi cuông caêm ún Isaac Asimov, I Bernard Cohen, Martha Liller vađ Phillips Morrison vò ăaô cho thöng tin vïì möơt loaơt víịn ăïì ăùơc biïơt Töi ăùơc biïơt biïịt ún Nigel Calder vò ăaô ăoơc suöịt baên thaêo ăíìu tiïn, vađ ăaô cho nhûông lúđi bònh luíơn xaâc ăaâng Töi khöng thïí hy voơng rùìng cuöịn saâch nađy bíy giúđ hoađn toađn khöng coâ nhûông chöî sai hoùơc töịi nghôa, nhûng töi chùưc lađ noâ roô vađ chñnh xaâc hún nhiïìu so vúâi trûúđng húơp nïịu noâ khöng ặúơc sûơ giuâp ăúô röơng lûúơng mađ töi ăaô may mùưn nhíơn ặúơc

Steven Weinberg Cambridge, Massachusetts

Thaâng 7/1976

MÚÊ ĂÍÌU: NGÛÚĐI KHÖÍNG LÖÌ VAĐ CON BOĐ CAÂI

Trong suöịt phíìn lúân lõch sûê víơt lyâ hoơc, thiïn vùn hoơc hiïơn ăaơi, roô rađng lađ ăaô khöng coâ möơt cú súê quan saât vađ lyâ thuýịt vûông vađng ăïí dûơa vađo ăíịy ngûúđi ta coâ thïí xíy dûơng möơt lõch sûê vuô truơ sú khai Bíy giúđ, ăiïìu ăoâ ăaô thay ăöíi Möơt thuýịt vuô truơ sú khai ăaô ặúơc cöng nhíơn röơng raôi ăïịn mûâc caâc nhađ thiïn vùn thûúđng goơi noâ lađ “mö hònh chuíín”

Nguöìn göịc vuô truơ ặúơc giaêi thñch trong saâch “Edda treê”, möơt sûu tíơp truýơn thíìn thoaơi mađ nhađ töơc trûúêng Aixúlen Snorri Sturleson ăaô sûu tíìm vađo khoaêng nùm 1220 Thuêa sú khai - saâch cuêa Edda viïịt - khöng coâ gò caê “Khöng tòm thíịy ăíịt, phña trïn cuông khöng coâ trúđi, chó coâ möơt khoaêng tröịng lúân kinh khuêng, vađ khöng ăíu coâ coê” Phña bùưc vađ phña nam cuêa khoaêng khöng tröịng röîng lađ nhûông vuđng cuêa giaâ reât vađ lûêa, Niflheim vađ Muspelheim Sûâc noâng tûđ vuđng Muspelheim lađm tan caâc khöịi bùng giaâ cuêa Niflheim vađ tûđ caâc haơt nûúâc möơt ngûúđi khöíng löì xuíịt hiïơn, Ymer Thïị thò Ymer ùn gò? Hònh nhû trong truýơn cuông coâ möơt con bođ caâi tïn lađ Audhumla Thïị thò noâ ùn gò? Khöng sao, cuông coâ möơt ñt muöịi, v v vađ v v

Töi khöng muöịn lađm mïịch lođng nhûông ai coâ thiïơn caêm tön giaâo, kïí caê coâ thiïơn caêm vúâi tñn ngûúông Viking (Viking: tïn goơi nhûông tïn cûúâp biïín Scanăinavia thuúê xûa (ND).), nhûng töi cho rùìng cuông ăuâng khi noâi rùìng cíu chuýơn trïn khöng cho chuâng ta möơt hònh aênh thoêa maôn lùưm vïì nguöìn göịc vuô truơ Duđ boê qua moơi ăiïìu hïịt sûâc traâi vúâi nhûông chuýơn dô nhiïn, thöng thûúđng, cíu chuýơn nađy víîn lađm naêy sinh nhûông cíu hoêi nhiïìu bùìng nhûông víịn ăïì noâ giaêi ăaâp, möîi sûơ giaêi ăaâp laơi díîn ăïịn möơt ăiïìu phûâc taơp múâi cho caâc ăiïìu kiïơn ban ăíìu

Chuâng ta khöng thïí chó móm cûúđi khi nghe chuýơn Edda vađ khûúâc tûđ toađn böơ sûơ suy ăoaân vïì nguöìn göịc vuô truơ, lođng ham muöịn

tòm hiïíu lõch sûê vuô truơ kïí tûđ buöíi sú khai cuêa noâ thûơc khöng gò ngùn caên ặúơc Tûđ luâc khoa hoơc hiïơn ăaơi bùưt ăíìu, úê nhûông thïị kyê

16 vađ 17, caâc nhađ víơt lyâ, thiïn vùn ăaô nhiïìu líìn trúê vïì nguöìn göịc vuô truơ

Tuy nhiïn, quanh möơt loaơi nghiïn cûâu nhû víơy luön luön phaêng phíịt nhûông ăiïìu tai tiïịng Töi nhúâ laơi luâc töi cođn lađ möơt sinh viïn vađ khi ăoâ tûơ bùưt ăíìu nghiïn cûâu khoa hoơc (vïì nhûông víịn ăïì khaâc) trong nhûông nùm 1950, nghiïn cûâu vïì vuô truơ sú khai bõ nhiïìu ngûúđi coi khöng phaêi lađ möơt cöng viïơc mađ möơt nhađ khoa hoơc ặâng ăùưn phaêi ăïí nhiïìu thúđi giúđ vađo ăíịy Sûơ ăaânh giaâ nhû víơy cuông khöng phaêi vö cùn cûâ Trong suöịt phíìn lúân lõch sûê víơt lyâ hoơc, thiïn vùn hoơc hiïơn ăaơi, roô rađng lađ ăaô khöng coâ möơt cú súê quan saât vađ lyâ thuýịt vûông vađng ăïí dûơa vađo ăíịy ngûúđi ta coâ thïí xíy dûơng möơt lõch sûê vuô truơ sú khai

Bíy giúđ, ăuâng trong 10 nùm qua, ăiïìu ăoâ ăaô thay ăöíi Möơt thuýịt vuô truơ sú khai ăaô ặúơc cöng nhíơn röơng raôi ăïịn mûâc caâc nhađ thiïn vùn thûúđng goơi noâ lađ “mö hònh chuíín” Noâ möơt phíìn nađo giöịng caâi mađ ăöi khi ặúơc goơi lađ thuýịt “vuơ nöí lúân”, nhûng ặúơc böí sung möơt toa (úê ăíy chuâng töi dõch “recipe” lađ “toa” ăïí giûô ăuâng caâch noâi hoâm hónh cuêa taâc giaê Cođn coâ thïí dõch lađ “cöng thûâc” hoùơc

“ăún” (ND).) roô rađng hún ríịt nhiïìu vïì caâc thađnh phíìn cuêa vuô truơ Thuýịt vïì vuô truơ sú khai nađy lađ ăïì tađi cuöịn saâch cuêa chuâng ta

Ăïí thíịy ặúơc ta seô ăi túâi ăíu, coâ thïí cíìn bùưt ăíìu vúâi möơt ăoaơn toâm tùưt lõch sûê vuô truơ sú khai nhû ặúơc hiïíu trong “mö hònh chuíín” hiïơn nay Ăíy chó lađ möơt sûơ lûúât qua ngùưn goơn - caâc chûúng tiïịp theo seô giaêi thñch caâc chi tiïịt cuêa lõch sûê nađy vađ caâc lyâ do khiïịn ta tin vađo noâ phíìn nađo

Luâc ăíìu ăaô xaêy ra möơt vuơ nöí Khöng phaêi möơt vuơ nöí nhû thûúđng xaêy ra trïn traâi ăíịt, bùưt ăíìu tûđ möơt trung tím nhíịt ắnh vađ lan truýìn ra caâc vuđng xung quanh möîi luâc möơt xa, mađ lađ möơt vuơ nöí xaêy ra ăöìng thúđi úê bíịt cûâ ăiïím nađo, líịp ăíìy toađn böơ khöng gian ngay tûđ ăíìu, trong ăoâ möîi haơt víơt chíịt ăïìu rúđi xa caâc haơt khaâc “Toađn böơ khöng gian” úê ăíy coâ thïí hiïíu hoùơc lađ toađn böơ khöng gian cuêa möơt vuô truơ vö haơn hoùơc cuêa möơt vuô truơ hûôu haơn,

noâ tûơ kheâp kñn nhû bïì mùơt möơt hònh cíìu Caê hai khaê nùng ăïìu khöng phaêi dïî hiïíu, nhûng viïơc ăoâ khöng caên trúê gò ta; trong vuô truơ sú khai, viïơc khöng gian lađ hûôu haơn hay vö haơn híìu nhû khöng quan troơng

Sau khoaêng 1/100 giíy, thúđi gian súâm nhíịt mađ ta coâ thïí tûúđng thuíơt vúâi möơt trùm nghòn triïơu (10 muô 11) ăöơ baâch phín (Trong saâch, taâc giaê duđng khi thò ăöơ baâch phín cho dïî hiïíu, khi thò ăöơ Kelvin Thûơc ra, phaêi duđng ăún võ “kenvin” thay ăöơ baâch phín hoùơc ăöơ Kelvin (ND).) Nhû víơy lađ noâng hún nhiïìu so vúâi úê trung tím cuêa möơt vò sao noâng nhíịt, noâng ăïịn nöîi thûơc ra khöng coâ thađnh phíìn nađo cuêa víơt chíịt bònh thûúđng, phín tûê, nguýn tûê hoùơc duđ lađ haơt nhín cuêa nguýn tûê coâ thïí baâm vađo nhau ặúơc Thay vađo ăoâ, víơt chíịt rúđi xa nhau trong vuơ nöí nađy göìm coâ nhûông loaơi haơt cú baên khaâc nhau, caâc haơt nađy lađ ăöịi tûúơng nghiïn cûâu cuêa víơt lyâ haơt nhín nùng lûúơng cao hiïơn ăaơi

Chuâng ta seô gùơp nhûông haơt ăoâ nhiïìu líìn trong saâch nađy - hiïơn giúđ chó cíìn goơi tïn caâc haơt coâ mùơt nhiïìu nhíịt trong vuô truơ sú khai, vađ trong caâc chûúng III vađ IV seô coâ nhûông giaêi thñch chi tiïịt hún Möơt loaơi haơt ríịt phöí biïịn luâc ăoâ lađ electron, haơt mang ăiïơn

ím chaơy trong caâc díy díîn ăiïơn vađ taơo nïn caâc lúâp voê cuêa moơi nguýn tûê vađ phín tûê trong vuô truơ hiïơn nay Möơt loaơi haơt khaâc cuông coâ ríịt nhiïìu trong caâc buöíi sú khai lađ pozitron, möơt loaơi haơt mang ăiïơn dûúng cuđng möơt khöịi lûúơng nhû electron Trong vuô truơ hiïơn nay pozitron chó ặúơc tòm thíịy trong caâc phođng thñ nghiïơm nùng lûúơng cao, trong möơt vađi kiïíu phoâng xaơ vađ trong nhûông hiïơn tûúơng thiïn vùn cûơc maơnh nhû caâc tia vuô truơ vađ sao siïu múâi, nhûng trong vuô truơ sú khai, söị lûúơng pozitron ăuâng bùìng söị lûúơng electron Ngoađi electron vađ pozitron luâc ăoâ cođn coâ nhûông loaơi neutrino, söị lûúơng cuông gíìn bùìng nhû víơy, nhûông haơt “ma” mang khöịi lûúơng vađ ăiïơn tñch bùìng khöng Cuöịi cuđng, vuô truơ luâc ăoâ chûâa ăíìy aânh saâng Khöng ặúơc xem xeât aânh saâng taâch rúđi vúâi caâc haơt Thuýịt lûúơng tûê cho ta biïịt rùìng aânh saâng göìm nhûông haơt khöịi lûúơng bùìng khöng, ăiïơn tñch bùìng khöng, goơi lađ photon (Möîi líìn möơt nguýn tûê trong díy toâc boâng ăeđn ăiïơn chuýín tûđ möơt traơng thaâi nùng lûúơng cao ăïịn möơt traơng thaâi nùng lûúơng thíịp hún thò

möơt photon ặúơc phaât ra) Söị photon ặúơc phaât ra tûđ möơt boâng ăiïơn nhiïìu ăïịn nöîi chuâng dûúđng nhû lađ nhíơp vúâi nhau thađnh möơt luöìng aânh saâng liïn tuơc, nhûng möơt tïị bađo quang ăiïơn coâ thïí ăïịm tûđng photon möơt Möîi photon mang möơt lûúơng nùng lûúơng vađ xung lûúơng xaâc ắnh, phuơ thuöơc vađo bûúâc soâng aânh saâng Ăïí mö taê aânh saâng ăaô trađn ngíơp vuô truơ sú khai, chuâng ta coâ thïí noâi rùìng söị lûúơng vađ nùng lûúơng trung bònh cuêa caâc photon luâc ăoâ xíịp xó bùìng söị lûúơng vađ nùng lûúơng trung bònh cuêa caâc electron, pozitron hoùơc neutrino

Caâc haơt ăoâ - electron, pozitron, neutrino, photon - ăaô ặúơc taơo nïn möơt caâch liïn tuơc tûđ nùng lûúơng thuíìn tuây vađ röìi sau nhûông khoaênh khùưc töìn taơi laơi bõ huêy diïơt Nhû víơy, söị lûúơng cuêa chuâng khöng phaêi lađ ăaô ặúơc ắnh ngay tûđ ăíìu, mađ thay vađo ăoâ ặúơc cöị ắnh bùìng sûơ cín bùìng- giûôa caâc quaâ trònh sinh vađ huêy Tûđ sûơ cín bùìng nađy ta coâ thïí suy ra rùìng míơt ăöơ thûâ xuâp (Chuâng töi dõch “cosmic soup” lađ xuâp vuô truơ (möơt moân “hííu löịn” vuô truơ) ăïí giûô caâch noâi hoâm hónh cuêa taâc giaê (ND).) vuô truơ ăoâ úê nhiïơt ăöơ möơt trùm nghòn triïơu ăöơ, lúân gíịp khoaêng böịn nghòn triïơu líìn míơt ăöơ cuêa nûúâc Luâc ăoâ cuông coâ pha möơt söị ñt haơt nùơng hún, caâc proton vađ neutron, mađ trong thïị giúâi hiïơn nay lađ nhûông thađnh phíìn cuêa caâc haơt nhín nguýn tûê (Proton mang ăiïơn tñch dûúng, neutron nùơng hún möơt ñt vađ trung hođa vïì ăiïơn) Tyê lïơ luâc ăoâ vađo khoaêng möơt proton vađ möơt neutron trïn möîi nghòn triïơu electron hoùơc pozitron hoùơc neutrino hoùơc photon Con söị ăoâ - möơt nghòn triïơu photon trïn möîi haơt nhín - lađ con söị quýịt ắnh cíìn phaêi ruât ra tûđ quan saât ăïí taơo ra mö hònh chuíín cuêa vuô truơ Sûơ phaât hiïơn ra phöng bûâc xaơ vuô truơ ặúơc thaêo luíơn úê chûúng III thûơc ra lađ möơt pheâp ăo con söị ăoâ

Khi vuơ nöí tiïịp tuơc thò nhiïơt ăöơ haơ xuöịng túâi ba mûúi nghòn triïơu (3 10 muô 10) ăöơ C sau khoaêng möơt phíìn mûúđi giíy; mûúđi nghòn triïơu ăöơ sau möơt giíy vađ ba nghòn triïơu ăöơ sau 14 giíy Nhû víơy ăuê laơnh ăïí electron vađ pozitron bùưt ăíìu bõ huêy vúâi nhau nhanh hún lađ coâ thïí ặúơc taâi sinh tûđ photon vađ neutrino Nùng lûúơng ặúơc giaêi phoâng trong sûơ huêy víơt chíịt taơm thúđi lađm giaêm töịc ăöơ laơnh díìn cuêa vuô truơ, nhûng nhiïơt ăöơ tiïịp tuơc giaêm, cuöịi cuđng ăi ăïịn möơt

nghòn triïơu ăöơ sau ba phuât ăíìu tiïn Luâc ăoâ ăuê laơnh ăïí photon vađ neutron bùưt ăíìu taơo thađnh caâc haơt nhín phûâc taơp, bùưt ăíìu lađ haơt nhín cuêa hydro nùơng (hay ăúteri) noâ göìm möơt proton vađ möơt neutron Míơt ăöơ luâc ăoâ haôy cođn khaâ cao (húi nhoê hún míơt ăöơ cuêa nûúâc), cho nïn caâc haơt nhín nheơ ăoâ coâ thïí húơp laơi vúâi nhau möơt caâch nhanh choâng thađnh haơt nhín nheơ bïìn nhíịt, haơt nhín cuêa heli, göìm hai photon vađ hai neutron

Sau ba phuât ăíìu tiïn, vuô truơ göìm chuê ýịu aânh saâng, neutrino vađ phaên neutrino Luâc ăoâ víîn cođn chuât ñt chíịt haơt nhín, göìm coâ khoaêng 73 % hydro vađ 27 % heli vađ möơt söị, cuông ñt nhû víơy, electron cođn laơi tûđ quaâ trònh huêy electron vađ pozitron Víơt chíịt ăoâ tiïịp tuơc rúđi xa nhau, cađng ngađy cađng laơnh hún, loaông hún Maôi líu sau, sau möơt vađi trùm nghòn nùm múâi bùưt ăíìu ăuê laơnh ăïí cho electron kïịt húơp vúâi haơt nhín thađnh nguýn tûê hydro vađ heli Chíịt khñ ặúơc hònh thađnh seô bùưt ăíìu, dûúâi aênh hûúêng cuêa lûơc híịp díîn, taơo nïn nhûông khöịi kïịt mađ sau nađy seô ngûng tuơ laơi, taơo ra caâc thiïn hađ vađ caâc ngöi sao cuêa vuô truơ hiïơn nay Tuy nhiïn, nhûông thađnh phíìn mađ caâc ngöi sao duđng ăïí bùưt ăíìu ăúđi söịng cuêa chuâng cuông chó lađ nhûông thađnh phíìn ặúơc taơo ra trong ba phuât ăíìu tiïn

Mö hònh chuíín ặúơc phaâc hoơa ra trïn ăíy khöng phaêi lađ thuýịt thoêa maôn nhíịt mađ ta coâ thïí tûúêng tûúơng ặúơc vïì nguöìn göịc vuô truơ Cuông nhû trong saâch “Edda treê” coâ möơt sûơ mú höì ăaâng lo ngaơi vïì chñnh luâc bùưt ăíìu, vïì phíìn giíy ăíìu tiïn - hoùơc hún keâm möơt ñt

Ngoađi ra viïơc cíìn quy ắnh caâc ăiïìu kiïơn ban ăíìu, ăùơc biïơt tyê lïơ möơt nghòn triïơu photon trïn möơt haơt nhín cuông khöng ặúơc tûơ nhiïn lùưm Chuâng ta thñch möơt sûơ thuýịt trònh coâ lögic chùơt cheô hún

Vñ duơ möơt thuýịt khaâc coâ veê híịp díîn vïì mùơt triïịt hoơc hún nhiïìu, lađ mö hònh traơng thaâi dûđng Trong thuýịt ặúơc Herman Bondi, Thomas Gold (dûúâi möơt daơng húi khaâc) vađ Fred Hoyle ặa

ra trong nhûông nùm cuöịi cuêa thíơp niïn 40 nađy, vuô truơ ăaô luön luön töìn taơi nhû hiïơn nay Khi noâ giaôn ra, víơt chíịt “múâi” ặúơc taơo

thađnh möơt caâch liïn tuơc ăïí líịp caâc khoaêng tröịng giûôa caâc thiïn hađ Coâ thïí lađ moơi cíu hoêi vïì viïơc taơi sao vuô truơ lađ nhû thïị nađy coâ thïí ặúơc giaêi ăaâp trong thuýịt nađy bùìng caâch chó ra rùìng noâ nhû thïị ăoâ vò ăíịy lađ caâch duy nhíịt ăïí noâ luön luön lađ khöng ăöíi Víịn ăïì vuô truơ sú khai bõ loaơi trûđ: khöng coâ vuô truơ sú khai

Víơy thò taơi sao chuâng ta laơi ăi ăïịn “mö hònh chuíín”? Vađ taơi sao noâ ăaô thay thïị caâc thuýịt khaâc nhû “mö hònh traơng thaâi dûđng”? Ăíy lađ möơt ăiïím ăaâng khím phuơc vïì tñnh khaâch quan cuêa víơt lyâ thiïn vùn hiïơn ăaơi, rùìng sûơ nhíịt trñ ăaô ăaơt ặúơc nađy khöng phaêi do nhûông sûơ thay ăöíi thiïn vïì triïịt hoơc hoùơc do aênh hûúêng cuêa nhûông “öng quan” cuêa víơt lyâ thiïn vùn mađ lađ do aâp lûơc cuêa nhûông söị liïơu thûơc nghiïơm

Hai chûúng tiïịp theo ăíy seô mö taê hai sûơ kiïơn lúân mađ caâc quan saât thiïn vùn ăaô cung cíịp, chuâng ăaô díîn ta ăïịn “mö hònh chuíín” - caâc phaât hiïơn vïì sûơ luđi xa cuêa caâc thiïn hađ úê xa xùm vađ vïì möơt phöng bûâc xaơ ýịu chûâa ăíìy trong vuô truơ Ăíy lađ möơt cíu chuýơn phong phuâ cho caâc nhađ nghiïn cûâu lõch sûê khoa hoơc, noâ chûâa ăíìy nhûông bûúâc ăi ban ăíìu sai lïơch, nhûông dõp may ăaô bõ boê lúô, nhûông ắnh kiïịn lyâ thuýịt vađ vai trođ cuêa nhûông nhín víơt quan troơng

Sau sûơ trònh bađy sú lûúơc ăoâ vïì vuô truơ hoơc quan saât, töi seô cöị gùưng sùưp xïịp caâc söị liïơu laơi vúâi nhau ăïí coâ möơt bûâc tranh nhíịt quaân vïì caâc ăiïìu kiïơn víơt lyâ trong vuô truơ sú khai Nhû víơy ta coâ thïí quay laơi ba phuât ăíìu tiïn vúâi nhiïìu chi tiïịt hún Caâch trònh bađy theo nghïơ thuíơt ăiïơn aênh coâ veê thñch húơp: caênh nađy tiïịp theo caênh khaâc, chuâng ta seô quan saât vuô truơ giaôn núê vađ laơnh díìn Chuâng ta cuông coâ thïí thûê nhòn möơt chuât vađo möơt thúđi ăaơi mađ hiïơn nay víîn bao phuê búêi möơt bûâc mađn bñ míơt - caâi phíìn trùm giíy ăíìu tiïn vađ caâi gò ăaô xaêy ra trûúâc ăoâ

Chuâng ta coâ thïí hoađn toađn tin chùưc vađo mö hònh chuíín khöng? Nhûông phaât hiïơn múâi nađo ăoâ coâ thïí ăaânh ăöí noâ vađ thay bùìng möơt thuýịt “nguöìn göịc vuô truơ” khaâc nađo ăoâ, kïí caê lađm söịng laơi mö hònh traơng thaâi dûđng hay khöng? Cuông coâ thïí Töi khöng

thïí chöịi rùìng töi coâ möơt caêm giaâc khöng thíơt khi viïịt vïì ba phuât ăíìu tiïn, nhû thïí lađ töi ăaô biïịt chùưc vïì cíu chuýơn töi muöịn noâi

Tuy nhiïn, duđ phaêi bõ thay thïị, mö hònh chuíín seô ặúơc coi lađ ăaô ăoâng möơt vai trođ coâ giaâ trõ lúân trong lõch sûê cuêa vuô truơ hoơc Hiïơn nay ngûúđi ta ăaô coi troơng (tuy rùìng múâi chó mûúđi nùm gíìn ăíy thöi) viïơc thûê nghiïơm caâc yâ tûúêng lyâ thuýịt trong víơt lyâ hoùơc víơt lyâ thiïn vùn bùìng caâch ruât ra caâc hïơ quaê cuêa chuâng theo mö hònh chuíín Hiïơn nay ngûúđi ta thûúđng duđng mö hònh chuíín nhû möơt cú súê lyâ thuýịt ăïí biïơn höơ cho nhûông chûúng trònh quan saât thiïn vùn Nhû víơy, mö hònh chuíín cho möơt ngön ngûô chung cíìn thiïịt, cho pheâp caâc nhađ lyâ thuýịt vađ quan saât ăaânh giaâ ặúơc cöng viïơc cuêa nhau Nïịu möơt ngađy nađo ăoâ mö hònh chuíín bõ thay thïị búêi möơt lyâ thuýịt töịt hún, ăoâ coâ thïí lađ do nhûông quan saât hay xuíịt phaât tûđ

mö hònh chuíín

Trong chûúng cuöịi, töi seô noâi möơt ăoaơn ngùưn vïì tûúng lai vuô truơ Noâ coâ thïí giaôn núê maôi maôi, ngađy cađng laơnh hún, tröịng röîng hún vađ “chïịt” hún Ngûúơc laơi, noâ coâ thïí co heơp laơi, lađm cho caâc thiïn hađ, caâc ngöi sao vađ haơt nhín nguýn tûê nöí tung vađ trúê vïì caâc húơp phíìn cuêa noâ Tíịt caê caâc víịn ăïì chuâng ta gùơp khi chuâng ta muöịn hiïíu ba phuât luâc ăoâ seô xuíịt hiïơn trúê laơi khi ta muöịn tiïn ăoaân caâc sûơ kiïơn seô xaêy ra trong ba phuât cuöịi

SÛƠ DAÔN NÚÊ CUÊA VUÔ TRUƠ

Nhòn vađo bíìu trúđi ban ăïm, ta coâ caêm giaâc maơnh meô vïì möơt vuô truơ khöng biïịn ăöơng Thûơc ra, nhûông ăaâm míy bay qua mùơt trùng, bíìu trúđi xoay quanh sao Bùưc ăííu vađ sau nhûông khoaêng thúđi gian dađi hún thò mùơt trùng cuông khi trođn khi khuýịt, vađ mùơt trùng cuông nhû caâc hađnh tinh ăïìu chuýín ăöơng trïn phöng caâc vò sao Nhûng chuâng ta biïịt ăíy chó lađ hiïơn tûúơng cuơc böơ, do caâc chuýín ăöơng trong thaâi dûúng hïơ cuêa chuâng ta gíy ra Ngoađi caâc hađnh tinh ra, caâc ngöi sao dûúđng nhû ặâng ýn

Cöị nhiïn, sao cuông chuýín ăöơng vúâi nhûông töịc ăöơ ăaơt vađi trùm kilömet möîi giíy, nhû víơy trong möơt nùm, möơt ngöi sao chuýín ăöơng nhanh coâ thïí ăi mûúđi nghòn triïơu kilömet Ăíịy lađ möơt khoaêng möơt nghòn líìn nhoê hún khoaêng caâch ăïịn nhûông ngöi sao duđ lađ gíìn nhíịt, cho nïn võ trñ biïíu kiïịn cuêa chuâng trïn bíìu trúđi thay ăöíi ríịt chíơm (Vñ duơ ngöi sao chuýín ăöơng tûúng ăöịi nhanh, goơi lađ Barnard úê caâch ta möơt khoaêng chûđng 56 triïơu triïơu kilömet Noâ chuýín ăöơng qua ặúđng nhòn vúâi töịc ăöơ 89 km/s hoùơc 2,8 nghòn triïơu kilömet möîi nùm, kïịt quaê lađ võ trñ biïíu kiïịn cuêa noâ thay ăöíi möơt goâc bùìng 0,0029 ăöơ trong möơt nùm) Caâc nhađ thiïn vùn goơi sûơ thay ăöíi võ trñ biïíu kiïịn cuêa nhûông ngöi sao gíìn trïn bíìu trúđi lađ

“chuýín ăöơng riïng”

Võ trñ biïíu kiïịn trïn bíìu trúđi cuêa nhûông ngöi sao xa hún thay ăöíi chíơm ăïịn mûâc chuýín ăöơng riïng cuêa chuâng khöng thïí phaât hiïơn ặúơc thíơm chñ bùìng sûơ quan saât kiïn nhíîn nhíịt ÚÊ ăíy chuâng

ta seô thíịy rùìng caâi caêm giaâc khöng biïịn ăöơng nađy lađ sai líìm Caâc quan saât mađ chuâng ta thaêo luíơn trong chûúng nađy cho thíịy lađ vuô truơ úê trong möơt traơng thaâi nöí dûô döơi, trong ăoâ caâc ăaêo sao lúân goơi lađ caâc thiïn hađ ăang rúđi xa nhau vúâi nhûông töịc ăöơ gíìn bùìng töịc ăöơ aânh saâng Sau nađy chuâng ta coâ thïí ngoaơi suy sûơ nöí ăoâ luđi vïì thúđi

gian ăïí kïịt luíơn rùìng tíịt caê caâc thiïn hađ chùưc ăaô phaêi gíìn nhau hún nhiïìu úê cuđng möơt luâc trong quaâ khûâ - gíìn nhau ăïịn mûâc mađ thûơc ra khöng coâ thiïn hađ nađo hoùơc vò sao nađo hoùơc kïí caê nguýn tûê hay haơt nhín nguýn tûê nađo coâ thïí töìn taơi riïng biïơt Ăoâ lađ kyê nguýn mađ chuâng ta goơi lađ “vuô truơ sú khai”, ăöịi tûúơng nghiïn cûâu cuêa cuöịn saâch nađy

Sûơ hiïíu biïịt cuêa chuâng ta vïì sûơ giaôn núê cuêa vuô truơ hoađn toađn dûơa trïn sûơ kiïơn lađ caâc nhađ thiïn vùn coâ khaê nùng ăo chuýín ăöơng cuêa möơt víơt thïí saâng theo hûúâng trûơc tiïịp doơc theo ặúđng nhòn chñnh xaâc hún ríịt nhiïìu so vúâi khi ăo chuýín ăöơng ăoâ theo nhûông hûúâng vuöng goâc vúâi ặúđng nhòn Kyô thuíơt ăo duđng möơt tñnh chíịt quen thuöơc cuêa moơi chuýín ăöơng soâng, goơi lađ hiïơu ûâng Doppler Khi ta quan saât möơt soâng ím hoùơc soâng aânh saâng tûđ möơt nguöìn bíịt ăöơng, thúđi gian giûôa caâc ẳnh soâng khi chuâng ăïịn ặúơc thiïịt bõ quan saât cuêa ta cuông ăuâng lađ thúđi gian giûôa caâc ẳnh soâng khi chuâng rúđi khoêi nguöìn Mùơt khaâc, nïịu nguöìn chuýín ăöơng taâch khoêi chuâng ta thò thúđi gian giûôa caâc líìn túâi cuêa nhûông ẳnh soâng liïn tiïịp lúân hún thúđi gian giûôa nhûông luâc chuâng rúđi khoêi nguöìn, vò möîi ẳnh sau khi túâi chöî ta phaêi ăi möơt quaông ặúđng dađi hún möơt chuât

so vúâi ẳnh trûúâc Thúđi gian giûôa caâc ẳnh chñnh bùìng bûúâc soâng chia cho töịc ăöơ cuêa soâng, nhû víơy möơt soâng phaât ra búêi möơt nguöìn chuýín ăöơng ra xa khoêi ta seô hònh nhû coâ möơt bûúâc soâng dađi hún so vúâi khi nguöìn ặâng ýn (Cuơ thïí ăöơ tùng tyê ăöịi cuêa bûúâc soâng bùìng

tó söị giûôa töịc ăöơ nguöìn soâng vađ töịc ăöơ cuêa soâng, nhû ặúơc chó ra trong chuâ thñch toaân hoơc 1) Cuông nhû víơy, nïịu nguöìn chuýín ăöơng vïì phña ta, thúđi gian giûôa nhûông líìn xuíịt hiïơn cuêa hai ẳnh soâng giaêm ăi búêi vò möîi ẳnh soâng kïị tiïịp ăi möơt quaông ặúđng ngùưn hún vađ soâng hònh nhû coâ möơt bûúâc soâng ngùưn hún Ăiïìu nađy giöịng nhû thïí möơt ngûúđi baân hađng lûu ăöơng muöịn gûêi thû vïì nhađ möơt caâch ăïìu ăùơn, möîi tuíìn möơt líìn suöịt trong chuýịn ăi cuêa mònh: khi ngûúđi ăoâ ăi xa nhađ, möîi thû tiïịp sau seô phaêi ăi möơt khoaêng caâch xa hún thû trûúâc, cho nïn caâc bûâc thû cuêa ngûúđi ăoâ seô ăïịn caâch nhau hún möơt tuíìn; trïn ặúđng trúê vïì, möîi thû tiïịp sau seô ăi möơt khoaêng caâch ngùưn hún nïn caâc bûâc thû ăïịn caâch nhau chûa ăíìy möơt tuíìn

Hiïơn nay ríịt dïî quan saât hiïơu ûâng Doppler trïn soâng ím Chó cíìn ặâng bïn ặúđng caâi vađ nhíơn xeât rùìng ăöơng cú cuêa möơt xe ö

tö chaơy nhanh phaât ra ím thanh cao hún (nghôa lađ coâ bûúâc soâng ngùưn hún) khi chiïịc ö tö lao vïì phña ta so vúâi khi chiïịc ö tö chaơy khoêi ta Hiïơu ûâng nađy ặúơc Johann Christian Doppler, giaâo sû toaân hoơc trûúđng Realschule úê Praha nïu ra líìn ăíìu tiïn cho caê soâng ím vađ soâng aânh saâng nùm 1842 Hiïơu ûâng Doppler cho soâng

ím ặúơc nhađ khñ tûúơng hoơc Hađ Lan Buys - Ballot thûê nghiïơm trong möơt thñ nghiïơm híịp díîn vađo nùm 1845 - öng duđng möơt dađn nhaơc keđn ăùơt trïn möơt toa xe lûêa mui tríìn phoâng nhanh qua vuđng nöng thön Hađ Lan gíìn Utrecht lađm nguöìn ím thanh di ăöơng Doppler cho rùìng hiïơu ûâng cuêa öng coâ thïí cùưt nghôa mađu sùưc khaâc nhau cuêa caâc vò sao AÂnh saâng cuêa caâc vò sao chuýín ăöơng rúđi xa quaê ăíịt phaêi dõch chuýín vïì phña nhûông bûúâc soâng dađi hún, vađ do aânh saâng ăoê coâ bûúâc soâng dađi hún bûúâc soâng trung bònh cuêa aânh saâng thíịy ặúơc, nïn möơt ngöi sao nhû víơy seô hiïơn ra ăoê hún bònh thûúđng Cuông nhû víơy, aânh saâng tûđ caâc vò sao chuýín ăöơng vïì phña quaê ăíịt seô dõch chuýín vïì phña bûúâc soâng ngùưn hún, do ăoâ vò sao ặúơc nhòn xanh hún bònh thûúđng

Khöng líu sau ăoâ Buys - Ballot vađ möơt söị ngûúđi khaâc ăaô chó

ra rùìng hiïơu ûâng Doppler vïì cùn baên khöng dñnh lñu gò ăïịn mađu sùưc möơt ngöi sao - ăuâng lađ aânh saâng xanh tûđ möơt ngöi sao ăi xa quaê ăíịt bõ dõch vïì phña ăoê, nhûng ăöìng thúđi möơt phíìn cuêa aânh saâng tûê ngoaơi, thûúđng khöng thíịy ặúơc cuêa vò sao, laơi dõch chuýín vïì phña xanh cuêa phöí thíịy ặúơc, do ăoâ mađu sùưc toađn böơ khöng thay ăöíi Caâc sao coâ mađu sùưc khaâc nhau chuê ýịu vò chuâng coâ bïì mùơt nhiïơt ăöơ khaâc nhau

Tuy nhiïn, hiïơu ûâng Doppler bùưt ăíìu coâ möơt tíìm quan troơng

to lúân trong thiïn vùn hoơc vađo nùm 1868, khi noâ ặúơc aâp duơng cho viïơc nghiïn cûâu nhûông vaơch phöí caâ biïơt Nhiïìu nùm trûúâc ăoâ nhađ quang hoơc Joseph Frauenhofer úê Muynkhen ăaô phaât hiïơn ra, trong nhûông nùm tûđ 1814 ăïịn 1815, rùìng khi aânh saâng mùơt trúđi ăi qua möơt khe heơp vađ sau ăoâ ăi qua möơt lùng kñnh thuêy tinh thò phöí mađu sùưc hiïơn ra coâ hađng trùm vaơch töịi, möîi vaơch ăïìu lađ hònh aênh caâi khe heơp (Möơt vađi vaơch nađy ăaô ặúơc William Hyde Wollaston nhíơn

thíịy trûúâc ăíịy nûôa kia, nùm 1802, nhûng luâc ăoâ khöng ặúơc nghiïn cûâu kyô lûúông) Caâc vaơch töịi luön luön ặúơc thíịy taơi caâc míìu sùưc cöị ắnh Nhûông vaơch phöí töịi nađy cuông ặúơc Frauenhofer tòm thíịy úê nhûông võ trñ nhû víơy trïn quang phöí cuêa mùơt trùng vađ caâc sao saâng hún Ngûúđi ta hiïíu khaâ súâm rùìng nhûông vaơch töịi nađy ặúơc taơo ra búêi sûơ híịp thuơ choơn loơc aânh saâng coâ nhûông bûúâc soâng xaâc ắnh nađo ăoâ, khi aânh saâng ăi tûđ bïì mùơt noâng cuêa möơt vò sao qua khñ quýín bïn ngoađi laơnh hún cuêa noâ Möîi möơt vaơch lađ do sûơ híịp thuơ aânh saâng cuêa möơt nguýn töị hoâa hoơc xaâc ắnh, nhû víơy ngûúđi ta coâ thïí biïịt rùìng caâc nguýn töị trïn mùơt trúđi nhû natri, sùưt, magie, canxi vađ crom cuông lađ nhûông nguýn töị tòm thíịy trïn quaê ăíịt (Hiïơn nay chuâng ta biïịt rùìng bûúâc soâng cuêa caâc vaơch töịi ăuâng lađ nhûông bûúâc soâng mađ möơt photon coâ bûúâc soâng ăoâ seô coâ ăuâng nùng lûúơng ăuê ăïí níng nguýn tûê tûđ traơng thaâi nùng lûúơng thíịp nhíịt lïn möơt trong nhûông traơng thaâi kñch thñch cuêa noâ)

Nùm 1868 William Huggins ăaô coâ thïí chó ra rùìng caâc vaơch töịi trïn phöí cuêa möơt vađi vò sao saâng choâi hún húi dõch chuýín vïì phña ăoê hoùơc phña xanh so vúâi võ trñ bònh thûúđng cuêa chuâng trïn phöí cuêa mùơt trúđi Öng ăaô giaêi thñch ăuâng ăùưn sûơ kiïơn nađy nhû sûơ dõch chuýín Doppler do sûơ chuýín ăöơng cuêa vò sao ra xa khoêi quaê ăíịt hoùơc vïì phña quaê ăíịt gíy ra Vñ duơ, bûúâc soâng cuêa möîi vaơch töịi trïn phöí cuêa sao Capella dađi hún bûúâc soâng cuêa vaơch töịi tûúng ûâng trïn phöí mùơt trúđi 0,01 % Sûơ dõch chuýín vïì phña ăoê nađy chûâng toê Capella ăang rúđi xa ta vúâi möơt töịc ăöơ bùìng 0, 01 % töịc ăöơ aânh saâng hoùơc 30 kilömet möîi giíy Hiïơu ûâng Doppler ặúơc aâp duơng trong nhûông thíơp niïn sau ăoâ ăïí khaâm phaâ víơn töịc cuêa nhûông tai lûêa cuêa mùơt trúđi, cuêa caâc sao ăöi vađ cuêa caâc vaơch sao Thöí

Pheâp ăo caâc víơn töịc bùìng quan saât caâc dõch chuýín Doppler lađ möơt kyô thuíơt ríịt chñnh xaâc, búêi vò bûúâc soâng cuêa caâc vaơch phöí coâ thïí ăo ặúơc vúâi möơt ăöơ chñnh xaâc cao; tòm nhûông bûúâc soâng cho trong caâc baêng söị vúâi taâm con söị coâ yâ nghôa khöng phaêi lađ chuýơn hiïịm Ngoađi ra, kyô thuíơt nađy víîn giûô ặúơc ăöơ chñnh xaâc duđ khoaêng caâch túâi nguöìn saâng lađ bao nhiïu, miïîn lađ nguöìn ăuê aânh saâng ăïí coâ thïí nhíơn ra caâc vaơch phöí trïn bûâc xaơ cuêa bíìu trúđi ban ăïm

Chñnh nhúđ sûê duơng hiïơu ûâng Doppler mađ ta biïịt nhûông giaâ trõ ăùơc trûng cuêa víơn töịc caâc sao ăaô nhùưc ăïịn úê ăíìu chûúng nađy Hiïơu ûâng Doppler cuông cho ta caâch tòm khoaêng caâch ăïịn caâc ngöi sao gíìn; nïịu chuâng ta phoêng ăoaân ặúơc möơt chuât gò ăoâ vïì hûúâng chuýín ăöơng cuêa möơt vò sao, thò dõch chuýín Doppler cho ta víơn töịc cuêa noâ theo phûúng ngang cuông nhû theo phûúng doơc ặúđng nhòn cuêa chuâng ta, do ăoâ viïơc ăo chuýín ăöơng biïíu kiïịn cuêa vò sao ngang qua thiïn cíìu seô cho ta hay noâ caâch xa ta khoaêng bao nhiïu Nhûng hiïơu ûâng Doppler chó bùưt ăíìu cho caâc kïịt quaê coâ tíìm quan troơng vïì mùơt vuô truơ hoơc khi caâc nhađ thiïn vùn bùưt ăíìu nghiïn cûâu phöí cuêa nhûông thiïn thïí úê xa hún caâc vò sao thíịy ặúơc ríịt nhiïìu Töi seô kïí möơt ñt vïì viïơc khaâm phaâ ra caâc thiïn thïí ăoâ, röìi quay laơi hiïơu ûâng Doppler

Chuâng ta seô bùưt ăíìu chûúng nađy bùìng sûơ nhòn ngûúơc lïn bíìu trúđi ăïm Thïm vađo mùơt trùng, hađnh tinh vađ caâc vò sao, cođn coâ hai loaơi thiïn thïí nhòn ặúơc khaâc cođn quan troơng hún vïì mùơt vuô truơ hoơc mađ ăaâng leô töi ăaô phaêi nhùưc ăïịn

Möơt trong hai thiïn thïí nađy dïî thíịy vađ saâng ăïịn mûâc ăöi khi cođn nhòn thíịy ặúơc trïn bíìu trúđi múđ saâng cuêa möơt thađnh phöị ban ăïm Ăoâ lađ möơt daêi saâng vûún dađi thađnh möơt vađnh trođn lúân bao quanh bíìu trúđi vađ tûđ nghòn xûa ăaô ặúơc goơi lađ Ngín hađ Nùm 1750 nhađ chïị duơng cuơ ngûúđi Anh Thomas Wright cho ra möơt cuöịn saâch xuíịt sùưc, Thuýịt nguöìn göịc hay Giaê thuýịt múâi vïì vuô truơ, trong ăoâ öng gúơi yâ rùìng caâc vò sao nùìm trong möơt phiïịn deơt, “phiïịn ăaâ mađi”, coâ bïì dađy hûôu haơn, nhûng vûún ra ríịt xa theo moơi hûúâng cuêa bïì mùơt phiïịn Hïơ mùơt trúđi nùìm trong phiïịn deơt nađy, cho nïn tûơ nhiïn khi ta nhòn tûđ quaê ăíịt doơc theo mùơt phùỉng phiïịn ta thíịy saâng hún khi nhòn theo bíịt kyđ hûúâng nađo khaâc Ăíy lađ caâi ta goơi lađ Ngín hađ

Thuýịt cuêa Wright ăaô ặúơc xaâc nhíơn tûđ líu Hiïơn nay ngûúđi

ta cho rùìng Ngín hađ lađ möơt caâi ẵa sao deơt coâ ặúđng kñnh khoaêng taâm mûúi nghòn nùm aânh saâng vađ chiïìu dađy vađo khoaêng saâu nghòn nùm aânh saâng Noâ cuông coâ möơt quíìng sao hònh cíìu vúâi baân kñnh gíìn möơt trùm nghòn nùm aânh saâng Töíng khöịi lûúơng thûúđng ặúơc

ûúâc tñnh khoaêng 100 nghòn triïơu líìn khöịi lûúơng mùơt trúđi, nhûng möơt söị nhađ thiïn vùn cho rùìng quíìng sao múê röơng coâ thïí coâ khöịi lûúơng lúân hún nhiïìu Hïơ mùơt trúđi úê caâch tím cuêa ẵa vađo khoaêng

ba mûúi nghòn nùm aânh saâng vađ húi “dõch vïì phña bùưc” mùơt phùỉng tím cuêa ẵa Ăôa quay, vúâi nhûông töịc ăöơ ăaơt túâi khoaêng 250 km/s vađ chòa ra nhûông nhaânh xoùưn öịc khöíng löì Ăaơi thïí, nïịu ra coâ thïí nhòn tûđ ngoađi vađo thò ăoâ seô lađ möơt quang caênh vô ăaơi! Toađn böơ hïơ thöịng nađy hiïơn nay thûúđng ặúơc goơi lađ Thiïn hađ hoùơc, vúâi möơt caâch nhòn röơng hún, “thiïn hađ cuêa chuâng ta”

Möơt neât khaâc cuêa bíìu trúđi ban ăïm, ăaâng quan tím vïì mùơt vuô truơ hoơc, keâm roô rađng hún nhiïìu so vúâi ngín hađ Trong chođm sao Andromeda (Tiïn nûô) coâ möơt ăöịm múđ khöng dïî thíịy lùưm nhûng cuông nhòn thíịy roô trong ăïm ăeơp trúđi nïịu ta biïịt cíìn tòm noâ úê chöî nađo Tađi liïơu nhùưc ăïịn noâ ăíìu tiïn coâ thïí lađ sûơ ghi cheâp vïì noâ trong Saâch vïì caâc vò sao cöị ắnh, do nhađ thiïn vùn Ba Tû Abdurrahman Al - Sufi viïịt nùm 964 trûúâc Cöng nguýn Öng ăaô

mö taê mö taê noâ nhû möơt “ăaâm míy nhoê” Sau khi coâ caâc kñnh thiïn vùn, ngûúđi ta ăaô khaâm phaâ ra cađng ngađy cađng nhiïìu nhûông thiïn thïí röơng lúân nhû víơy vađ caâc nhađ thiïn vùn caâc thïị kyê 17 vađ 18 ăaô thíịy caâc thiïn thïí ăoâ trong khi ăi tòm nhûông thiïn thïí mađ hoơ cho lađ thûơc sûơ híịp díîn, lađ caâc sao chöíi Ăïí coâ möơt danh muơc tiïơn lúơi vïì caâc thiïn thïí khöng phaêi quan saât ăïịn khi tòm sao chöíi, nùm 1781 Charles Messier ăaô xuíịt baên möơt catalö nöíi tiïịng, caâc linh vín vađ caâc chuđm sao Cho ăïịn nay caâc nhađ thiïn vùn víîn cođn nhùưc ăïịn

103 thiïn thïí trong catalö ăoâ theo caâc söị hiïơu Messier cuêa chuâng - thñ duơ tinh vín Tiïn nûô lađ M31, tinh vín con Cua (Crab) lađ M1, v.v

Ngay úê thúđi Messier, ngûúđi ta ăaô roô rùìng caâc thiïn thïí röơng lúân ăoâ khöng phaêi lađ nhû nhau Vađi caâi roô rađng lađ nhûông chuđm sao nhû Nhoâm thíịt tinh (M45) Nhûông caâi khaâc lađ nhûông ăaâm míy khñ phaât saâng hònh thuđ khöng ăïìu ăùơn, thûúđng coâ míìu sùưc, vađ thûúđng liïn kïịt vúâi möơt hoùơc vađi vò sao, nhû Ăaơi tinh vín trong chođm Thíìn nöng (M42) Ngađy nay chuâng ta biïịt rùìng nhûông víơt thïí thuöơc caê hai loaơi ăoâ ăïìu úê trong thiïn hađ cuêa chuâng ta, vađ chuâng ta khöng cíìn ăïí yâ ăïịn chuâng nhiïìu hún nûôa úê ăíy Tuy

nhiïn khoaêng möơt phíìn ba caâc víơt thïí trong catalö cuêa Messier lađ nhûông tinh vín trùưng coâ daơng elip khaâ ăïìu ăùơn, trong ăoâ caâi nöíi nhíịt lađ tinh vín Tiïn nûô (M31) Khi caâc kñnh thiïn vùn ặúơc caêi tiïịn, thïm hađng nghòn tinh vín ăaô ặúơc phaât hiïơn vađ vađo khoaêng cuöịi thïị kyê 19, nhiïìu nhaânh xoùưn öịc ăaô ặúơc tòm thíịy, kïí caê M31 vađ M33 Tuy nhiïn, nhûông kñnh thiïn vùn töịt nhíịt cuêa thïị kyê 18 vađ 19 ăaô khöng thïí phín biïơt ặúơc nhûông vò sao riïng leê trong caâc tinh vín hònh elip hoùơc xoùưn öịc, vađ baên chíịt cuêa chuâng víîn cođn chûa roô

Hònh nhû Immanuel Kant lađ ngûúđi ăíìu tiïn ăaô cho rùìng möơt söị caâc tinh vín nađy lađ nhûông thiïn hađ nhû thiïn hađ cuêa chuâng ta Vúâ ặúơc thuýịt cuêa Wright vïì ngín hađ, nùm 1755 Kant ăaô giaê thiïịt trong cuöịn saâch “Lõch sûê tûơ nhiïn toađn nùng vađ thuýịt vïì trúđi ăíịt” cuêa öng rùìng caâc tinh vín “hoùơc, ăuâng hún, möơt loaơi tinh vín nađo ăoâ” thûơc ra lađ nhûông ẵa sao trođn coâ daơng vađ kñch thûúâc giöịng thiïn hađ cuêa chuâng ta Chuâng ặúơc nhòn nhû lađ coâ daơng elip búêi vò ăa söị chuâng ặúơc nhòn nghiïng vađ cöị nhiïn lađ múđ nhaơt vò chuâng úê quaâ xa

YÂ tûúêng vïì möơt vuô truơ chûâa ăíìy nhûông thiïn hađ giöịng nhû thiïn hađ cuêa chuâng ta ăaô ặúơc nhiïìu ngûúđi duđ khöng phaêi lađ tíịt caê cöng nhíơn vađo ăíìu thïị kyê 19 Tuy nhiïn, cođn möơt khaê nùng nûôa lađ caâc tinh vín elip vađ xoùưn öịc nađy coâ thïí chó lađ nhûông ăaâm míy úê trong thiïn hađ cuêa chuâng ta nhû nhiïìu víơt thïí khaâc trong catalö cuêa Messier Möơt nguýn nhín lúân gíy líìm líîn lađ sûơ quan saât nhûông ngöi sao buđng nöí trong möơt vađi tinh vín xoùưn öịc Nïịu caâc tinh vín nađy quaê lađ caâc thiïn hađ ăöơc líơp, vađ vò chuâng úê quaâ xa nïn

ta khöng phín biïơt nöíi nhûông sao riïng biïơt thò caâc vuơ nöí phaêi coâ möơt sûâc nöí maơnh kinh khuêng ăïí cho chuâng cođn saâng úê möơt khoaêng caâch xa nhû víơy Vïì ăiïìu nađy, töi khöng thïí khöng trñch díîn möơt ăoaơn vùn úê thïị kyê 19 Viïịt nùm 1893, nhađ viïịt vïì lõch sûê thiïn vùn ngûúđi Anh Agnes Mary Clerke ăaô lûu yâ rùìng:

Tinh vín nöíi tiïịng Andromada (Tiïn nûô) vađ tinh vín xoùưn öịc lúân úê chođm Canes Venatici lađ nhûông tinh vín ăaâng chuâ yâ hún trong nhûông tinh vín cho möơt phöí liïn tuơc; vađ theo möơt tyê lïơ chung, sûơ phaât quang cuêa moơi tinh vín coâ daâng díịp nhûông chođm sao hiïơn

lïn múđ múđ vò úê quaâ xa, lađ thuöơc cuđng möơt loaơi Tuy nhiïn nïịu tûđ ăoâ kïịt luíơn rùìng chuâng quaê thûơc lađ nhûông tíơp húơp cuêa nhûông víơt thïí nhû mùơt trúđi thò quaê lađ quaâ vöơi Kïịt luíơn nađy cađng toê roô thiïịu cùn cûâ do caâc vuơ buđng nöí úê hai vò sao xaêy ra caâch nhau möơt phíìn tû thïị kyê Búêi vò chùưc chùưn rùìng duđ tinh vín xa míịy ăi nûôa thò caâc ngöi sao cuông caâch xa chuâng ta nhû víơy; do ăoâ, nïịu nhûông haơt thađnh phíìn cuêa tinh vín lađ nhûông mùơt trúđi thò nhûông thiïn thïí vö cuđng to lúân mađ úê ăoâ caâi aânh saâng lúđ múđ cuêa chuâng gíìn nhû ăaô tiïu taân (mađ chuâng ta thíịy), phaêi, nhû öng Protor ăaô chó ra, úê möơt thang ăöơ lúân mađ trñ tûúêng tûúơng con ngûúđi khöng daâm nghô ăïịn

Hiïơn nay chuâng ta biïịt rùìng nhûông vuơ buđng nöí sao ăoâ quaê thûơc lađ “úê möơt thang ăöơ lúân mađ trñ tûúêng tûúơng con ngûúđi khöng daâm nghô ăïịn” Chuâng lađ nhûông sao siïu múâi, nhûông vuơ nöí trong ăoâ möơt ngöi sao coâ ăöơ trûng gíìn bùìng caê möơt thiïn hađ Nhûng ăiïìu nađy cuông chûa ặúơc biïịt ăïịn vađo nùm 1893

Víịn ăïì baên chíịt caâc tinh vín xoùưn öịc vađ elip khöng thïí giaêi quýịt ặúơc nïịu khöng coâ möơt phûúng phaâp ăaâng tin cíơy ăïí xaâc ắnh khoaêng caâch túâi chuâng Möơt chuíín ăïì so saânh nhû víơy cuöịi cuđng ăaô ặúơc khaâm phaâ ra sau khi hoađn thađnh viïơc xíy dûơng kñnh thiïn vùn 100 insú (Insú: ăún võ ăo chiïìu dađi cuêa Anh bùìng 2,54 cm (ND).) trïn nuâi Wilson gíìn Los Angeles Nùm 1928 Edwin Hubble líìn ăíìu tiïn ăaô coâ thïí phín giaêi ặúơc tinh vín tiïn nûô thađnh nhûông vò sao riïng leê Öng thíịy rùìng nhûông nhaânh xoùưn öịc cuêa noâ göìm möơt söị ñt ngöi sao saâng ăöíi aânh vúâi cuđng kiïíu biïịn thiïn tuíìn toađn ăöơ trûng nhû thûúđng thíịy ăöịi vúâi möơt loaơi sao trong thiïn hađ cuêa chuâng ta, goơi lađ xepheit Lyâ do vïì tíìm quan troơng cuêa viïơc nađy lađ úê chöî vađo khoaêng chuơc nùm vïì trûúâc, cöng trònh cuêa Henrietta Swan Leavitt vađ Harlow Shapley úê ăađi thiïn vùn trûúđng ăaơi hoơc Harvard ăaô cho möơt hïơ thûâc chùơt cheô giûôa caâc chu kyđ biïịn thiïn quan saât ặúơc cuêa caâc xepheit vúâi caâc ăöơ trûng tuýơt ăöịi cuêa chuâng (Ăöơ trûng tuýơt ăöịi lađ nùng lûúơng phaât ra toađn phíìn mađ möơt thiïn thïí phaât ra theo moơi hûúâng Ăöơ trûng biïíu kiïịn lađ nùng lûúơng bûâc xaơ mađ ta nhíơn ặúơc trïn möîi centimet vuöng mùơt kñnh thiïn vùn cuêa chuâng ta Chñnh ăöơ trûng biïíu kiïịn, chûâ khöng phaêi ăöơ trûng tuýơt ăöịi lađ caâi quy ắnh ăöơ choâi chuê quan cuêa caâc thiïn

thïí Cöị nhiïn ăöơ trûng biïíu kiïịn phuơ thuöơc khöng nhûông vađo ăöơ trûng tuýơt ăöịi mađ cođn vađo khoaêng caâch; nhû víơy, biïịt caê ăöơ trûng tuýơt ăöịi vađ ăöơ trûng biïíu kiïịn cuêa möơt thiïn thïí, ta coâ thïí suy ra khoaêng caâch cuêa noâ)

Hubble khi quan saât ăöơ trûng biïíu kiïịn cuêa caâc xepheit trong tinh vín Tiïn nûô, vađ ûúâc tñnh ăöơ trûng tuýơt ăöịi cuêa caâc chu kyđ cuêa chuâng, ăaô coâ thïí tñnh ngay khoaêng caâch túâi tinh vín Tiïn nûô, bùìng caâch duđng quy tùưc ăún giaên rùìng ăöơ trûng biïíu kiïịn tyê lïơ vúâi ăöơ trûng tuýơt ăöịi vađ tyê lïơ nghõch vúâi bònh phûúng khoaêng caâch Öng kïịt luíơn rùìng tinh vín Tiïn nûô caâch ta 900.000 nùm aânh saâng, hoùơc lađ mûúđi líìn xa hún khoaêng caâch tûđ traâi ăíịt ăïịn víơt thïí xa nhíịt trong thiïn hađ chuâng ta Hiïơn nay möơt söị tñnh toaân laơi vïì hïơ thûâc giûôa chu kyđ xïpheit vađ ăöơ trûng do Walter Baade vađ nhûông ngûúđi khaâc tiïịn hađnh ăaô tùng khoaêng caâch cuêa tinh vín Tiïn nûô ăïịn hún hai triïơu nùm aânh saâng, nhûng kïịt luíơn ăaô roô rađng vađo nùm 1923: tinh vín Tiïn nûô vađ hađng nghòn tinh vín tûúng tûơ lađ nhûông thiïn hađ nhû thiïn hađ cuêa chuâng ta chûâa ăíìy vuô truơ túâi nhûông khoaêng caâch ríịt xa theo moơi phña

Ngay trûúâc khi baên chíịt “ngoađi thiïn hađ” cuêa caâc tinh vín ặúơc kïịt luíơn, caâc nhađ thiïn vùn ăaô coâ khaê nùng ăöìng nhíịt caâc vaơch trong phöí cuêa chuâng vúâi nhûông vaơch quen thuöơc trïn caâc phöí nguýn tûê thöng thûúđng Tuy nhiïn, trong thíơp niïn 1910 - 1920, Vesto Melvin Slipher úê ăađi thiïn vùn Lowell ăaô khaâm phaâ ra rùìng caâc vaơch phöí cuêa nhiïìu tinh vín bõ dõch chuýín nheơ vïì phña ăoê hoùơc vïì phña xanh Caâc dõch chuýín nađy ăaô ặúơc giaêi thñch ngay lađ

do hiïơu ûâng Doppler, chuâng cho thíịy lađ caâc tinh vín ăang chuýín ăöơng rúđi xa hoùơc tiïịn gíìn ăïịn quaê ăíịt Vñ duơ, tinh vín Tiïn nûô ặúơc khaâm phaâ ra lađ chuýín ăöơng vïì phña quaê ăíịt vúâi töịc ăöơ khoaêng 300 km/s, trong khi chuđm thiïn hađ xa hún nùìm trong chođm Thíịt nûô ặúơc coi lađ chuýín ăöơng rúđi xa traâi ăíịt vúâi töịc ăöơ khoaêng 1000 km/s

Luâc ăíìu tiïn ngûúđi ta cho rùìng caâc víơn töịc nađy coâ thïí chó lađ nhûông víơn töịc tûúng ăöịi, phaên aânh chuýín ăöơng cuêa hïơ mùơt trúđi

cuêa chuâng ta vïì möơt söị thiïn hađ nađo ăoâ vađ rúđi xa möơt söị nađo ăoâ khaâc Tuy nhiïn, sûơ giaêi thñch nađy ăaô khöng ặâng vûông ặúơc khi ngađy cađng coâ nhiïìu dõch chuýín vaơch phöí lúân hún ặúơc khaâm phaâ

ra, tíịt caê ăïìu vïì phña ăoê cuêa quang phöí Híìu nhû ngoađi möơt söị ñt víơt laâng giïìng gíìn nhû tinh vín Tiïn nûô, caâc thiïn hađ khaâc thûúêng taên ra khoêi thiïn hađ cuêa chuâng ta Cöị nhiïn ăiïìu nađy khöng coâ nghôa lađ caâc thiïn hađ cuêa chuâng ta coâ möơt võ trñ trung tím ăùơc biïơt nađo ăoâ Ngûúơc laơi, hònh nhû vuô truơ ăang traêi qua möơt sûơ buđng nöí trong ăoâ möîi möơt thiïn hađ ăïìu chaơy ra xa khoêi thiïn hađ khaâc

Caâch giaêi thñch nađy ăaô ặúơc cöng nhíơn möơt caâch phöí biïịn sau nùm 1929, khi Hubble baâo tin lađ öng ăaô khaâm phaâ rùìng caâc dõch chuýín ăoê cuêa caâc thiïn hađ tùng lïn gíìn nhû tyê lïơ vúâi khoaêng caâch ăïịn chuâng ta Tíìm quan troơng cuêa sûơ quan saât nađy lađ úê chöî noâ ăuâng lađ caâi mađ ta coâ thïí ăoaân trûúâc ặúơc theo bûâc tranh ăún giaên nhíịt coâ thïí coâ ặúơc vïì möơt sûơ víơn chuýín víơt chíịt trong möơt vuô truơ ăang buđng nöí

Chuâng ta coâ thïí chúđ ăúơi möơt caâch trûơc giaâc rùìng bíịt cûâ luâc nađo vuô truơ cuông phaêi ặúơc nhòn thíịy giöịng nhau búêi nhûông nhađ quan saât trong moơi thiïn hađ ăiïín hònh, vađ duđ hoơ nhòn vïì hûúâng nađo (ÚÊ ăíy vađ sau nađy töi duđng tûđ “ăiïín hònh” ăïí chó caâc thiïn hađ khöng coâ möơt chuýín ăöơng riïng lúân nađo mađ chó tham gia trong sûơ tröi giaơt vuô truơ chung cuêa moơi thiïn hađ) Giaê thuýịt nađy tûơ nhiïn ăïịn nöîi (ñt nhíịt tûđ thúđi Copernicus) noâ ăaô ặúơc nhađ víơt lyâ thiïn vùn Anh Edward Arthur Milne goơi lađ nguýn lyâ vuô truơ hoơc

Khi aâp duơng cho chñnh caâc thiïn hađ, nguýn lyâ vuô truơ hoơc ăođi hoêi rùìng möơt ngûúđi quan saât trong möơt thiïn hađ ăiïín hònh phaêi thíịy tíịt caê caâc thiïn hađ khaâc chuýín ăöơng vúâi möơt giaên ăöì víơn töịc nhû nhau, bíịt kïí ngûúđi quan saât úê trong thiïn hađ ăiïín hònh nađo Coâ möơt hïơ quaê toaân hoơc trûơc tiïịp cuêa nguýn lyâ noâi rùìng: víơn töịc tûúng ăöịi cuêa bíịt kyđ hai thiïn hađ cuông ăïìu phaêi tyê lïơ vúâi khoaêng caâch giûôa chuâng ăuâng nhû Hubble ăaô tòm ra

Muöịn thíịy roô ăiïìu nađy ta haôy xeât ba thiïn hađ ăiïín hònh A, B,

C, nùìm trïn möơt ặúđng thùỉng (xem hònh 1) Giaê thiïịt rùìng khoaêng

caâch giûôa A vađ B bùìng khoaêng caâch giûôa B vađ C Duđ víơn töịc cuêa B nhòn tûđ A lađ bao nhiïu ăi nûôa, thò nguýn lyâ vuô truơ hoơc ăođi hoêi rùìng C phaêi coâ víơn töịc nhû víơy so vúâi B Nhûng khi íịy lûu yâ rùìng

C xa A gíịp ăöi so vúâi xa B, cuđng chuýín ăöơng so vúâi A nhanh gíịp ăöi so vúâi B Chuâng ta coâ thïí thïm nhiïìu thiïn hađ vađo chuöîi cuêa chuâng ta song bao giúđ kïịt quaê cuông víîn lađ víơn töịc luđi xa cuêa möîi thiïn hađ so vúâi bíịt cûâ thiïn hađ nađo khaâc ăïìu tyê lïơ vúâi khoaêng caâch giûôa chuâng

Hònh 1 Tñnh ăöìng tñnh vađ ắnh luíơt Hubble Ta veô

ra möơt súơi díy trïn ăoâ coâ caâc thiïn hađ caâch xa nhû

nhau: Z, A, B, C , vúâi nhûông víơn töịc ăo tûđ A hoùơc

B hoùơc C ặúơc chó ra bùìng ăöơ dađi vađ hûúâng cuêa caâc

muôi tïn keđm theo Nguýn lyâ ăöìng tñnh ăođi hoêi

rùìng víơn töịc cuêa C nhòn tûđ B lađ bùìng víơn töịc cuêa B

nhòn tûđ A Cöơng hai víơn töịc ăoâ cho ta víơn töịc cuêa C

nhòn tûđ A, ặúơc ăaânh díịu búêi möơt muôi tïn dađi gíịp

ăöi Tiïịp tuơc theo caâch nađy, chuâng ta coâ thïí ăiïìn kñn toađn böơ giaên ăöì víơn töịc nhû trïn Nhû ta coâ thïí thíịy, víơn töịc tuín theo ắnh luíơt Hubble; víơn töịc cuêa möơt thiïn hađ bíịt kyđ nhòn tûđ möơt thiïn hađ khaâc lađ tyê lïơ vúâi khoaêng caâch giûôa chuâng Ăoâ lađ giaên ăöì víơn töịc duy nhíịt phuđ húơp vúâi nguýn lyâ ăöìng tñnh

Nhû thûúđng xaêy ra trong khoa hoơc, líơp luíơn ăoâ coâ thïí duđng caê theo chiïìu thuíơn líîn chiïìu nghõch Hubble khi quan saât tñnh tyê lïơ giûôa caâc khoaêng caâch giûôa caâc thiïn hađ vađ töịc ăöơ luđi cuêa chuâng, ăaô xaâc minh möơt caâch giaân tiïịp tñnh ăuâng ăùưn cuêa nguýn lyâ vuô truơ hoơc Ăiïìu nađy thíơt lađ hïịt sûâc thoêa maôn vïì mùơt triïịt hoơc - taơi sao möơt phíìn nađo ăoâ cuêa vuô truơ hoùơc möơt hûúâng nađo ăoâ laơi khaâc möơt phíìn khaâc hoùơc möơt hûúâng khaâc? Ăiïìu nađy cuông giuâp ta ýn trñ rùìng caâc nhađ thiïn vùn quaê lađ ăang quan saât möơt phíìn ăaâng kïí coâ thïí thíịy roô ặúơc cuêa vuô truơ, chûâ khöng phaêi möơt chöî xoaây nhoê trong möơt vuđng xoaây bao la hún cuêa vuô truơ Mùơt khaâc chuâng ta coâ thïí cho nguýn lyâ vuô truơ hoơc lađ ăuâng, dûơa theo nhûông lyâ leô theo caâch suy diïîn, vađ suy ra hïơ thûâc tyê lïơ giûôa khoaêng caâch vađ víơn töịc nhû ăaô lađm úê ăoaơn trïn Bùìng caâch nađy, nhúđ pheâp ăo khaâ dïî caâc dõch chuýín Doppler, chuâng ta coâ thïí ăo khoaêng caâch nhiïìu víơt thïí ríịt xa tûđ víơn töịc cuêa chuâng

Nguýn lyâ vuô truơ hoơc cođn coâ möơt sûơ uêng höơ khaâc vïì mùơt quan saât ngoađi viïơc ăo caâc dõch chuýín Doppler Sau khi ăïí yâ ăíìy ăuê ăïịn

Hình 1 Tính đồng tính vă định luật Hubble

nhûông biïịn daơng do thiïn hađ cuêa chuâng ta vađ chuđm thiïn hađ löơng líîy bïn caơch trong chođm sao Thíịt nûô gíy ra, vuô truơ coâ veê xem ra ăùỉng hûúâng möơt caâch ăùơc biïơt; nghôa lađ noâ coâ veê giöịng nhû nhau theo moơi hûúâng (Ăiïìu nađy laơi ặúơc chó roô möơt caâch coâ sûâc thuýịt phuơc hún nûôa bùìng phöng bûâc xaơ cûơc ngùưn thaêo luíơn úê chûúng sau) Nhûng ngay tûđ thúđi Copernicus, chuâng ta ăaô hoơc ặúơc caâch phaêi caênh giaâc khi giaê thiïịt rùìng võ trñ cuêa loađi ngûúđi coâ ăiïím gò ăùơc biïơt ăíy trong vuô truơ Víơy nïịu vuô truơ lađ ăùỉng hûúâng quanh ta thò noâ phaêi ăùỉng hûúâng theo moơi thiïn hađ ăiïín hònh Tuy nhiïn, möîi möơt ăiïím cuêa vuô truơ coâ thïí ặúơc ặa ăïịn bíịt cûâ möơt ăiïím nađo khaâc, bùìng möơt chuöîi pheâp quay quanh nhûông tím cöị ắnh (xem hònh 2), cho nïn nïịu vuô truơ lađ ăùỉng hûúâng quanh bíịt cûâ ăiïím nađo, thò noâ buöơc phaêi lađ ăöìng tñnh

Hònh 2 Tñnh ăùỉng hûúâng vađ tñnh ăöìng tñnh Nïịu vuô truơ lađ ăùỉng hûúâng taơi caê hai thiïn hađ 1 vađ 2, thò noâ lađ ăöìng tñnh Ăïí chó roô rùìng caâc ăiïìu kiïơn taơi hai ăiïím A vađ B tuđy yâ lađ nhû nhau, ta veô möơt ặúđng trođn ăi qua A quanh thiïn hađ 1, möơt ặúđng trođn khaâc ăi qua B quanh thiïn hađ 2 Tñnh ăùỉng hûúâng quanh thiïn hađ 1 ăođi hoêi rùìng caâc ăiïìu kiïơn phaêi lađ nhû nhau úê A vađ C, giao ăiïím cuêa hai vođng trođn Cuông víơy, tñnh ăùỉng hûúâng quanh thiïn hađ 2 ăođi hoêi ăiïìu kiïơn phaêi nhû nhau úê B vađ C Do ăoâ, chuâng phaêi nhû nhau úê A vađ B

Trûúâc khi ăi xa hún, ta phaêi xem xeât möơt söị haơn chïị cuêa nguýn lyâ vuô truơ hoơc Thûâ nhíịt, roô rađng noâ khöng ăuâng úê nhûông quy mö nhoê - chuâng ta úê trong möơt thiïn hađ thuöơc vïì möơt nhoâm ắa phûúng nhoê caâc thiïn hađ khaâc (trong ăoâ coâ M31 vađ M33), nhoâm nađy laơi úê gíìn möơt chuđm thiïn hađ ríịt lúân trong chođm sao Thíịt nûô Thûơc ra, trong söị 33 thiïn hađ ghi trong catalö Messier thò gíìn möơt nûêa úê trong möơt phíìn nhoê cuêa bíìu trúđi, chođm thíịt nûô Nguýn lyâ vuô truơ hoơc nïịu quaê thíơt lađ ăuâng thò chó coâ taâc duơng khi chuâng ta nhòn vuô truơ úê quy mö ñt nhíịt röơng bùìng khoaêng caâch giûôa caâc chuđm thiïn hađ, nghôa lađ vađo khoaêng möơt trùm triïơu nùm aânh saâng

Cođn coâ möơt haơn chïị khaâc Khi duđng nguýn lyâ vuô truơ hoơc ăïí suy ra hïơ thûâc tyê lïơ giûôa víơn töịc vađ khoaêng caâch giûôa caâc thiïn hađ,

Hình 2 Tính đẳng hướng vă tính đồng

tính

chuâng ta ăaô giaê thiïịt rùìng nïịu víơn töịc C ăöịi vúâi B bùìng víơn töịc B ăöịi vúâi A thò khi ăoâ víơn töịc C ăöịi vúâi A lúân hún hai líìn Ăoâ chñnh lađ ắnh luíơt “cöơng víơn töịc” thöng thûúđng mađ möîi chuâng ta ăïìu biïịt, vađ chùưc chùưn ắnh luíơt nađy ăuâng vúâi caâc víơn töịc tûúng ăöịi nhoê thûúđng gùơp thíịy trong ăúđi söịng hađng ngađy Tuy nhiïn, ắnh luíơt nađy ăaô bõ phaâ saên ăöịi vúâi nhûông víơn töịc tiïịn gíìn túâi víơn töịc aânh saâng (300.000km/s) búêi vò nïịu khöng thò cöơng möơt söị víơn töịc tûúng ăöịi, chuâng ta coâ thïí ăi ăïịn möơt víơn töịc töíng húơp lúân hún víơn töịc aânh saâng mađ ăiïìu nađy theo thuýịt tûúng ăöịi heơp cuêa Einstein lađ khöng thïí xaêy ra Chùỉng haơn, pheâp cöơng víơn töịc thöng thûúđng noâi rùìng khi möơt hađnh khaâch trïn möơt maây bay ăang chuýín ăöơng vúâi töịc ăöơ ba phíìn tû víơn töịc aânh saâng bùưn vïì phña trûúâc möơt viïn ăaơn vúâi möơt víơn töịc bùìng ba phíìn tû víơn töịc aânh saâng thò khi ăoâ víơn töịc tûúng ăöịi cuêa viïn ăaơn so vúâi mùơt ăíịt lađ 1,5 víơn töịc aânh saâng; ăiïìu nađy khöng thïí xaêy ra Thuýịt tûúng ăöịi heơp traânh víịn ăïì ăoâ bùìng caâch thay ăöíi quy luíơt cöơng víơn töịc: víơn töịc cuêa C so vúâi A thûơc ra nhoê hún möơt chuât so vúâi töíng víơn töịc B ăöịi vúâi A vađ C ăöịi vúâi B, nhû víơy duđ coâ cöơng bao nhiïu líìn víơn töịc nhoê hún víơn töịc aânh saâng, chuâng ta cuông seô khöng bao giúđ thu ặúơc víơn töịc lúân hún víơn töịc aânh saâng

Ăiïìu nađy ăaô khöng phaêi lađ möơt víịn ăïì ăöịi vúâi Hubble, vađ nùm 1929, khöng möơt thiïn hađ nađo mađ öng nghiïn cûâu úê bíịt kyđ chöî nađo laơi coâ víơn töịc gíìn bùìng víơn töịc aânh saâng Duđ sao, khi caâc nhađ vuô truơ hoơc suy nghô vïì nhûông khoaêng caâch thûơc lúân ăùơc trûng cho vuô truơ xeât vïì toađn böơ, hoơ phaêi lađm viïơc trong möơt khung ly thuýịt coâ thïí giaêi quýịt ặúơc nhûông víơn töịc xíịp xó víơn töịc aânh saâng, nghôa lađ caâc thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ heơp cuêa Einstein Dô nhiïn khi ta bađn vïì nhûông khoaêng caâch lúân nhû víơy, thò ngay quan niïơm vïì khoaêng caâch cuông mú höì, vađ ta phaêi noâi roô lađ ta muöịn khoaêng caâch ặúơc ăo bùìng quan saât ăöơ trûng, hoùơc ặúđng kñnh, hoùơc chuýín ăöơng riïng hoùơc bùìng möơt caâch khaâc nađo ăoâ

Bíy giúđ ta haôy trúê laơi nùm 1929: Hubble ăaô ûúâc tñnh khoaêng caâch ăïịn mûúđi taâm thiïn hađ tûđ ăöơ trûng biïíu kiïịn cuêa nhûông ngöi sao saâng nhíịt cuêa chuâng, vađ so saânh caâc khoaêng caâch ăoâ vúâi víơn

töịc tûúng ûâng cuêa caâc thiïn hađ ặúơc xaâc ắnh bùìng phöí hoơc tûđ nhûông dõch chuýín Doppler cuêa chuâng Öng ăaô kïịt luíơn rùìng coâ möơt hïơ thûâc gíìn nhû tuýịn tñnh (nghôa lađ sûơ tyê lïơ thuíơn) giûôa víơn töịc vađ khoaêng caâch Thûơc ra nhòn vađo caâc söị liïơu cuêa Hubble töi khaâ lûúông lûơ vađ tûơ hoêi lađm sao öng coâ thïí ăi ăïịn möơt kïịt luíơn nhû víơy - caâc víơn töịc thiïn hađ gíìn nhû khöng coâ liïn hïơ vúâi khoaêng caâch cuêa chuâng, chó coâ möơt xu hûúâng nheơ cuêa víơn töịc lađ tùng theo khoaêng caâch Thûơc ra chuâng ta khöng thïí tröng ăúơi möơt hïơ thûâc tyê lïơ roô rađng nađo giûôa víơn töịc vađ khoaêng caâch ăöịi vúâi mûúđi taâm thiïn hađ ăoâ - tíịt caê chuâng ăïìu quaâ gíìn, khöng coâ caâi nađo úê xa hún chuđm Thíịt nûô Thíơt lađ khoâ traânh kïịt luíơn rùìng, dûơa trïn hoùơc lađ caâc lyâ

do ăún giaên ặúơc phaâc hoơa trïn ăíy hoùơc lađ nhûông phaât triïín lyâ thuýịt coâ liïn quan seô ặúơc thaêo luíơn dûúâi ăíy, Hubble ăaô biïịt trûúâc lúđi giaêi mađ öng cíìn tòm

Duđ sao ăi nûôa, vađo nùm 1931, chûâng cúâ ăaô trúê nïn roô hún nhiïìu, vađ Hubble ăaô coâ thïí kiïím tra tñnh tyê lïơ giûôa víơn töịc vađ khoaêng caâch cho nhûông thiïn hađ coâ víơn töịc lïn ăïịn 20 000 km/s Vúâi nhûông ûúâc tñnh khoaêng caâch coâ ặúơc luâc ăoâ, kïịt luíơn lađ víơn töịc tùng vađo khoaêng 170 km/s ûâng vúâi möîi khoaêng caâch möơt triïơu nùm aânh saâng; nhû víơy, víơn töịc 20.000 km/ s coâ nghôa lađ khoaêng caâch lađ 120 triïơu nùm aânh saâng Con söị ăoâ tûâc ăöơ tùng víơn töịc trïn khoaêng caâch, thûúđng ặúơc goơi lađ “hùìng söị Hubble” (Noâ lađ möơt hùìng söị vúâi nghôa sûơ tyê lïơ giûôa víơn töịc vađ khoaêng caâch khöng thay ăöíi cho tíịt caê caâc thiïn hađ úê möơt thúđi ăiïím ăaô cho, nhûng nhû chuâng ta seô thíịy, hùìng söị Hubble thay ăöíi theo thúđi gian khi vuô truơ tiïịn hoâa)

Vađo nùm 1936, trong khi lađm viïơc vúâi nhađ quang phöí hoơc Milton Humason, Hubble ăaô coâ thïí ăo khoaêng caâch vađ víơn töịc cuêa chuđm thiïn hađ Gíịu lúân II Öng ta tòm ra rùìng noâ luđi xa ta vúâi víơn töịc 42.000 km/s (14 % víơn töịc aânh saâng) Khoaêng caâch luâc ăoâ ûúâc khoaêng 260 triïơu nùm aânh saâng, lađ giúâi haơn cuêa ăađi thiïn vùn trïn nuâi Wilson, vađ cöng viïơc cuêa Hubble phaêi ngûđng laơi Sau chiïịn tranh, vúâi sûơ ra ăúđi cuêa nhûông kñnh thiïn vùn lúân hún úê Palomar vađ nuâi Hamilton, chûúng trònh cuêa Hubble laơi ặúơc nhûông nhađ

thiïn vùn khaâc (nhíịt lađ Allan Sandage úê Palomar vađ nuâi Wilson) tiïịp tuơc vađ cođn tiïịp tuơc cho ăïịn bíy giúđ

Kïịt luíơn ặúơc ruât ra möơt caâch töíng quaât sau nûêa thïị kyê quan saât nađy lađ, caâc thiïn hađ ăang luđi xa khoêi chuâng ta vúâi nhûông víơn töịc tyê lïơ vúâi khoaêng caâch ñt nhíịt ăöịi vúâi nhûông víơn töịc khöng quaâ gíìn víơn töịc aânh saâng Cöị nhiïn nhû ăaô noâi roô trong khi thaêo luíơn nguýn lyâ vuô truơ hoơc, viïơc nađy khöng coâ nghôa rùìng chuâng ta ăang úê möơt võ trñ ặúơc ûu ăaôi ăùơc biïơt, hoùơc khöng ặúơc ûu ăaôi, nađo ăoâ trong vuô truơ; moơi cùơp thiïn hađ ăïìu taâch xa nhau vúâi möơt víơn töịc tûúng ăöịi tyê lïơ vúâi khoaêng caâch giûôa chuâng Sûơ sûêa ăöíi quan troơng nhíịt cuêa caâc kïịt luíơn ăíìu tiïn cuêa Hubble lađ xeât laơi thang khoaêng caâch ngoađi thiïn hađ: möơt phíìn nhû lađ kïịt quaê sûơ tñnh laơi hïơ thûâc chu kyđ - ăöơ trûng cuêa caâc xïphïit cuêa Leavitt - Shapley mađ Walter Baade vađ nhûông ngûúđi khaâc ăaô tiïịn hađnh, khoaêng caâch ăïịn caâc thiïn hađ xa xùm bíy giúđ ặúơc ûúâc lûúơng khoaêng mûúđi líìn lúân hún

so vúâi úê thúđi Hubble Nhû víơy, hùìng söị Hubble bíy giúđ ặúơc xem chó lađ vađo khoaêng 15 kilömet möîi giíy möîi triïơu nùm aânh saâng

Tíịt caê nhûông caâi ăoâ noâi gò vïì nguöìn göịc cuêa vuô truơ? Nïịu caâc thiïn hađ ăang taâch xa nhau thò ăaô coâ möơt luâc nađo ăoâ chuâng úê gíìn nhau hún Noâi roô ra, nïịu víơn töịc cuêa chuâng lađ hùìng söị, thò thúđi gian cíìn cho möîi cùơp thiïn hađ ăïí ăaơt khoaêng caâch hiïơn nay giûôa chuâng ăuâng bùìng khoaêng caâch hiïơn nay giûôa chuâng chia cho víơn töịc tûúng ăöịi cuêa chuâng Nhûng vúâi víơn töịc tyê lïơ vúâi khoaêng caâch hiïơn nay giûôa chuâng thò thúđi gian ăoâ lađ nhû nhau vúâi moơi cùơp thiïn hađ - möơt luâc nađo ăoâ trong quaâ khûâ, tíịt caê chuâng ăaô phaêi úê saât nhau hún! Nïịu hùìng söị Hubble bùìng 15 kilömet möîi giíy möîi triïơu nùm aânh saâng thò thúđi gian tûđ luâc caâc thiïn hađ bùưt ăíìu taâch rúđi nhau phaêi lađ möơt triïơu nùm aânh saâng chia cho 15 km/s hoùơc 20 nghòn triïơu nùm Chuâng ta seô noâi vïì “tuöíi” tñnh theo kiïíu nađy nhû lađ

“thúđi gian giaôn núê ăùơc trûng”; noâ chó lađ söị nghõch ăaêo cuêa hùìng söị Hubble Tuöíi thíơt cuêa vuô truơ thûơc ra lađ ñt hún thúđi gian giaôn núê ăùơc trûng búêi vò, nhû chuâng ta seô thíịy, caâc thiïn hađ chuýín ăöơng vúâi víơn töịc khöng phaêi hùìng söị, mađ ăi chíơm laơi dûúâi aênh hûúêng cuêa lûơc híịp díîn tûúng höî giûôa chuâng Vò víơy, nïịu hùìng söị Hubble

lađ mûúđi lùm kilömet möîi giíy möîi triïơu nùm aânh saâng thò tuöíi cuêa vuô truơ phaêi ñt hún 20 nghòn triïơu nùm

Ăöi khi chuâng ta toâm tùưt tíịt caê nhûông ăiïìu ăoâ bùìng caâch noâi vùưn tùưt rùìng kñch thûúâc vuô truơ ăang tùng lïn Viïơc nađy khöng coâ nghôa lađ vuô truơ buöơc phaêi coâ kñch thûúâc hûôu haơn duđ rùìng noâ cuông coâ thïí coâ Ta duđng caâch noâi nađy vò úê bíịt cûâ luâc nađo ăoâ, khoaêng caâch giûôa bíịt kyđ cùơp thiïn hađ ăiïín hònh nađo cuông tùng lïn theo möơt tyê söị nhû nhau Trong bíịt kyđ möơt khoaêng thúđi gian ăuê ngùưn nađo ăïí cho víơn töịc caâc thiïn hađ coâ thïí coi lađ hùìng söị, ăöơ tùng khoaêng caâch giûôa möơt cùơp thiïn hađ ăiïín hònh seô ặúơc tñnh bùìng tñch cuêa víơn töịc tûúng ăöịi cuêa chuâng vúâi thúđi gian tröi qua, hoùơc duđng ắnh luíơt Hubble, bùìng tñch cuêa hùìng söị Hubble, khoaêng caâch vađ thúđi gian Nhûng luâc ăoâ tyê söị giûôa ăöơ tùng khoaêng caâch vađ baên thín khoaêng caâch seô ặúơc tñnh bùìng hùìng söị Hubble nhín vúâi thúđi gian tröi qua, noâ lađ nhû nhau vúâi moơi cùơp thiïn hađ Vñ duơ, sau möơt khoaêng thúđi gian vađo möơt phíìn trùm thúđi gian giaôn núê ăùơc trûng (söị nghõch ăaêo cuêa hùìng söị Hubble), khoaêng caâch cuêa moơi cùơp thiïn hađ ăiïín hònh seô tùng lïn möơt phíìn trùm Luâc ăoâ ta coâ thïí noâi möơt caâch thö thiïín rùìng kñch thûúâc vuô truơ ăaô tùng möơt phíìn trùm

Töi khöng muöịn gíy caêm tûúêng rùìng moơi ngûúđi ăïìu nhíịt trñ vúâi caâch giaêi thñch nađy vïì sûơ dõch chuýín ăoê Thûơc ra chuâng ta khöng quan saât caâc thiïn hađ rúđi nhanh khoêi chuâng ta; tíịt caê nhûông gò mađ chuâng ta coâ thïí thíịy chùưc chùưn lađ caâc vaơch trïn phöí cuêa chuâng bõ dõch chuýín vïì phña ăoê, tûâc lađ vïì phña bûúâc soâng dađi hún Coâ nhûông nhađ thiïn vùn löîi laơc nghi ngúđ rùìng caâc dõch chuýín ăoê khöng coâ liïn hïơ gò vúâi dõch chuýín Doppler hoùơc vúâi sûơ giaôn núê cuêa vuô truơ Halton Arp úê caâc phođng thñ nghiïơm Hale, ăaô nhíịn maơnh ăïịn sûơ töìn taơi cuêa nhûông nhoâm thiïn hađ trïn bíìu trúđi, trong ăoâ vađi thiïn hađ coâ nhûông dõch chuýín ăoê ríịt khaâc vúâi nhûông thiïn hađ khaâc; nïịu nhûông nhoâm ăoâ thïí hiïơn nhûông kïịt tuơ víơt lyâ thûơc cuêa nhûông thiïn hađ lín cíơn thò chuâng khoâ mađ coâ thïí coâ nhûông víơn töịc quaâ khaâc nhau Ngoađi ra, Maarten Schmidt nùm 1963 ăaô khaâm phaâ ra rùìng möơt loaơi víơt thïí bïì ngoađi coâ daơng caâc sao laơi coâ nhûông dõch chuýín lúân vïì phña ăoê, trong möơt söị trûúđng húơp trïn

300 %! Nïịu caâc “víơt chuíín sao” (quasar) cuông úê xa nhû caâc dõch

chuýín ăoê cuêa chuâng cho thíịy thò chuâng phaêi phaât ra nhûông lûúơng nùng lûúơng khöíng löì ăïí coâ thïí saâng nhû víơy Cuöịi cuđng khöng phaêi dïî xaâc ắnh hïơ thûâc giûôa víơn töịc vađ khoaêng caâch thíơt lađ lúân

Tuy nhiïn, coâ möơt caâch ăöơc líơp ăïí khùỉng ắnh rùìng caâc thiïn hađ ăang taâch xa nhau nhû caâc dõch chuýín ăoê cho thíịy Nhû ta ăaô thíịy, caâch giaêi thñch vïì caâc dõch chuýín ăoê ăoâ bao hađm yâ nghôa vuô truơ bùưt ăíìu giaôn núê khoaêng gíìn 20 nghòn triïơu nùm trûúâc ăíy Do ăoâ sûơ khùỉng ắnh nađy coâ thïí ăuâng nïịu ta tòm ặúơc möơt bùìng chûâng nađo khaâc cho thíịy rùìng quaê thûơc vuô truơ coâ tuöíi vađo cúô ăoâ Thûơc ra coâ nhiïìu lyâ do ăïí tin rùìng thiïn hađ cuêa chuâng ta vađo khoaêng 10 ăïịn 15 nghòn triïơu tuöíi Con söị ûúâc lûúơng ăoâ xuíịt phaât caê tûđ ăöơ nhiïìu tyê ăöịi cuêa nhiïìu ăöìng võ phoâng xaơ trong qua ăíịt (ăùơc biïơt lađ caâc ăöìng võ cuêa urani, urani - 235 vađ urani - 238) vađ caê tûđ sûơ tñnh toaân sûơ tiïịn hoâa cuêa caâc vò sao Chùưn chùưn khöng coâ möơt quan hïơ trûơc tiïịp nađo giûôa töịc ăöơ phoâng xaơ hoùơc töịc ăöơ tiïịn hoâa cuêa caâc vò sao vađ sûơ dõch chuýín ăoê cuêa caâc thiïn hađ xa xùm, nhû víơy ăaô coâ thïí tin rùìng tuöíi vuô truơ suy tûđ hùìng söị Hubble coâ thïí thûơc sûơ biïíu diïîn möơt sûơ bùưt ăíìu ăuâng ăùưn

Liïn quan ăïịn viïơc nađy, coâ ăiïìu ăaâng chuâ yâ vïì mùơt lõch sûê nïịu nhúâ laơi rùìng trong nhûông nùm 1930 vađ 1940 hùìng söị Hubble ặúơc tin lađ lúân hún nhiïìu, khoaêng 170 kilömet möîi giíy möîi triïơu nùm aânh saâng Theo líơp luíơn trûúâc cuêa ta, tuöíi vuô truơ khi ăoâ phaêi lađ möơt triïơu nùm aânh saâng chia cho 170 kilömet möîi giíy, tûâc lađ khoaêng 2.000 triïơu nùm, hoùơc cođn ñt hún nûôa nïịu chuâng ta tñnh ăïịn sûơ haôm do híịp díîn Nhûng ngûúđi ta ăaô biïịt roô vïì caâc nghiïn cûâu vïì phoâng xaơ cuêa huín tûúâc Rutherford rùìng quaê ăíịt giađ hún thïị nhiïìu; bíy giúđ ngûúđi ta cho noâ vađo khoaêng 4.600 triïơu tuöíi! Quaê ăíịt khöng thïí giađ hún vuô truơ cho nïn caâc nhađ thiïn vùn buöơc phaêi nghi ngúđ rùìng liïơu dõch chuýín ăoê coâ thûơc sûơ noâi ặúơc cho chuâng ta caâi gò vïì tuöíi cuêa vuô truơ hay khöng Möơt vađi yâ tûúêng vuô truơ hoơc khön kheâo nhíịt trong nhûông nùm 1930 vađ 1940 naêy sinh

ra tûđ nghõch lyâ biïíu kiïịn ăoâ, coâ thïí bao göìm caê thuýịt traơng thaâi dûđng Coâ thïí rùìng viïơc loaơi boê nghõch lyâ vïì tuöíi úê trïn, bùìng caâch tùng thang khoaêng caâch ngoađi thiïn hađ lïn mûúđi líìn trong nhûông

nùm 1950, ăaô lađ ăiïìu kiïơn tiïn quýịt chuê ýịu ặa ăïịn sûơ xuíịt hiïơn vuô truơ hoơc vuơ nöí lúân nhû möơt lyâ thuýịt chuíín

Bûâc tranh vuô truơ mađ ta ăaô phaâc ra úê ăíy lađ hònh aênh möơt

“ăađn ong thiïn hađ” ăang lòa töí Cho ăïịn nay, ăöịi vúâi chuâng ta, aânh saâng múâi chó ăoâng vai trođ “sûâ giaê giûôa caâc vò sao” mang thöng tin vïì khoaêng caâch vađ víơn töịc cuêa caâc thiïn hađ

Tuy nhiïn, caâc ăiïìu kiïơn trong vuô truơ sú khai ríịt khaâc bíy giúđ, nhû chuâng ta seô thíịy, luâc ăoâ chñnh aânh saâng ăaô lađ thađnh phíìn chuê ýịu cuêa vuô truơ, vađ víơt chíịt thöng thûúđng chó ăoâng vai trođ cuêa möơt sûơ nhiïîm khöng ăaâng kïí Cho nïn seô coâ ñch sau nađy cho ta nïịu

ta khùỉng ắnh laơi xem ta ăaô biïịt ặúơc caâi gò vïì dõch chuýín ăoê qua sûơ diïîn biïịn cuêa caâc soâng aânh saâng trong vuô truơ giaôn núê

Haôy xeât möơt soâng aânh saâng truýìn giûôa hai thiïn hađ ăiïín hònh Khoaêng caâch giûôa hai thiïn hađ bùìng thúđi gian ăi cuêa aânh saâng nhín vúâi víơn töịc cuêa noâ, trong khi ăoâ ăöơ tùng cuêa khoaêng caâch ăoâ trong thúđi gian aânh saâng ăi bùìng thúđi gian ăi cuêa aânh saâng nhín vúâi víơn töịc tûúng ăöịi cuêa caâc thiïn hađ Khi tñnh ăöơ tùng tyê ăöịi cuêa khoaêng caâch, ta chia ăöơ tùng khoaêng caâch cho trõ söị trung bònh cuêa khoaêng caâch trong quaâ trònh tùng, vađ chuâng ta thíịy rùìng thúđi gian ăi cuêa aânh saâng bõ triïơt tiïu: ăöơ tùng tyê ăöịi cuêa khoaêng caâch giûôa hai thiïn hađ ăoâ (vađ tûđ ăoâ giûôa bíịt cûâ nhûông thiïn hađ ăiïín hònh nađo) trong luâc aânh saâng ăi ăuâng lađ tyê söị cuêa víơn töịc tûúng ăöịi cuêa caâc thiïn hađ vađ víơn töịc aânh saâng Nhûng nhû ta ăaô thíịy trûúâc ăíy cuông tyê söị ăoâ cho ăöơ tùng tuýơt ăöịi cuêa bûúâc soâng aânh saâng khi noâ lan truýìn Nhû víơy, bûúâc soâng cuêa moơi tia saâng ăïìu tùng tyê lïơ vúâi khoaêng caâch giûôa caâc thiïn hađ ăiïín hònh trong quaâ trònh vuô truơ giaôn núê Chuâng ta coâ thïí nghô rùìng caâc ẳnh soâng nhû bõ “keâo” cađng ngađy cađng xa nhau ra do sûơ giaôn núê cuêa vuô truơ Duđ rùìng líơp luíơn cuêa chuâng ta chó thûơc coâ hiïơu lûơc ăöịi vúâi nhûông khoaêng thúđi gian truýìn ngùưn, song bùìng caâch gheâp liïìn vúâi nhau möơt loaơt caâc khoaêng nhû víơy ta coâ thïí kïịt luíơn rùìng noâ cuông ăuâng noâi chung Vñ duơ, khi chuâng ta nhòn thiïn hađ 3C 295, vađ thíịy rùìng caâc bûúâc soâng trong phöí cuêa noâ lúân hún caâc bûúâc soâng trong caâc

baêng chuíín cuêa ta vïì bûúâc soâng cuêa phöí lađ 46 %, ta coâ thïí kïịt luíơn rùìng vuô truơ hiïơn nay lúân hún so vúâi khi aânh saâng rúđi khoêi 3 C 295 lađ 46 %

Cho ăïịn ăíy ta chó noâi ăïịn nhûông chuýơn mađ caâc nhađ víơt lyâ goơi lađ nhûông víịn ăïì “ăöơng hoơc”, coâ liïn quan ăïịn sûơ mö taê chuýín ăöơng mađ khöng xeât caâc lûơc chi phöịi noâ Tuy nhiïn, trong nhiïìu thïị kyê, caâc nhađ víơt lyâ vađ thiïn vùn cuông ăaô thûê tòm hiïíu ăöơng lûơc hoơc cuêa vuô truơ Ăiïìu nađy khöng traânh khoêi díîn ăïịn viïơc nghiïn cûâu vai trođ vuô truơ hoơc cuêa lûơc duy nhíịt taâc ăöơng giûôa caâc thiïn thïí lađ lûơc híịp díîn

Nhû coâ thïí chúđ ăúơi, Isaac Newton lađ ngûúđi ăíìu tiïn ăaô suy nghô vïì víịn ăïì nađy Trong möơt cuöơc trao ăöíi thû tûđ nöíi tiïịng vúâi möơt hoơc giaê cöí ăiïín úê Cambridge lađ Richard Bentley, Newton cöng nhíơn rùìng nïịu víơt chíịt cuêa vuô truơ phín phöịi ăïìu ăùơn trong möơt vuđng hûôu haơn thò noâ ríịt coâ xu hûúâng rúi vađo tím, vađ “húơp thađnh möơt khöịi cíìu lúân úê ăoâ” Mùơt khaâc, nïịu víơt chíịt ặúơc raêi ăïìu trong möơt khoaêng khöng vö haơn, thò seô khöng coâ tím nađo ăïí cho noâ rúi vađo ăíịy Trong trûúđng húơp ăoâ noâ coâ thïí kïịt laơi thađnh möơt söị vö haơn caâc khöịi víơt chíịt, raêi raâc khùưp vuô truơ; Newton gúơi yâ rùìng ăíy ríịt coâ thïí lađ nguöìn göịc cuêa mùơt trúđi vađ caâc vò sao

Viïơc khoâ nghiïn cûâu ăöơng lûơc hoơc cuêa möơt möi trûúđng vö haơn ăaô lađm tï liïơt khaâ maơnh nhûông tiïịn böơ sau ăoâ cho ăïịn khi thuýịt tûúng ăöịi röơng ra ăúđi, vađ duđ sao noâ cuông khöng quan troơng lùưm ăöịi vúâi vuô truơ hoơc nhû ngûúđi ta tûúêng luâc ăíìu Chó cíìn noâi rùìng Einstein duđng lyâ thuýịt toaân hoơc ăaô coâ vïì hònh hoơc phi Euclide ăïí giaêi thñch híịp díîn nhû möơt hiïơu ûâng vïì sûơ cong cuêa khöng gian vađ thúđi gian Nùm 1917, möơt nùm sau khi hoađn thađnh thuýịt tûúng ăöịi röơng, Einstein ăaô cöị gùưng tòm lúđi giaêi cho möơt phûúng trònh cuêa öng, coâ thïí diïîn taê hònh hoơc khöng - thúđi gian toađn vuô truơ Suy nghô theo caâc yâ niïơm vuô truơ hoơc ăang phöí biïịn luâc ăoâ, Einstein ăùơc biïơt tòm möơt lúđi giaêi nađo coâ thïí ăöìng tònh, ăùỉng hûúâng, vađ tiïịc thay laơi tônh Tuy nhiïn, khöng thïí tòm ra möơt lúđi giaêi nađo nhû víơy Ăïí vaơch ra möơt mö hònh khúâp vúâi caâc tiïìn ăïì vuô truơ hoơc ăoâ, Einstein ăaô buöơc phaêi lađm phûúng haơi ăïịn caâc phûúng trònh cuêa öng, bùìng caâch ặa vađo möơt söị haơng, goơi lađ hùìng söị vuô truơ hoơc, ăaô lađm cho

thuýịt nguýn thuêy ăeơp ăeô trúê nïn xíịu ăi, nhûng phaêi duđng ăïí cín bùìng lûơc híịp díîn úê nhûông khoaêng caâch lúân

Mö hònh cuêa Einstein quaê thûơc lađ tônh vađ khöng tiïn ăoaân caâc dõch chuýín ăoê Cuông trong nùm ăoâ, 1917, möơt lúđi giaêi khaâc cuêa thuýịt ặúơc sûêa ăöíi cuêa Einstein ăaô ặúơc nhađ thiïn vùn Hađ Lan E de Sitter tòm ra Duđ rùìng lúđi giaêi nađy coâ veê tônh, vađ nhû víơy coâ thïí cöng nhíơn ặúơc theo caâc yâ tûúêng vuô truơ hoơc luâc ăoâ, noâ coâ tñnh chíịt ăaâng chuâ yâ lađ tiïn ăoaân möơt sûơ dõch chuýín ăoê tyê lïơ vúâi khoaêng caâch! Sûơ töìn taơi cuêa nhûông dõch chuýín ăoê lúân cuêa caâc tinh vín luâc ăoâ chûa ặúơc caâc nhađ thiïn vùn chíu Íu biïịt ăïịn Tuy nhiïn, vađo khoaêng cuöịi chiïịn tranh thïị giúâi líìn thûâ nhíịt, nhûông tin tûâc vïì sûơ quan saât ặúơc nhûông dõch chuýín ăoê lúân ăaô truýìn tûđ Myô sang chíu Íu, vađ mö hònh cuêa de Sitter líơp tûâc trúê thađnh nöíi tiïịng Thûơc ra nùm 1922 khi nhađ thiïn vùn Anh Athur Eddington viïịt giaâo trònh toađn diïơn ăíìu tiïn vïì thuýịt tûúng ăöịi röơng, öng ăaô phín tñch caâc söị liïơu dõch chuýín ăoê hiïơn coâ theo mö hònh de Sitter Baên thín Hubble noâi rùìng chñnh mö hònh cuêa de Sitter ăaô lađm cho caâc nhađ thiïn vùn thíịy tíìm quan troơng cuêa möơt sûơ phuơ thuöơc cuêa dõch chuýín ăoê vađo khoaêng caâch, vađ mö hònh ăoâ coâ thïí ăaô úê trong trñ oâc cuêa öng khi öng khaâm phaâ ra tñnh tyê lïơ giûôa dõch chuýín ăoê vúâi khoaêng caâch vađo nùm 1929

Hiïơn nay sûơ nhíịn maơnh nhû víơy vađo mö hònh de Sitter híìu nhû khöng thñch húơp Möơt mùơt noâ quaê khöng phaêi lađ möơt mö hònh tônh chuât nađo, noâ coâ leô chó tônh do ặa caâc toơa ăöơ khöng gian vađo möơt caâch ăùơc biïơt, nhûng khoaêng caâch giûôa nhûông ngûúđi quan saât

“ăiïín hònh” trong mö hònh thûơc sûơ tùng theo thúđi gian vađ chñnh sûơ luđi xa nhau töíng quaât ăoâ ăaô sinh ra sûơ dõch chuýín ăoê Ngoađi ra lyâ

do lađm dõch chuýín ăoê trúê thađnh tyê lïơ vúâi khoaêng caâch trong möơt hònh de Sitter chñnh lađ mö hònh nađy thoêa maôn nguýn lyâ vuô truơ hoơc, nhûng nhû ta ăaô thíịy, ta chúđ ăúơi möơt tyê lïơ giûôa víơn töịc tûúng ăöịi vađ khoaêng caâch trong moơi thuýịt thoêa maôn nguýn lyâ nađy

Duđ sao, viïơc phaât hiïơn sûơ luđi xa cuêa caâc thiïn hađ xa xùm chùỉng míịy chöịc lađm ngûúđi ta chuâ yâ ăïịn caâc mö hònh vuô truơ hoơc ăöìng tñnh vađ ăùỉng hûúâng nhûng khöng phaêi tônh Khi ăoâ khöng cíìn ăïịn “hùìng söị vuô truơ hoơc” trong caâc phûúng trònh trûúđng híịp

díîn, vađ Einstein ăaô toê ra tiïịc rùìng öng ăaô tûđng ặa sûơ thay ăöíi ăoâ vađo caâc phûúng trònh ban ăíìu cuêa öng Nùm 1922 lúđi giaêi töíng quaât ăöìng tñnh vađ ăùỉng hûúâng cuêa caâc phûúng trònh ban ăíìu cuêa Einstein ăaô ặúơc nhađ baâc hoơc Nga Alexandre Fridmann tòm ra Chñnh caâc mö hònh Fridmann nađy, cùn cûâ trïn caâc phûúng trònh trûúđng ban ăíìu cuêa Einstein, chûâ khöng phaêi caâc mö hònh de Sitter hoùơc Einstein ăaô cung cíịp cú súê toaân hoơc cho ăa söị nhûông thuýịt vuô truơ hoơc hiïơn ăaơi

Caâc mö hònh Fridmann thuöơc vađo hai loaơi ríịt khaâc nhau Nïịu míơt ăöơ trung bònh cuêa víơt chíịt vuô truơ nhoê hún hoùơc bùìng möơt giaâ trõ túâi haơn nađo ăoâ, vuô truơ phaêi vö haơn vïì khöng gian Trong trûúđng húơp nađy, sûơ núê hiïơn nay cuêa vuô truơ seô tiïịp diïîn maôi maôi Mùơt khaâc, nïịu míơt ăöơ cuêa vuô truơ lúân hún giaâ trõ túâi haơn ăoâ, thò khi ăoâ trûúđng híịp díîn sinh ra búêi víơt chíịt lađm cho vuô truơ cong lïn trong baên thín noâ, noâ lađ hûôu haơn duđ rùìng khöng coâ biïn, nhû bïì mùơt cuêa möơt hònh cíìu (Nghôa lađ, nïịu chuâng ta bùưt ăíìu du hađnh theo möơt ặúđng thùỉng, ta seô khöng ăi ăïịn möơt biïn nađo cuêa vuô truơ mađ chó quay vïì chöî xuíịt phaât) Trong trûúđng húơp nađy caâc trûúđng híịp díîn ríịt ăuê maơnh ăïí coâ thïí lađm ngûđng sûơ giaôn núê cuêa vuô truơ, nhû víơy cuông coâ thïí coâ luâc noâ seô “nöí vađo” ăïí trúê laơi möơt míơt ăöơ lúân

vö haơn Míơt ăöơ túâi haơn tyê lïơ vúâi bònh phûúng cuêa hùìng söị Hubble; vúâi trõ söị ặúơc chíịp nhíơn hiïơn nay möơt caâch röơng raôi cuêa hùìng söị ăoâ lađ 15 kilömet möîi giíy möîi triïơu nùm aânh saâng, míơt ăöơ túâi haơn bùìng 5 x 10 muô ím 30 gam möîi centimet khöịi hoùơc khoaêng ba nguýn tûê hyărö trong möîi nghòn lñt khöng gian

Chuýín ăöơng cuêa möơt thiïn hađ ăiïín hònh nađo ăoâ trong caâc

mö hònh Fridmann lađ ăuâng nhû chuýín ăöơng cuêa möơt hođn ăaâ neâm lïn tûđ mùơt ăíịt Nïịu hođn ăaâ ặúơc neâm lïn ăuê maơnh hoùơc noâi caâch khaâc, nïịu khöịi lûúơng quaê ăíịt ăuê nhoê, thò hođn ăaâ seô ăi chíơm díìn, nhûng duđ sao cuông thoaât vađo vuô truơ Ăiïìu nađy ûâng vúâi trûúđng húơp míơt ăöơ vuô truơ thíịp hún míơt ăöơ túâi haơn Mùơt khaâc nïịu hođn ăaâ ặúơc neâm lïn vúâi víơn töịc khöng ăuê lúân thò noâ seô lïn túâi möơt ăöơ cao töịi ăa röìi rúi xuöịng Ăiïìu nađy cöị nhiïn ûâng vúâi míơt ăöơ vuô truơ cao hún míơt ăöơ túâi haơn

Sûơ tûúng tûơ nađy cho thíịy roô taơi sao khöng thïí tòm ặúơc nhûông lúđi giaêi vuô truơ hoơc tônh cho caâc phûúng trònh Einstein — ta khöng thïí quaâ ngaơc nhiïn khi thíịy möơt hođn ăaâ bay khoêi hoùơc rúi xuöịng mùơt ăíịt, nhûng ta khoâ mađ thíịy ặúơc möơt hođn ăaâ tûơ treo lú lûêng trïn khöng Sûơ tûúng tûơ nađy cuông giuâp chuâng ta traânh ặúơc möơt sûơ hiïíu líìm thöng thûúđng vïì vuô truơ daôn núê Caâc thiïn hađ taâch rúđi khoêi nhau khöng phaêi vò möơt lûơc bñ míơt nađo ăoâ ăang ăííy chuâng

ra xa nhau, cuông ăuâng nhû hođn ăaâ trong vñ duơ cuêa ta khöng phaêi

bõ quaê ăíịt ăííy luđi Mađ ăuâng hún, caâc thiïn hađ taâch rúđi nhau búêi chuâng ăaô bõ bùưn rúđi khoêi nhau do möơt vuơ nöí nađo ăoâ trong quaâ khûâ

Vađo nhûông nùm 1920, ăiïìu nađy khöng ặúơc nhíơn thûâc roô, nhûng nhiïìu tñnh chíịt chi tiïịt cuêa caâc mö hònh Fridmann coâ thïí tñnh ặúơc möơt caâch ắnh lûúơng bùìng caâch duđng sûơ tûúng tûơ nađy mađ khöng cíìn ăïịn thuýịt tûúng ăöịi röơng Ăïí tñnh chuýín ăöơng cuêa möơt thiïn hađ ăiïín hònh nađo ăoâ so vúâi thiïn hađ cuêa ta, haôy veô möơt hònh cíìu vúâi thiïn hađ cuêa ta úê tím vađ vúâi thiïn hađ ăang nghiïn cûâu trïn bïì mùơt; chuýín ăöơng cuêa thiïn hađ nađy chñnh lađ chuýín ăöơng xaêy ra nïịu khöịi lûúơng cuêa vuô truơ chó bao göìm víơt chíịt trong hònh cíìu vađ khöng coâ gò úê ngoađi Ăiïìu nađy cuông giöịng nhû thïí ta ăađo möơt höị síu, ta seô thíịy rùìng gia töịc troơng lûơc túâi tím chó phuơ thuöơc vađo lûúơng víơt chíịt úê gíìn tím hún lađ gíìn höị cuêa chuâng ta, nhû thïí lađ mùơt ăíịt úê ngay chñnh ăaây höị Kïịt quaê ăaâng chuâ yâ ăoâ biïíu hiïơn úê möơt ắnh lyâ coâ giaâ trõ trong thuýịt híịp díîn cuêa Einstein vađ caê Newton, noâ chó phuơ thuöơc vađo tñnh ăöịi xûâng cíìu cuêa hïơ nghiïn cûâu; biïịn thïí tûúng ăöịi röơng cuêa ắnh lyâ nađy ặúơc nhađ toaân hoơc Myô G D Birkhoff chûâng minh vađo nùm 1923, nhûng yâ nghôa vuô truơ hoơc cuêa noâ vađi chuơc nùm sau ăoâ víîn chûa ặúơc nhíơn thûâc roô

Chuâng ta coâ thïí duđng ắnh lyâ nađy ăïí tñnh míơt ăöơ túâi haơn cuêa caâc mö hònh Fridmann (xem hònh 3) Khi veô möơt hònh cíìu cuêa ta úê giûôa vađ möơt thiïn hađ xa xùm nađo ăoâ úê trïn mùơt, ta coâ thïí duđng khöịi lûúơng caâc thiïn hađ trong hònh cíìu ăïí tñnh möơt víơn töịc thoaât, víơn töịc mađ möơt thiïn hađ úê bïì mùơt phaêi coâ ăïí coâ bùưt ăíìu thoaât ăïịn coôi vö haơn Ngûúđi ta thíịy rùìng víơn töịc thoaât nađy tyê lïơ vúâi baân kñnh

hònh cíìu - hònh cíìu cađng lúân thò víơn töịc cuêa thiïn hađ laơi phaêi cađng nhanh ăïí thoaât khoêi noâ Nhûng ắnh luíơt Hubble noâi rùìng víơn töịc thûơc cuêa möơt thiïn hađ trïn bïì mùơt hònh cíìu cuông tyê lïơ vúâi baân kñnh hònh cíìu - khoaêng caâch kïí tûđ chöî ta Nhû víơy duđ víơn töịc thoaât phuơ thuöơc vađo baân kñnh, song tyê söị giûôa víơn töịc thûơc cuêa thiïn hađ vađ víơn töịc thoaât cuêa noâ khöng phuơ thuöơc kñch thûúâc hònh cíìu; noâ lađ nhû nhau cho moơi thiïn hađ vađ nhû nhau duđ ta líịy thiïn hađ nađo lađ tím hònh cíìu Tuđy thuöơc vađo caâc giaâ trõ cuêa hùìng söị Hubble vađ míơt ăöơ vuô truơ mađ möîi thiïn hađ chuýín ăöơng theo ắnh luíơt Hubble seô hoùơc coâ víơn töịc lúân hún víơn töịc thoaât vađ thoaât ăïịn coôi vö haơn, hoùơc seô coâ víơn töịc thíịp hún víơn töịc thoaât vađ rúi laơi vïì phña ta vađo möơt luâc nađo ăoâ trong tûúng lai Míơt ăöơ túâi haơn chó ăún giaên lađ giaâ trõ cuêa míơt ăöơ vuô truơ mađ khi víơt töịc thoaât cuêa möîi thiïn hađ ăuâng bùìng víơn töịc tñnh theo ắnh luíơt Hubble Míơt ăöơ túâi haơn chó coâ thïí phuơ thuöơc vađo hùìng söị Hubble vađ thûơc ra noâ chó ăún giaên lađ tyê lïơ vúâi bònh phûúng hùìng söị Hubble (xem chuâ thñch toaân hoơc 2)

Hònh 3 Ăõnh lyâ Birkhoff vađ sûơ giaôn núê cuêa vuô truơ Hònh veô lïn möơt söị thiïn hađ cuông vúâi caâc víơn töịc cuêa chuâng so vúâi möơt thiïn hađ G ăaô cho, ặúơc chó ra úê ăíy bùìng nhûông muôi tïn keđm theo ăöơ dađi vađ hûúâng thñch húơp (theo ắnh luíơt Hubble, caâc víơn töịc nađy ặúơc coi lađ tyê lïơ vúâi khoaêng caâch ăïịn C) Ăõnh lyâ Birkhoff nïu lïn rùìng: muöịn tñnh víơn töịc cuêa thiïn hađ A so vúâi G chó cíìn tñnh ăïịn khöịi lûúơng chûâa trong khöịi hònh cíìu quanh G ăi qua A (ặúđng ặât neât) Nïịu A khöng quaâ xa G, trûúđng híịp díîn cuêa víơt chíịt trong hònh cíìu seô vûđa phaêi, vađ chuýín ăöơng cuêa

A coâ thïí tñnh theo caâc ắnh luíơt cú hoơc cuêa Newton

Sûơ liïn hïơ chi tiïịt giûôa thúđi gian vađ kñch thûúâc vuô truơ (nghôa lađ khoaêng caâch giûôa bíịt cûâ hai thiïn hađ ăiïín hònh nađo) coâ thïí tòm

ra bùìng caâch sûê duơng nhûông líơp luíơn nhû víơy, nhûng kïịt quaê phûâc taơp hún nhiïìu(xem hònh 4) Tuy nhiïn coâ möơt kïịt quaê ăún giaên sau nađy ríịt cíìn cho chuâng ta Trong thúđi kyđ sú khai cuêa vuô truơ, kñch thûúâc vuô truơ biïịn thiïn nhû möơt luôy thûđa ăún giaên cuêa thúđi gian: luôy thûđa 2/3 nïịu boê qua míơt ăöơ bûâc xaơ hoùơc luôy thûđa 1/2 nïịu míơt ăöơ bûâc xaơ vûúơt míơt ăöơ víơt chíịt (xem chuâ thñch toaân hoơc 3) Möơt khña caơnh cuêa caâc mö hònh vuô truơ hoơc Fridmann mađ ta khöng thïí hiïíu ặúơc nïịu khöng duđng thuýịt tûúng ăöịi röơng lađ möịi

Hình 3 Định lý Birkhoff

vă sự giên nở của vũ trụ

liïn hïơ giûôa míơt ăöơ vađ hònh hoơc - vuô truơ lađ múê vađ vö haơn hoùơc ăoâng vađ hûôu haơn tuđy theo víơn töịc thiïn hađ lúân hún hay beâ hún víơn töịc thoaât

Möơt caâch ăïí biïịt víơn töịc thiïn hađ coâ vûúơt víơn töịc thoaât hay khöng lađ ăo töịc ăöơ ăi chíơm laơi cuêa chuâng Nïịu ăöơ giaêm töịc ăoâ beâ hún (hoùơc lúân hún) möơt mûâc nađo ăoâ, thò luâc ăoâ víơn töịc thoaât bõ (hoùơc khöng bõ) vûúơt Trong thûơc tïị ăiïìu nađy coâ nghôa lađ ngûúđi ta phaêi ăo ăöơ cong cuêa ăöì thõ chó sûơ phuơ thuöơc cuêa dõch chuýín ăoê vađo khoaêng caâch ăöịi vúâi nhûông thiïn hađ úê xa (xem hònh 5) Khi ăi tûđ möơt vuô truơ hûôu haơn coâ míơt ăöơ cao hún ăïịn möơt vuô truơ vö haơn coâ míơt ăöơ thíịp hún, ăöơ cong cuêa ặúđng dõch chuýín ăoê phuơ thuöơc khoaêng caâch bõ lađm cho phùỉng ra úê nhûông khoaêng caâch ríịt lúân Viïơc nghiïn cûâu hònh daơng cuêa ặúđng dõch chuýín ăoê - khoaêng caâch úê nhûông khoaêng caâch lúân thûúđng ặúơc goơi lađ “chûúng trònh Hubble”

Hònh 4 Sûơ giaôn núê vađ co heơp cuêa vuô truơ Khoaêng caâch giûôa nhûông thiïn hađ ăiïín hònh ặúơc veô (ăún võ tuđy yâ) nhû lađ möơt hađm cuêa thúđi gian cho hai mö hònh vuô truơ hoơc coâ thïí duđng Trong trûúđng húơp möơt

“vuô truơ múê”, vuô truơ lađ vö haơn; míơt ăöơ thíịp hún míơt ăöơ túâi haơn; vađ sûơ giaôn núê tuy rùìng bõ chíơm laơi, seô tiïịp tuơc maôi maôi Trong trûúđng húơp möơt “vuô truơ ăoâng”, vuô truơ lađ hûôu haơn, sûơ giaôn núê seô möơt luâc nađo ăoâ kïịt thuâc vađ sau ăoâ seô coâ möơt sûơ co laơi Caâc ặúđng cong ặúơc biïíu diïîn trïn ăíy ặúơc tñnh theo caâc phûúng trònh trûúđng cuêa Einstein mađ khöng cíìn möơt hùìng söị vuô truơ hoơc cho möơt vuô truơ chuê ýịu lađ víơt chíịt

Vúâi möơt sûơ cöị gùưng lúân lao Hubble, Sandage vađ gíìn ăíy möơt söị nhađ khoa hoơc khaâc nûôa ăaô tiïịn hađnh chûúng trònh nađy Nhûng cho ăïịn nay kïịt quaê víîn chûa coâ tñnh chíịt kïịt luíơn Caâi khoâ lađ ăïí ûúâc tñnh khoaêng caâch ăïịn nhûông thiïn hađ xa, ngûúđi ta coâ thïí duđng nhûông sao ăöíi aânh kiïíu xïpheit hoùơc nhûông ngöi sao saâng nhíịt nhû lađ nhûông víơt ăaânh díịu khoaêng caâch, traâi laơi, ta phaêi ûúâc lûúơng khoaêng caâch tûđ ăöơ saâng biïíu kiïịn cuêa ngay caâc thiïn hađ Nhûng lađm sao ta coâ thïí biïịt ặúơc rùìng caâc thiïn hađ ta ăang nghiïn cûâu ăïìu coâ möơt ăöơ trûng tuýơt ăöịi nhû nhau? (Nhúâ rùìng ăöơ trûng biïíu kiïịn lađ nùng lûúơng bûâc xaơ mađ ta nhíơn ặúơc úê möơt ăún

võ diïơn tñch kñnh thiïn vùn, trong khi ăöơ trûng tuýơt ăöịi lađ nùng

Hình 4 Sự giên nở vă co hẹp

của vũ trụ

lûúơc toađn phíìn phaât ra theo moơi hûúâng búêi thiïn thïí; ăöơ trûng biïíu kiïịn tyê lïơ vúâi ăöơ trûng tuýơt ăöịi vađ tyê lïơ nghõch vúâi bònh phûúng khoaêng caâch) Coâ nhûông nguy cú ghï gúâm do hiïơu ûâng choơn loơc - khi ta nhòn cađng xa thò ta coâ xu hûúâng choơn nhûông thiïn hađ coâ ăöơ trûng tuýơt ăöịi cađng lúân Möơt víịn ăïì cođn tïơ haơi hún nûôa lađ sûơ tiïịn hoâa cuêa caâc thiïn hađ Khi ta nhòn caâc thiïn hađ ríịt xa, chuâng ta thíịy chuâng úê traơng thaâi hađng nghòn triïơu nùm trûúâc ăíy khi caâc tia saâng bùưt ăíìu cuöơc du hađnh cuêa chuâng ăïịn chöî ta Nïn nhûông thiïn hađ ăiïín hònh luâc ăoâ cođn saâng hún bíy giúđ, ta seô ûúâc lûúơng khoaêng caâch cuêa chuâng thíịp hún thûơc tïị Möơt khaê nùng mađ ríịt gíìn ăíy J P Ostriker vađ S D Tremaine úê Princeton gúơi yâ lađ nhûông thiïn hađ lúân hún tiïịn hoâa khöng phaêi chó lađ do caâc ngöi sao caâ thïí cuêa chuâng tiïịn hoâa, mađ cođn lađ do chuâng nuöịt thïm nhûông thiïn hađ nhoê lín cíơn! Seô cođn líu ta múâi biïịt chùưc rùìng ta coâ möơt sûơ hiïíu biïịt ắnh lûúơng ăuâng ăùưn vïì caâc loaơi tiïịn hoâa thiïn hađ khaâc nhau ăoâ

Hònh 5 Ăöì thõ dõch chuýín ăoê phuơ thuöơc vađo khoaêng caâch Dõch chuýín ăoê ặúơc veô nhû lađ möơt hađm cuêa khoaêng caâch cho böịn thuýịt vuô truơ hoơc khaê dô (noâi chñnh xaâc hún, khoaêng caâch úê ăíy lađ “khoaêng caâch saâng” - khoaêng caâch suy ra cho möơt víơt mađ

ta biïịt ăöơ trûng riïng hoùơc tuýơt ăöịi tûđ nhûông quan saât vïì ăöơ trûng biïíu kiïịn cuêa noâ) Caâc ặúđng coâ ghi “míơt ăöơ gíịp ăöi míơt ăöơ túâi haơn”, “míơt ăöơ túâi haơn” vađ “míơt ăöơ bùìng khöng” ặúơc tñnh trong mö hònh Friedmann, sûê duơng caâc phûúng trònh cuêa Einstein cho möơt vuô truơ chuê ýịu lađ víơt chíịt, khöng cíìn möơt hùìng söị vuô truơ hoơc; chuâng tûúng ûâng líìn lûúơt vúâi möơt vuô truơ ăoâng, vûđa ăuê múê, hoùơc múê (xem hònh 4) Ăûúđng cong ghi “traơng thaâi dûđng” ặúơc aâp duơng trong bíịt kyđ lyâ thuýịt nađo mađ trong ăoâ hònh daơng cuêa vuô truơ khöng thay ăöíi theo thúđi gian Caâc quan saât hiïơn nay khöng phuđ húơp töịt vúâi ặúđng “traơng thaâi dûđng”, song chuâng khöng cho ta lûơa choơn möơt caâch roô rađng trong söị nhûông khaê nùng khaâc nhau, búêi vò trong nhûông lyâ thuýịt khöng coâ traơng thaâi dûđng sûơ tiïịn hoâa cuêa caâc thiïn hađ lađm cho viïơc xaâc ắnh khoaêng caâch trúê nïn khöng chùưc chùưn Moơi ặúđng cong ăïìu ặúơc veô vúâi hùìng söị Hubble líịy bùìng 15 km möîi giíy möîi triïơu nùm aânh saâng (ûâng vúâi thúđi gian giaôn núê ăùơc trûng lađ 20 000 triïơu nùm), song caâc ặúđng cong coâ thïí ặúơc duđng cho bíịt kyđ giaâ trõ nađo khaâc cuêa hùìng söị Hubble bùìng caâch chó veô laơi theo cuđng tó lïơ moơi khoaêng caâch

Hình 5 Đồ thị dịch chuyển đỏ phụ thuộc văo khoảng câch

Hiïơn nay kïịt luíơn töịt nhíịt ruât ra tûđ chûúg trònh Hubble lađ ăöơ giaêm töịc cuêa caâc thiïn hađ xa coâ veê ríịt beâ Nhû víơy coâ nghôa lađ chuâng ăang chuýín ăöơng vúâi víơn töịc cao hún víơn töịc thoaât, nhû víơy vuô truơ lađ múê vađ seô giaôn núê maôi maôi Ăiïìu nađy khúâp ăuâng vúâi nhûông ûúâc tñnh vïì míơt ăöơ vuô truơ ; víơt chíịt thíịy ặúơc trong caâc thiïn hađ hònh nhû cöơng laơi chó cho míơt ăöơ khöng quaâ möơt vađi phíìn trùm míơt ăöơ túâi haơn Tuy nhiïn ăiïìu nađy cuông chûa chùưc lùưm Nhûông ûúâc tñnh vïì khöịi lûúơng thiïn hađ tùng lïn trong nhûông nùm gíìn ăíy Ngoađi ra, nhû George Field úê Harvard vađ möơt söị ngûúđi khaâc ăaô gúơi yâ, coâ thïí töìn taơi möơt loaơi khñ hyăro ăaô ion hoaâ giûôa caâc thiïn hađ coâ thïí cung cíịp möơt míơt ăöơ víơt chíịt túâi haơn cuêa vuô truơ, nhûng cho ăïịn nay víîn chûa ặúơc phaât hiïơn ra

May thay, khöng cíìn ăi ăïịn möơt quýịt ắnh dûât khoaât vïì hònh hoơc úê quy mö lúân cuêa vuô truơ ăïí ruât ra nhûông kïịt luíơn vïì sûơ bùưt ăíìu cuêa noâ Lyâ do lađ vò vuô truơ coâ möơt thûâ ặúđng chín trúđi vađ ặúđng chín trúđi ăoâ co heơp laơi nhanh choâng khi ta nhòn quay vïì luâc bùưt ăíìu

May thay, khöng cíìn ăi ăïịn möơt quýịt ắnh dûât khoaât vïì hònh hoơc úê quy mö lúân cuêa vuô truơ ăïí ruât ra nhûông kïịt luíơn vïì sûơ bùưt ăíìu cuêa noâ Lyâ do lađ vò vuô truơ coâ möơt thûâ ặúđng chín trúđi vađ ặúđng chín trúđi ăoâ co heơp laơi nhanh choâng khi ta nhòn quay vïì luâc bùưt ăíìu

Khöng tñn hiïơu nađo coâ thïí ăi nhanh hún aânh saâng, nhû víơy úê bíịt kyđ luâc nađo chuâng ta cuông chó coâ thïí bõ aênh hûúêng búêi nhûông sûơ kiïơn ăuê gíìn ăïí cho möơt tia saâng coâ thúđi gian ăïịn vúâi ta tûđ luâc bùưt ăíìu cuêa vuô truơ Bíịt cûâ sûơ kiïơn nađo xaêy ra ngoađi khoaêng caâch ăoâ cuông khöng thïí aênh hûúêng ăïịn ta - noâ úê bïn ngoađi chín trúđi Nïịu tuöíi cuêa vuô truơ hiïơn nay lađ mûúđi nghòn triïơu nùm, chín trúđi hiïơn nay lađ khoaêng caâch 30 nghòn triïơu nùm aânh saâng Nhûng khi tuöíi cuêa vuô truơ múâi chó lađ vađi phuât, chín trúđi chó úê xa vađi phuât aânh saâng

- gíìn hún khoaêng caâch tûđ quaê ăíịt ăïịn mùơt trúđi Ăuâng ra lađ luâc ăoâ toađn böơ vuô truơ beâ hún hiïơn nay, theo caâch hiïíu ăaô quy ûúâc cuêa ta lađ khoaêng caâch giûôa möơt cùơp víơt thïí nađo ăoâ luâc ăoâ ngùưn hún bíy