Tìm hiểu các giả thuyết về cấu trúc của vũ trụ và sự hình thành của hệ mặt trời

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp: “Tìm hiểu các giả thuyết về cấu trúc của Vũ trụ và sự hình thành của hệ Mặt Trời”, bên cạnh sự cố gắng, nổ lực học hỏi của bản thân,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

- -Đề tàiTÌM HIỂU CÁC GIẢ THUYẾT VỀ CẤU TRÚC CỦA VŨ TRỤ VÀ SỰ HÌNH

THÀNH CỦA HỆ MẶT TRỜI

Giảng viên hướng dẫn : TH.S TRƯƠNG THÀNH

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ LOAN PHƯƠNG

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp: “Tìm hiểu các giả

thuyết về cấu trúc của Vũ trụ và sự hình thành của hệ Mặt Trời”, bên

cạnh sự cố gắng, nổ lực học hỏi của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều

sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các quý thầy cô trong khoa Vật lý, người thân, và bạn bè

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người đã tạo điều kiện giúp

đỡ tôi trong suốt khóa học

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Trương Thành, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận này

Tuy đã có nhiều cố gắng để thực hiện khóa luận nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự góp ý phê bình của bạn đọc để bài viết được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015

Nguyễn Thị Loan Phương

MỤC LỤC

A PHẦN MỞ ĐẦU 1

B NỘI DUNG 4

CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC VỀ VŨ TRỤ 4

1.1 Tổng quan về cấu trúc của Vũ Trụ 4

1.2 Mô hình Vũ Trụ Big Bang 5

1.2.1 Lịch sử hình thành mô hình Vũ Trụ Big Bang 5

1.2.2 Lí thuyết BIG BANG 7

CHƯƠNG II: CÁC GIẢ THUYẾT VỀ VŨ TRỤ 11

2.1 Những ý tưởng đầu tiên về vũ trụ duy vật – Giả thuyết Aristotle 11

2.1.1 Khái quát về những ý tưởng ban đầu 11

2.1.2 Giả thuyết Aristotle 12

2.1.2.1 Khái quát về giả thuyết 12

2.1.2.2 Ưu và nhược điểm của thuyết Aristotle 14

2.2 Giả thuyết Ptolemy 15

2.2.1 Đặc điểm của mô hình địa tâm Ptolemy 15

2.2.2 Ưu và nhược điểm của mô hình Ptolemy 16

2.3 Mô hình nhật tâm Copernic 17

2.3.1 Nội dung của hệ vũ trụ nhật tâm 17

2.3.2 Sự đúng đắn của học thuyết Copernic 19

2.3.3 Mặt Trời 22

2.3.3.1 Công suất, nhiệt độ và áp suất của Mặt Trời 23

2.3.3.1.1 Công suất bức xạ Mặt Trời 23

2.3.3.1.2 Xác định nhiệt độ của bề mặt Mặt Trời 23

2.3.3.1.3 Sự phân bố áp suất và nhiệt độ trung bình của Mặt Trời 24

2.3.3.2 Cấu trúc mặt ngoài của Mặt trời 25

2.3.3.2.1 Quang cầu (photosphere) 25

2.3.3.2.2 Các lớp ngoài quang cầu 25

2.3.3.2.3 Sắc cầu (chromosphere) 26

2.3.3.2.4 Nhật hoa (corona) 26

2.3.4 Trái Đất 27

2.3.4.1 Trái Đất trong không gian Vũ Trụ 27

2.3.4.2 Từ trường của Trái Đất 27

2.3.4.3 Khí quyển 28

2.3.4.4 Sự chuyển động của Trái Đất 30

2.3.4.5 Trái Đất - hành tinh có sự sống 31

2.3.4.6 Vệ tinh của Trái Đất 32

2.3.4.6.1 Nhật – Nguyệt thực 33

2.3.4.6.1.1 Nhật thực 33

2.3.4.6.1.2 Nguyệt thực 35

2.3.4.6.2 Thủy triều 35

CHƯƠNG III: SỰ HÌNH THÀNH HỆ MẶT TRỜI - GIẢ THUYẾT TINH VÂN

38

3.1 Lịch sử phát triển Giả thuyết Tinh vân 38

3.2 Đặc trưng cơ bản của hệ Mặt Trời 40

3.3 Giả thuyết tinh vân 41

3.4 Sự đổ sập hấp dẫn 42

3.5 Sự hình thành các hành tinh 42

3.6 Sự hình thành tiểu hành tinh 45

3.7 Sự hình thành sao chổi 46

C KẾT LUẬN 49

D TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Tổng quan về vũ trụ 4

Hình 1 2 George Gamov 7

Hình 1 3 Vụ nổ Big Bang 8

Hình 1 4 Hình ảnh mô tả Vũ trụ……… ….9

Hình 2 1 Aristotle……… …………12

Hình 2 2 Mô hình Aristotle……… ………13

Hình 2 3 Ptolemy ………15

Hình 2 4 Mô hình địa tâm Ptolemy……… ……… 16

Hình 2 5 Nicolas Copernic……… ……….17

Hình 2 6 Mô hình nhật tâm Copernic……… ……… 18

Hình 2.7 Mô phỏng Mặt Trời……… ……… 22

Hình 2 7 Minh họa về quỹ đạo của các hành tinh……… ……… 22

Hình 2 8 Mô tả chiều quay của các hành tinh……… ……… 23

Hình 2 9 Hình ảnh mô phỏng các lớp ngoài quang cầu………… ………26

Hình 2 10 Mô tả về từ trường Trài Đất……… ………28

Hình 2 11 Các tầng của khí quyển (mô tả) ……… ……… 29

Hình 2 12 Trái Đất……… ……… 31

Hình 2 13 Mặt Trăng quay quanh Trái Đất……… …………33

Hình 2 14 Hiện tượng nhật thực (mô tả) ……… ……….34

Hình 2 15 Hiện tượng nguyệt thực (mô tả) ……… …….35

Hình 2 16 Hiện tượng thủy triều (mô tả) ……… …37

Hình 3 1 Các giai đoạn hình thành hệ Mặt Trời……… ….38

Hình 3 2 Cấu trúc hệ Mặt Trời……… 39

Hình 3 3 Sự ra đời của Mặt Trời……… .41

Hình 3 4 Quá trình hình thành hệ Mặt Trời……… 42

Hình 3 5 Sự hình thành các hành tinh……… .43

Hình 3 6 Các hành tinh kiểu Trái Đất……… .43

Hình 3 7 Các hành tinh kiểu Mộc Tinh……… 44

Hình 3 8 Sự hình thành tiểu hành tinh (mô tả) ……… 45

Hình 3 9 Sự hình thành sao chổi……… … 46

Hình 3 10 Sự hình thành Mặt Trăng……… 47

Hình 3 11 Hai vệ tinh của Hỏa Tinh……… 47

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thời xưa, khi chưa có lịch trong quá trình sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, nhân dân lao động thời cổ đại cổ đã biết lợi dụng các hiện tượng tự nhiên để định hướng thời vụ gieo trồng Con người còn biết quan sát các chòm sao trên trời nhằm xác định phương hướng, quan sát Mặt Trăng để nắm bắt thủy triều lên xuống…

“ Ánh nắng rực rỡ, ánh trăng dịu dàng, ánh sao lấp lánh, nhật thực tráng lệ… Những hiện tượng muôn màu muôn vẻ trong bầu trời đã kích thích óc tò mò và trí tưởng tượng của nhiều người” Vũ trụ cấu tạo như thế nào? Trái Đất mà chúng ta sinh sống như thế nào? Có mối quan hệ gì giữa bầu trời và Trái Đất? Làm thế nào Mặt Trời có thể phát ra những tia nắng rực rỡ? Ngoài Trái Đất của chúng ta ra, trên những hành tinh khác có sự sống hay không? Một loạt, rất nhiều câu hỏi từ đời thường cho tới những câu hỏi khó luôn khiến con người trăn trở Chính vì thế ngành Thiên văn học

ra đời và ngày càng phát triển mạnh mẽ

Thiên văn học là một môn khoa học nghiên cứu các thiên thể, cấu trúc của hệ thiên thể và quy luật tiến hóa nói chung của vật chất trong Vũ Trụ Bộ môn khoa học này được ra đời sớm bậc nhất và hiện nay vẫn là một mũi nhọn của khoa học hiện đại Vật Lý có một vai trò quan trọng trong môn thiên văn học, đặc biệt ngành Vật Lý thiên văn dùng để giải thích các quá trình xảy ra trong vũ trụ bằng các định luật Vật

Lý Vì vậy, hầu như tất cả các nhà thiên văn học đều có nền tảng vững chắc về Vật Lý Tuy nhiên, Thiên văn học cũng là một ngành khoa học khá bình dân và hấp dẫn nên bên cạnh các nhà thiên văn lại có rất nhiều người hoạt động nghiệp dư

Là một sinh viên Vật lý ở trường Đại Học Sư Phạm chỉ được học về Thiên văn đại cương thì những kiến thức Thiên văn hiện đại, đặc biệt là những vấn đề liên quan đến

vũ trụ còn mới mẻ và khá ít ỏi Tuy nhiên, không vì vậy mà tôi không thấy được điểm thú vị của môn học, mà ngược lại tôi lại rất yêu thích môn học này Và cũng chính vì những gì được học còn hạn hẹp nên tôi càng muốn biết nhiều hơn những gì mình chưa biết, hiểu nhiều hơn những gì mình chưa hiểu Trong môn thiên văn học mà tôi được học ở giảng đường, tôi cũng nắm được thành phần cấu tạo, bản chất vật lý và những quy luật chuyển động của các thiên thể Đồng thời cũng biết rõ về sự hình thành và

tiến hóa của các dạng tồn tại của vật chất trong vũ trụ…Tuy nhiên sự tò mò của bản thân không cho phép tôi dừng lại, chấp nhận với những kiến thức mình học được Tôi muốn đào sâu và nghiên cứu nhiều hơn về hệ Mặt Trời, về những lý thuyết mô tả vũ trụ qua các cột mốc lịch sử…về nơi mà chúng ta đang sống và sinh hoạt hằng ngày

Chính vì lẽ đó mà tôi quyết định: “Tìm hiểu các giả thuyết về cấu trúc của Vũ trụ

và sự hình thành của hệ Mặt Trời” Hy vọng rằng đây là một tài liệu bổ ích cho bạn

đọc và cho những ai có niềm yêu thích thiên văn

2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nguồn gốc ra đời của hệ Mặt Trời; các giả thuyết về cấu trúc vũ trụ, những ưu nhược điểm của từng thuyết, đi sâu vào tìm hiểu giả thuyết được xem là đúng đắn và áp dụng nhiều nhất

3 Nội dung nghiên cứu

 Khái quát sơ lược về Vũ trụ.

 Tìm hiểu những ý tưởng đầu tiên về vũ trụ duy vật – Giả thuyết

Aristotle về hệ Mặt Trời

 Tìm hiểu về giả thuyết Ptolemy

 Tìm hiểu mô hình nhật tâm Copernic

 Tìm hiểu về sự hình thành hệ Mặt Trời

4 Phương pháp nghiên cứu

 Tra cứu, đọc và xử lý các thông tin thu thập từ sách vở, báo chí, internet

và các tài liệu liên quan đến đề tài

 Trao đổi, thảo luận với bạn bè những thông tin thu được

 Trao đổi và lắng nghe những ý kiến của giáo viên hướng dẫn để kiểm

tra tính chính xác những thông tin thu thập được

5 Mục đích nghiên cứu

 Tìm hiểu các hệ thống quá trình hoàn thiện về cấu trúc của vũ trụ, sự hình thành hệ Mặt Trời của nhân loại

 Nâng cao sự hiểu biết của mình về vũ trụ, về thế giới thiên văn học

 Tập làm công tác hoạt động khoa học

6 Kết quả đạt được

 Giới thiệu về vũ trụ

Tổng quan về cấu trúc vũ trụ

Giới thiệu về mô hình Vũ trụ Big Bang

 Tìm hiểu về một số giả thuyết của vũ trụ

Trình bày đặc điểm, nội dung của từng thuyết

Nêu lên những ưu, nhược điểm của các thuyết đó

Giới thiệu về Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng

 Mô tả sự hình thành của hệ Mặt Trời – Giả thuyết tinh vân

Trình bày sự ra đời của Mặt Trời, các hành tinh, tiểu hành tinh, sao chổi

Lý giải một số trường hợp ngoại lệ trong hệ Mặt Trời

7 Cấu trúc của khóa luận gồm 4 phần chính:

 Phần A: Mở đầu

 Phần B: Phần nội dung

Chương I: Sơ lược về vũ trụ

Chương II: Các giả thuyết về vũ trụ

Chương III: Sự hình thành hệ Mặt Trời – Giả thuyết tinh vân

 Phần C: Kết luận

 Phần D: Tài liệu tham khảo

B NỘI DUNG CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC VỀ VŨ TRỤ [1], [2], [6], [9], [10]

1.1 Tổng quan về cấu trúc của Vũ Trụ

Với kính thiên văn hiện đại có thể nhìn vào vũ trụ với khoảng cách 15 triệu năm ánh sáng mà chưa thấy “bức tường” cuối cùng của vũ trụ, nên hiện nay vũ trụ được xem là vô tận, một không gian trống rỗng không có biên giới

Trong không gian các sao phân bố rộng rãi và không đều Chúng tập trung thành những hình dạng xác định gồm hàng trăm tỉ sao và được gọi là các thiên hà Các thiên hà đó thường có dạng elipxoit, dạng đĩa xoắn… với đường kính từ hàng chục đến hàng trăm ngàn năm ánh sáng Những ngôi sao trong mỗi thiên hà cũng phân bố

không đồng đều, đa số tập trung vào một mặt phẳng xác định được gọi là mặt phẳng chính của thiên hà

Măt Trời của ta là một ngôi sao nằm trong thiên hà gọi là ngân hà Ngân hà bao gồm các sao mà ta nhìn thấy bằng mắt thường (khoảng sáu ngàn sao) và hơn một trăm

tỉ sao khác chỉ có thể quan sát qua kính thiên văn Ta có thể thấy được một số thiên hà khác (những thiên hà ở gần thiên hà của chúng ta) dưới dạng những vết sáng nhòe yếu

Hình 1 1 Tổng quan về vũ trụ

ớt và vì thế mà chúng còn được gọi là các tinh vân Qua kính thiên văn cực mạnh ta có thể nhìn thấy một số sao riêng biệt cấu tạo nên các tinh vân ấy Trong khoảng không giữa các sao còn có các vật chất tồn tại dưới dạng bụi, khí, các hạt cơ bản, trường điện

từ và trường hấp dẫn Vì thế các đám bụi khí vũ trụ làm cản trở khả năng nhìn xa của chúng ta

Mặt Trời là một trong số các sao cấu tạo nên thiên hà của chúng ta Quanh Mặt Trời có các hành tinh chuyển động và quanh các hành tinh còn có các vệ tinh Các kết quả quan trắc cho biết xung quanh nhiều ngôi sao khác cũng có các hành tinh chuyển động, tương tự như hệ Mặt Trời

Các thành tựu đạt được mà thiên văn học đem lại đã khẳng định rằng vật chất trong vũ trụ vận động và biến đổi không ngừng Các hành tinh chuyển động quanh các sao còn các sao và cả thiên hà quay quanh trục của thiên hà Ngoài ra thiên hà còn chuyển động trong vũ trụ với vận tốc rất lớn và càng ngày càng xa nhau

Quá trình nghiên cứu về vũ trụ của con người là một quá trình cần mẫn, lâu dài,

tỉ mỉ để rồi dần dần, con người ta có thể nhìn xa hơn, sâu hơn vào vũ trụ tưởng như là

vô biên này, dự đoán cho tương lai của vũ trụ, của sự sống con người Và vũ trụ rộng lớn của chúng ta, vũ trụ mà khi con người xuất hiện đã có nó, con người không được chứng kiến sự hình thành của vũ trụ nhưng lại luôn muốn nghiên cứu về vũ trụ Để làm được điều này con người đã và đang nhìn về quá khứ, nhìn về thời điểm khi mà vũ trụ bắt đầu hình thành Đã có rất nhiều những giả thuyết về sự hình thành của vũ trụ, các thuyết có thể đối lập nhau, hoặc nối tiếp nhau để dựng lại quá trình hình thành vũ trụ Cái gì cũng có cơ sở để tồn tại và phát triển Vũ trụ của chúng ta càng phải vậy, cơ

sở của vũ trụ là các thuyết (điều này đã được công nhận)

1.2 Mô hình Vũ Trụ Big Bang

1.2.1 Lịch sử hình thành mô hình Vũ Trụ Big Bang

Vũ trụ bí hiểm, luôn đòi hỏi óc tìm tòi, khám phá của con người và “vũ trụ xuất hiện và tiến hoá như thế nào?” là câu hỏi đã gây ra không ít tranh cãi cho các nhà khoa học, do đó mà nhiều học thuyết đã ra đời nhằm trả lời câu hỏi trên Tuy nhiên, đến nay

lí thuyết được nhiều người ủng hộ nhất để giải thích nguồn gốc và sự tiến hoá của vũ trụ là lí thuyết về “Vụ nổ lớn” hay còn gọi là Big Bang Lí thuyết này đưa ra dựa trên

cơ sở của các thành tựu cả về lí thuyết lẫn thực nghiệm Vậy thuyết này đã ra đời như thế nào?

Trước đây vào những năm đầu của thế kỉ XX, người ta vẫn quan niệm vũ trụ là tĩnh tại và không gian, thời gian là vô hạn Năm 1915, nhà bác học thiên tài Albert Einstein đã công bố lí thuyết tương đối tổng quát hay còn gọi là thuyết tương đối rộng, gây nên một chấn động cho giới khoa học Bởi lí thuyết này cho rằng không thời gian

là đại lượng động lực tức phụ thuộc vật chất đồng thời chi phối vật chất Điều đó dẫn tới việc không thời gian và do đó vũ trụ có thể có khởi đầu và kết thúc, tức là hoàn toàn không tĩnh như người ta vẫn nghĩ Hơn nữa, nghiệm mà phương trình Einstein mô

tả vũ trụ là đang dãn ra hoặc co lại Tuy nhiên, chính Einstein cũng không thể tin vào

sự tồn tại một vũ trụ như vậy nên ông đã thêm vào phương trình của mình một hằng

số vũ trụ có tác dụng phản hấp dẫn để phù hợp với vũ trụ tĩnh như quan niệm hiện giờ Đến năm 1922, Friedman (1888-1925) – một nhà khoa học nghiên cứu các vấn đề khí động học phục vụ pháo binh người Nga đã nghiên cứu một cách nghiêm túc thuyết tương đối rộng mà không sử dụng đến hằng số vũ trụ Kết quả là ông đã tìm được nghiệm của phương trình Einstein cho một vũ trụ động gọi là phương trình Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker Độc lập tìm ra phương trình này với Friedman là 1 vị linh mục người Bỉ tên Greorges Lemaitre (1894-1966) đồng thời cũng là một nhà khoa học lớn Ông đã tìm ra phương trình này dựa trên các quan sát về sự lùi xa của các tinh vân xoáy ốc và đặt giả thuyết rằng vũ trụ bắt đầu từ 1 nguyên tử duy nhất Giả thuyết này của Lemaitre có tên là giả thuyết “nguyên tử nguyên thuỷ” Giả thuyết này đã được cổ vũ mạnh mẽ bởi các quan sát của nhà thiên văn Edwin Hubble khi Hubble nhận thấy các thiên hà đang di chuyển ra xa chúng ta theo mọi hướng với vận tốc tỉ lệ với khoảng cách giữa chúng Sự dãn nở này gọi là định luật Hubble Khám phá của Hubble đã tạo ra một bước ngoặt trong việc nghiên cứu và nhận thức về vũ trụ, khám phá này chính là cơ sở để hình thành thuyết Big Bang Tuy nhiên, mãi đến năm 1948 nhà vật lý Mỹ gốc Nga G.Gamow mới tạo ra một bước ngoặt mới cho lí thuyết Big Bang khi cho rằng vũ trụ đang dãn nở hiện nay là kết quả của sự nổ tung của một khối vật chất trong một thể tích vô cùng nhỏ gần như một điểm cách đây 14 tỷ năm Ông cũng dự đoán được sự tồn tại của bức xạ còn sót lại trong vũ trụ từ sau Vụ nổ đó Đáng tiếc điều tiên đoán này lúc bấy giờ không được giới khoa học quan tâm

Bức xạ còn lại này (bức xạ tàn dư), thường gọi là bức xạ phông vi ba vũ trụ, đã được A.A.Penzias và R.W.Wilson bất ngờ phát hiện vào năm 1965 khi hai ông đang thử máy thu tín hiệu trên bước sóng 3cm Đó là một chứng cớ rất rõ ràng về sự đúng đắn của giả thuyết quả cầu lửa nguyên thuỷ mà Gamow đã đề xuất Chính phát hiện này đã đem lại thắng lợi cho thuyết Vụ nổ lớn của Gamow

Có một điều thú vị là cái tên Big Bang lại do nhà Hoyle đặt ra năm 1950 nhằm chế giễu lý thuyết Ông là người đề xuất thuyết vũ trụ dừng năm 1948, theo đó vũ trụ không có khởi đầu và kết thúc Sau khám phá bức xạ tàn dư, nó đã chết vẻ vang như hầu hết các lý thuyết khoa học khác

Mô hình Big Bang đã được hoàn thiện dần dần về cả lí thuyết lẫn thực nghiệm theo sự phát triển của thiên văn học Ngày nay, mô hình Big Bang đã được thừa nhận rộng rãi, nó trở thành mô hình chuẩn cho vũ trụ

1.2.2 Lí thuyết BIG BANG

Lí thuyết BIG BANG được đề ra bởi George Gamov vào năm 1948

Ðây là một lí thuyết về một Vũ trụ đặc và nóng,

có điểm khởi đầu Lí thuyết này cho biết Vũ trụ đã khởi

đầu bằng một vụ nổ lớn (Big Bang) diễn ra cách đây

chừng 15 tỷ năm Hiện nay không có một ngôn ngữ nào

giúp chúng ta diễn tả về thời điểm này vì thứ nhất nói

một cách đơn giản là có ai biết về lúc đó đâu mà nói và

chính xác hơn là nó thuộc phạm vi ngoài những cái ta

biết về không gian và thời gian

Tạm thời ta có thể vẽ lại bức tranh tiến hoá của

Vũ trụ như sau:

Hình 1 2 George Gamov

Hình 1 3 Vụ nổ Big Bang

+ t = 0 : Vũ trụ ra đời bằng Big Bang, tại điểm này các định luật vật lí đã biết và

thuyết tương đối rộng không áp dụng được

+ t = 10-43s : Thời điểm này gọi là thời điểm Plank, kích thước vũ trụ là 10-35 m, nhiệt độ là 1032K và khối lượng riêng là 1091kg/cm3, gọi là các trị số Plank Từ thời điểm này vũ trụ bắt đầu dãn nở rất nhanh

+ t = 10-34s : Giai đoạn lạm phát vũ trụ xảy ra Kích thước vũ trụ tăng nhanh chóng, tăng thêm 1050 so với thời điểm Planck Nhiệt độ 1027 K

+ t = 10-6s : Đây là thời điểm các hạt tạo thành vật chất, quark và lepton hình thành cùng với các phản hạt của chúng, nhiều cặp phản hạt gặp nhau tự hủy giải phóng năng lượng dưới dạng photon

+ t = 10-3s : Các lepton chiếm ưu thế trong vũ trụ và ở trạng thái cân bằng với các photon Vũ trụ hết sức đậm đặc và các photon không thể vượt qua một lượng lớn các electron, proton và neutron tràn ngập vũ trụ, thời kì này chấm dứt khi các phản vật chất bị hủy diệt gần như toàn bộ

+ t = 1s : Thời kì bức xạ Vũ trụ tràn ngập bởi các hạt lepton, boson, nuclon và meson, nhiệt độ vũ trụ giảm còn 1010 K

+ t = 3 phút : Các neutron và proton không còn đủ năng lượng phá vỡ liên kết giữa chúng để thoát khỏi hạt nhân nữa Các hạt nhân H và He hình thành liên tiếp và chiếm ưu thế trong Vũ trụ

+ t = 300.000 năm : Các electron kết hợp với hạt nhân tạo thành nguyên tử, vật chất bắt đầu được định hình như ngày nay

+ t = 1 tỷ năm : Các Thiên hà đầu tiên ra đời cùng các ngôi sao

+ t = 15 tỷ năm : Hiện nay, nhiệt độ T

Lí thuyết Big Bang này ngày nay đã được công nhận gần như tuyệt đối do nó có

cơ sở dựa trên lí thuyết tương đối rộng, nguyên lí về “Vũ trụ đồng nhất và đẳng hướng” và sự dời xa của các Thiên hà theo quan sát của Hubble

Như vậy theo thuyết Big Bang nói trên, tất cả chúng ta (vũ trụ) đã ra đời cách đây 15 tỷ năm bởi một vụ nổ Ta không thể nói gì về nó vì ngoài phạm vi của Big Bang thì không tồn tại vật chất và bức xạ, do đó không tồn tại khái niệm không gian và thời gian, từ duy nhất ta có thể dùng để chỉ nó là “không gì cả” Chúng ta không thể có khái niệm không gian và thời gian vào trước khi Big Bang xảy ra Vì sao lại như vậy? Như trên đã nói, toàn bộ vật chất (các hạt) chỉ được tạo thành bởi vụ nổ lớn (Big Bang) Vậy có nghĩa là trước Big Bang không hề có sự tồn tại của các hạt mà chúng ta

đã biết Như vậy là không có một sự khác biệt nào để phân biệt hai điểm, tức là không

Hình 1 4 Hình ảnh mô tả Vũ trụ

gian không hề tồn tại Mặt khác ta lại biết rằng thời gian chỉ là một đại luợng biểu diễn các quá trình Vậy ở đây ta sẽ sử dụng thời gian để làm gì khi không có sự biến đổi, sự chuyển động của các hạt Vậy ta có thể đi đến kết luận thời gian cũng không tồn tại ngoài phạm vi của Big Bang Như thế thì chúng ta lại có một lưu ý nhỏ là không bao giờ được phép nói rằng Big Bang đã bùng phát tại “một điểm” vì đơn giản là điểm thì phải được xác định trong một không gian hình học nào đó trong khi ở đây ta không có không gian

CHƯƠNG II: CÁC GIẢ THUYẾT VỀ VŨ TRỤ

[4], [5], [7], [8], [10], [12]

2.1 Những ý tưởng đầu tiên về vũ trụ duy vật – Giả thuyết Aristotle

2.1.1 Khái quát về những ý tưởng ban đầu

Khoảng thế kỉ VI trước công nguyên, nhiều nhà triết học, toán học (chủ yếu là

Hy Lạp) đã tỏ ra nghi ngờ sự can thiệp của thánh thần vào Trái Đất và vũ trụ Với mục đích giải thích sự tồn tại của vũ trụ và phản bác các tư tưởng về thần thánh và chúa Trời, nhiều ý tưởng được đưa ra

Thế kỉ VI trước Công nguyên, Tallette đã tính được rằng chu kì thời tiết là 365 ngày, dự đoán được từng ngày có nhật thực, nguyệt thực Theo Tallette, mọi thứ trong

tự nhiên đều tạo thành từ nước và sớm muộn cũng lại về là nước

Cũng thế kỉ thứ VI trước Công Nguyên, một nhà triết học khác là Animandre (610 - 547 trước CN) đã đưa ra một mô hình vũ trụ đầu tiên trong đó Trái Đất là một hình trụ ngắn như một cái đĩa ở trung tâm, quay xung quanh là 3 vành bánh xe có các hành tinh, Mặt Trời và Mặt Trăng

Những người theo trường phái Pytagor vào khoảng thế kỉ thứ V trước Công Nguyên cho rằng Trái Đất có dạng cầu quay quanh một ngọn lửa trung tâm cùng với các thiên thể theo thứ tự từ trong ra ngoài: Đối Trái Đất, Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt Trời và 5 hành tinh (Mercury, Venus, Mars, Jupiter, Saturn)

Tiếp theo, Aristotle cho rằng thế giới tự nhiên được tạo thành từ 4 yếu tố cơ bản là: đất, nước, không khí và lửa

Một nhà triết học khác là Democrite đưa ra ý tưởng rằng Trái Đất là trung tâm của vũ trụ, tuy nhiên ngoài Trái đất, Mặt Trời và Mặt Trăng còn có vô số các thiên thể khác hợp lại thành Ngân Hà Ông cũng đã nói rằng mọi dạng vật chất đều chỉ là sự kết hợp các nguyên tố mà thành

Thế kỉ III trước Công Nguyên, có sự xuất hiện của Aristarchus, một nhà thiên văn Hi Lạp cổ Ông là người đầu tiên nêu ra thuyết nhật tâm và tính được khoảng cách

từ Trái Đất đến Mặt Trời và Mặt Trăng (chưa chính xác) Tuy nhiên lí thuyết nhật tâm này không được ai quan tâm mà phải đợi đến gần 2000 năm sau nó mới lại xuất hiện (Copernic)

Khoảng năm 140 trước Công Nguyên đã xuất hiện văn bản đầu tiên có liệt kê danh sách các ngôi sao Danh mục này gồm khoảng 850 sao quan sát được ở bầu trời Bắc Người lập ra danh mục này là nhà thiên văn Hy Lạp Hipparchus

2.1.2 Giả thuyết Aristotle

Aristotle (384 – 322 TCN), một học trò của

Plato, và là thầy học của Alecxanđrơ đại đế khi còn

trẻ Ông là một nhà bác học uyên thâm, những

nghiên cứu của ông để lại được coi như bộ bách

khoa toàn thư đầy đủ về mọi tri thức khoa học thời

bấy giờ

Aristotle là một nhà triết học vĩ đại thời cổ

Những tư tưởng của ông có ảnh hưởng sâu sắc đến

nhiều thế hệ Mặc dù ở thời ông người ta không sử

dụng toán học và tiến hành thí nghiệm nhưng ông

vẫn được coi là cha đẻ của vật lý học với tác phẩm

“Vật lý học”

2.1.2.1 Khái quát về giả thuyết

Aristotle chủ trương rằng thế giới do bốn nguyên tố tạo thành: đất, nước, không khí và lửa Bốn nguyên tố đó mang tính chất nguyên thủy là khô, ẩm, nóng, lạnh, phân

bố như sau: đất thì khô và lạnh, nước thì lạnh và ẩm, không khí thì ẩm và nóng, lửa thì nóng và khô Bốn tính chất nguyên thủy luôn luôn đấu tranh với nhau, tạo ra sự chuyển hóa các nguyên tố và mọi biến đổi trong thiên nhiên Trong nước, nếu nóng thắng lạnh thì nước biến thành hơi nước (do nguyên tố không khí tạo thành), nếu khô thắng ẩm thì nước biến thành nước đá (do nguyên tố đất tạo thành)

Mỗi nguyên tố đều có vị trí tự nhiên trong vũ trụ Vị trí tự nhiên của đất là Trái Đất, trung tâm bất động của vũ trụ Vị trí tự nhiên của nước là phần khối cầu bao bọc ngoài địa cầu Vị trí tự nhiên của không khí và lửa là hai phần khối cầu bọc ngoài Mặt cầu ngoài cùng là giới hạn vị trí của lửa, có gắn các sao bất động, đó là giới hạn của vũ trụ Bên ngoài nó là “động cơ thứ nhất”, không phải là vật chất và không phải là chân không, điều khiển mọi chuyển động của vật chất Mỗi nguyên tố khi bị cưỡng bức rời khỏi vị trí tự nhiên đều có xu hướng trở về vị trí tự nhiên Đó là nguyên nhân gây ra

Hình 2 1 Aristotle

chuyển động tự nhiên Hòn đá rơi từ trên cao xuống, hay ngọn lửa bốc lên cao là những chuyển động tự nhiên đưa chúng về vị trí tự nhiên Một hòn đá bị ném lên cao nhưng cuối cùng nó cũng tìm về chuyển động tự nhiên để rơi xuống đất Thế giới từ Mặt Trăng trở lên là thế giới của Trời, thế giới thiêng liêng Chuyển động tự nhiên của các thiên thể ở đây là chuyển động tròn, vì đường tròn là hoàn thiện nhất, với tốc độ không đổi Thế giới dưới Mặt trăng là thế giới trần tục nên chuyển động là đường thẳng, một đường không hoàn thiện

Mặt trăng nằm trên mặt cầu gần tâm nhất Vì thế nó thuộc địa hạt Trái Đất, khiến nó cũng không hoàn hảo, gây nên các chấm đen và phải trải qua các tuần trăng

Nó không hoàn hảo như những vật

thể khác trên trời, vốn tự toả sáng

Dựa trên học thuyết của

Aristotle, thuyết địa tâm đưa ra và

được đa số các nhà thiên văn công

nhận Nội dung của thuyết: Trái Đất

hình cầu đứng yên tại trung tâm vũ

trụ, bao quanh trung tâm Trái Đất có

7 mặt cầu pha lê trong suốt, gắn trên

Hình 2 2 Mô hình Aristotle

2.1.2.2 Ƣu và nhƣợc điểm của thuyết Aristotle

Thuyết Aristotle nêu lên những ý tưởng ban đầu về bầu trời cũng có Mặt Trời, Trái Đất và các sao Đưa ra mô hình sơ khai về hệ Mặt Trời, mô hình phù hợp với các quan sát thông thường

Đầu tiên, nếu Trái Đất thực sự chuyển động, thì một người trên đó phải quan sát thấy các ngôi sao cố định dời chỗ vì hiện thượng thị sai Nói gọn, những hình dạng của các chòm sao phải thay đổi ở mức quan sát thấy trong năm Trên thực tế, các ngôi sao

ở quá xa so với Mặt trời và các hành tinh tới mức chuyển động của chúng (thực sự có tồn tại) không thể quan sát thấy cho đến tận thế kỷ XIX Vì không thể quan sát thấy thị sai nên bất cứ một thuyết nào khác ngoài mô hình địa tâm đều bị bác bỏ

Một sự quan sát có nhiều ảnh hưởng khác là Kim Tinh luôn có độ sáng ổn định trong mọi khoảng thời gian “và vì thế nó luôn ở cùng một khoảng cách so với Trái Đất” Trên thực tế điều đó xảy ra bởi vì phần ánh sáng mất đi trong các tuần của nó bù trừ cho kích thước biểu kiến thay đổi theo khoảng cách của Kim Tinh với Trái Đất Những sự chống đối khác bao gồm ý tưởng do Aristotle đưa ra cho rằng những vật thể

to lớn như Trái Đất theo trạng thái tự nhiên phải đứng yên và cho rằng phải cần có nhiều lực mới có thể làm chúng chuyển động Một số người cũng tin rằng nếu Trái đất quay quanh trục của nó thì không khí và các vật thể trên Trái đất (như chim hay mây)

sẽ bị bỏ lại đằng sau

Một sai lầm lớn của các mô hình Aristotle dựa trên các mặt cầu đồng tâm là họ không thể giải thích được sự thay đổi độ sáng của các hành tinh do sự biến đổi khoảng cách gây ra

Sau một thời gian dài nghiên cứu và tranh luận thì giả thuyết này cũng bị bác

bỏ, do các nhà thiên văn đã phát hiện một số mâu thuẫn quan trọng giữa các kết quả quan sát và lí thuyết của Aristotle Các hành tinh chuyển động không phải với vận tốc không đổi, mà có lúc nhanh hơn lúc chậm hơn, chuyển động giật lùi, rồi lại tiến lên, vẽ thành một cái nút thòng lọng trên quỹ đạo (chuyển động thắt nút)

Để giải quyết các nhược điểm đó theo

tinh thần Aristotle Ptolemy (thế kỉ II TCN) đã

có một giải pháp tài tình với một hệ thống các

nội luân và các ngoại luân

2.2 Giả thuyết Ptolemy

Ptolemy (100 – 170 sau CN), một nhà

toán học và thiên văn học Hy Lạp

Theo Ptolemy, chỉ có Mặt Trời và Mặt

Trăng được gắn trên các thiên cầu Các hành

tinh không được gắn trực tiếp trên các thiên cầu

2.2.1 Đặc điểm của mô hình địa tâm Ptolemy

Trong hệ Ptolemy, mỗi hành tinh chuyển

động trên hai hay nhiều mặt cầu: một mặt cầu chính với tâm là Trái Đất, và các mặt cầu khác được gọi là ngoại luân nằm trên mặt cầu chính Hành tinh chuyển động trên các mặt cầu và ngoại luân đó Mặt cầu chính quay quanh Trái Đất trong khi ngoại luân quay bên trong mặt cầu chính, khiến hành tinh có thể tiến gần hay rời xa Trái đất hơn tùy theo các điểm khác nhau trên quỹ đạo của nó, và thậm chí có thể di chuyển chậm, dừng lại, đi giật lùi (trong chuyển động lùi) Các ngoại luân của Kim Tinh và Thủy Tinh luôn có tâm trên một đường thẳng nối Trái Đất với Mặt Trời (Thủy Tinh gần Trái Đất hơn), điều này giải thích tại sao chúng luôn gần nhau trên bầu trời

Bầu trời quay xung quanh Trái Đất với chu kì 24 giờ

Măt Trời và Mặt Trăng, bên cạnh nhật động còn chuyển động đối với các sao, theo chiều ngược với chiều nhật động, với chu kì tương ứng là 365 ngày và 27 ngày

Các hành tinh cũng chuyển động với các sao theo chiều ngược với chiều nhật động nhưng cũng có những thời kì chúng dịch chuyển theo chiều ngược lại nên chuyển động của nó có dạng nút so với phông tạo bởi các ngôi sao cố định

Hai hành tinh Thủy Tinh và Kim Tinh dao động xung quanh Mặt Trời với biên

độ không quá 28 độ và 48 độ

Bằng trí tưởng tượng Ptolemy đã phác thảo ra mô hình vũ trụ địa tâm:

- Trái Đất nằm yên ở trung tâm vũ trụ

Hình 2 3 Ptolemy

- Giới hạn của vũ trụ là một vòm cầu trong suốt trên đó gắn chặt các sao Toàn bộ vòm cầu này quay đều quanh một trục đi qua tâm Trái Đất

- Mặt Trăng, Mặt Trời chuyển động tròn đều quanh Trái Đất cùng chiều với chiều quay của vòm cầu sao nhưng có chu kì khác nhau nên ta thấy chúng dịch chuyển từ từ với các sao

- Mỗi hành tinh đều chuyển động đều trên một vòng tròn phụ gọi là “ngoại luân”, có tâm nằm trên thiên cầu của hành tinh đó

- Trái Đất, Mặt Trời và tâm vòng phụ của Kim Tinh và Thủy Tinh luôn luôn nằm trên một đường

thẳng, điều này giải thích

tại sao chúng luôn gần

nhau trên bầu trời Thứ tự

2.2.2 Ƣu và nhƣợc điểm của mô hình Ptolemy

Nhìn chung thì mô hình địa tâm của Ptolemy mô tả tương đối chính xác các chuyển động nhìn thấy của bầu trời, giải thích được nhiều đặc điểm chuyển động của các hành tinh như sự dao động trên thiên cầu so với “các sao cố định” hay điểm đặc biệt của quĩ đạo chuyển động của Thuỷ Tinh và Kim Tinh…

Tuy nhiên bản thân Ptolemy cũng thừa nhận mô hình của ông chỉ là những mô

tả kết luận cho những quan sát trực tiếp mà chưa thể khẳng định toàn bộ về cấu tạo của

Hình 2 4 Mô hình địa tâm Ptolemy

vũ trụ Đáng tiếc rằng chính sự mô tả thiếu chính xác này đã vô tình trở thành cơ sở để củng cố thêm cho thuyết về sự sáng tạo của Chúa Trời trong các tôn giáo

Hơn 1000 năm, mẫu địa tâm Ptolemy tồn tại vững chắc dưới sự bảo hộ của nhà thờ tôn giáo Dần dần với các phương pháp và thiết bị quan sát chính xác, tỉ mỉ hơn,

mô hình địa tâm bộc lộ nhiều điểm thiếu sót mà không thể giải thích được Do vậy đã phải đưa thêm vào mô hình này nhiều các mặt cầu hơn, các quĩ đạo rắc rối hơn làm cho mô hình hình học của mẫu này trở nên hết sức rắc rối, khó mà tưởng tượng hết được Và một tu sĩ đã phải thốt lên: “Lạy Chúa, tại sao người đã sinh ra một vũ trụ rắc rối đến thế!” Mặc dù vậy, như trên đã nói, với sự bảo hộ quá vững chắc của nhà thờ tôn giáo, đó đã là mô hình chuẩn của vũ trụ cho đến năm 1543

2.3 Mô hình nhật tâm Copernic

Về sau, các phương pháp quan trắc ngày càng chính xác hơn cho phép phát hiện nhiều đặc điểm mới trong sự chuyển động của các hành tinh, mà hệ thống nội luân và ngoại luân không thể giải thích được

Tình hình đó khiến một số nhà thiên văn nhớ lại thuyết nhật tâm đã bị bỏ quên, và tin rằng nó có thể mô tả vũ trụ một cách đơn giản, thuận tiện hơn Nhưng vào lúc đó phải có lòng dũng cảm rất lớn mới dám đứng lên bảo vệ thuyết nhật tâm, chống lại truyền thống dân gian lâu đời, chống lại kinh thánh Copernic (1473-1543) là một tu sĩ, đồng thời là một nhà hoạt động xã hội và khoa học hết sức sôi nổi

Năm 1530, ông đã trình bày những luận điểm cơ bản của mình về thuyết nhật tâm Tiếp sau đó, ông đã trình bày đầy đủ lý thuyết

của ông trong tác phẩm “Về sự quay của Thiên

cầu” Cuốn sách chỉ được in xong vào năm

1543 và đến tay ông vài ngày trước lúc ông

chết

2.3.1 Nội dung của hệ vũ trụ nhật tâm

- Mặt Trời, chứ không phải Trái Đất ở

trung tâm vũ trụ

- Các hành tinh chuyển động đều xung

quanh Mặt Trời theo quỹ đạo tròn, cùng chiều Hình 2 5 Nicolas Copernic

và gần như trong một mặt phẳng Càng xa Măt Trời thì các hành tinh có chu kì chuyển động càng lớn

- Trái Đất cũng là một hành tinh Ngoài chuyển động quanh Mặt Trời, Trái Đất

còn tự quay quanh một trục xuyên tâm

- Măt Trăng chuyển động quanh Trái Đất (vệ tinh của Trái Đất)

- Các sao rất xa cố định trên thiên cầu

- Thủy Tinh và Kim Tinh có quỹ đạo chuyển động bé hơn quỹ đạo chuyển động của Trái Đất (ở gần Mặt Trời hơn) Các hành tinh còn lại (Hỏa Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh…) có quỹ đạo chuyển động lớn hơn quỹ đạo chuyển động của Trái Đất (ở xa Mặt Trời hơn) Như vây theo Copernic thì các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo thứ tự từ Mặt Trời ra là:

5 Mộc Tinh

6 Thổ Tinh

7 Thiên Vương Tinh

8 Hải Vương Tinh

9 Diêm Vương Tinh

2.3.2 Sự đúng đắn của học thuyết Copernic

Lý thuyết của Copernic cũng còn những điểm chưa đúng, nhưng cái vĩ đại nhất của nó là chuyển tâm trụ vào Mặt Trời, và coi Trái Đất như một hành tinh bình thường của Mặt Trời, bác bỏ những giáo điều của Aristotle và của giáo hội về thế giới trên trời, thế giới trần tục, về vai trò cao cả của Trái Đất trong vũ trụ

Về cơ bản hệ nhật tâm Copernic phù hợp với cấu tạo thực của Mặt Trời, nó cho phép ta giải thích dễ dàng mọi đặc điểm chuyển động nhìn thấy của các thiên thể Copernic đã giải thích vấn đề đặt ra ở đây như : “Nếu Trái Đất chuyển động trong không gian, tại sao ta vẫn thấy mặt cầu các sao bất động chuyển động một cách đều đặn?”, ông nói rằng vì bầu trời vô cùng rộng lớn so với quỹ đạo của Trái Đất, “đối với cảm giác của chúng ta, Trái Đất so với bầu trời cũng như một hạt nhỏ so với một vật…như cái hữu hạn so với cái vô hạn”

Mô hình nhật tâm đã được nhiều nhà khoa học đương thời tán thành nhưng lại bị thế lực thống trị ngăn cản vì nó đối lập với tiền đề của kinh thánh Cuối thế kỉ XVI, nhà triết học chân chính Bruno đã lên tiếng công khai ủng hộ hệ nhật tâm Ông còn tuyên đoán mỗi sao là một Mặt Trời và quanh các sao cũng có các hành tinh chuyển động

Trong vô số các hành tinh ấy nhất định phải có nhiều hành tinh giống Trái Đất của chúng ta và như vậy cuộc sống không chỉ có đơn độc trên Trái Đất mà phổ biến trong

vũ trụ vô tận Bruno đã bị kết tội phản nghịch và đã bị giai cấp thống trị thiêu sống vào năm 1600 tại thành phố Roma

Sau đó Galilei đã kế tiếp Copernic Ông là người sáng lập ra vật lí thực nghiệm Học thuyết Aristotle, một học thuyết đã ăn sâu vào nhận thức của con người suốt 2000 năm khẳng định rằng vũ trụ là tĩnh, mọi định luật là đã được định sẵn trên cái tĩnh đó, mọi chuyển động đều là sai với tự nhiên Dựa trên cơ sở đó mà Ptolemy chỉ ra rằng các ngôi sao là những quả cầu lửa đính trên một khối cầu pha lê bao quanh

Trái Đất Galilei nghiên cứu các định luật của vật lí Aristotle và nhận thấy nhiều điểm

vô lí trong học thuyết này Bằng nhiều thí nghiệm cụ thể, ông đã đưa ra những chứng minh về sự sai lầm của học thuyết Aristotle như thí nghiệm thả rơi các vật từ tháp nghiêng Pisa để chứng minh cho sự rơi có gia tốc của các vật hay giải thích thí nghiệm thả một quả cầu trên con tàu đang chạy (thí nghiệm này chính là cơ sở cho sự ra đời của định luật quán tính mà sau này Newton mới chính thức phát biểu đầy đủ – mọi vật luôn bảo toàn chuyển động của mình) Ít năm sau đó, Galilei mới đưa ra một vế nữa của định luật quán tính mà ông tạm phát biểu như sau: mọi sự thay đổi về trạng thái chuyển động đều có thể qui cho sự can thiệp của môi trường xung quanh

Thí nghiệm của Galilei về sự bảo toàn vận tốc của các vật: Một trong những luận

cứ của những người theo học thuyết Aristotle đưa ra để phủ nhận mô hình nhật tâm Copernic là việc thả rơi quả cầu trong một con tàu Họ lí giải như sau: Nếu ta thả rơi một quả cầu trên đỉnh cột buồm của một con tàu đứng yên thì quả cầu sẽ rơi xuống đúng vào chân cột buồm Cái đó không có gì phải bàn Mặt khác khi con tàu đang chạy thì quả cầu sẽ rơi cách cột buồm một đoạn Đó là vì trong khi quả cầu rơi trong không khí thì con tàu đã chạy được một đoạn rồi Như vậy thì suy ra nếu Trái Đất thật sự có quay thì trong khi thả quả cầu ngay cả khi con tàu đứng yên thì nó vẫn cứ phi chạy được một đoạn cùng với Trái Đất Như thế thì quả cầu phải rơi cách cột buồm một đoạn, vậy mà nó vẫn cứ rơi đúng chân cột buồm, điều đó chứng tỏ một điều là Trái đất không hề có một chuyển động nào cả Thế nhưng những người đó, họ chỉ biết lí luận chứ chưa hề làm thí nghiệm kiểm chứng Galilei đã chứng minh rằng ngay cả khi con tàu chuyển động thì quả cầu vẫn rơi đúng chân cột buồm, và như vậy thì quả cầu vẫn phải rơi đúng chân cột buồm ngay cả khi Trái Đất có chuyển động như thế nào chăng nữa Ông nêu rõ rằng vì quả cầu và con tàu luôn mang theo cùng một vận tốc, khi ngưòi đứng trên cột buồm nắm tay cầm quả cầu thì quả cầu cùng chuyển động với con tàu Khi người đó thả tay ra thì quả cầu vẫn mang theo được vận tốc ban đầu này mà

nó đã được nhận từ trước đó Do đó việc quả cầu chạm chân cột buồm không thể kết luận rằng con tàu có chuyển động hay không Cũng như vậy, vì mọi vật luôn luôn bảo toàn chuyển động của mình nên không thể kết luận xem Trái đất có chuyển động hay không dựa vào thí nghiệm này

Khi ta ngồi trên một con tàu kéo dèm kín, ta không thể xác định được là nó có chuyển động hay không và nếu có thì nó đang chuyển động theo chiều nào Cũng vậy, Galilei cho rằng đó chính là lí do khiến ta không thể cảm nhận thấy sự chuyển động của Trái Đất khi ta đứng trên nó

Tác phẩm thiên văn học lớn nhất của Galilei là cuốn sách “đối thoại về hai hệ thống vũ trụ” trong đó ông chỉ ra sự khác biệt giữa 2 hệ thống Ptolemy và Copernic để rồi kết luận sự đúng đắn của hệ nhật tâm Copernic và nêu lên sự sụp đổ hoàn toàn của

mô hình địa tâm Ptolemy Năm 1604, một ngôi sao rất sáng bỗng xuất hiện trên bầu trời, các nhà khoa học thời đó xôn xao Nhiều người cho rằng đó là sự xuất hiện của một ngôi sao băng, có ý kiến lại cho rằng đó là một thiên thạch khổng lồ Galilei đã chỉ

ra rằng đó thực chất chỉ là một vụ bùng nổ thời kì cuối của một ngôi sao mà ông tạm gọi là hiện tượng siêu tân tinh (Super Nova)

Bằng quan sát qua kính thiên văn của mình, Galilei cũng chỉ ra rằng Trái đất không thể là trung tâm của vũ trụ như mô hình vũ trụ địa tâm Ptolemy Qua kính thiên văn, Galilei nhận thấy Mặt Trăng cũng có núi non và các thung lũng như Trái Đất, như vậy thì khó mà tin rằng Trái Đất lại có một vị trí ưu tiên nào trong vũ trụ và Mặt Trăng thì không thể là “quả cầu lửa” như Ptolemy đã nói Trong khi đó, Galilei lại đồng thời phát hiện ra 4 vệ tinh lớn của Mộc Tinh, một minh chứng cho thấy rằng không chỉ Trái Đất mới có vệ tinh quay quanh Nếu như Mộc Tinh cũng có các vệ tinh quay quanh như Mặt Trăng quay quanh Trái Đất thì bản thân tất cả chúng, cả Mộc Tinh và Trái đất cũng đều cần phải quay quanh một tâm chung nào đó Điều này đã được Galilei đưa vào cuốn “Đối thoại” làm một bằng chứng thực nghiệm

Đây là những bằng chứng thực nghiệm khẳng định sự đúng đắn của học truyết Copernic

đường đi riêng của nó xung

quanh Mặt trời Đường đi này

được gọi là quỹ đạo Trái đất mất

một năm để đi hết một vòng quỹ

đạo của nó Lực hấp dẫn của Mặt

trời giúp giữ mọi thứ ở trong quỹ

đạo của chúng Lực hấp dẫn là

lực hút vật này về phía vật kia

Vật thể càng lớn thì lực hấp dẫn

càng mạnh Mặt trời to lớn hơn

nhiều so với mọi vật thể khác

trong hệ mặt trời Cho nên, lực

hấp dẫn của Mặt trời là mạnh

nhất Lực hấp dẫn của nó giữ cho Trái đất và những vật thể khác trong hệ mặt trời

không bị trôi dạt ra bên ngoài

Hình 2 8 Mô phỏng Mặt Trời

Hình 2 7 Minh họa về quỹ đạo của các hành tinh

Hình 2.7 Mô phỏng Mặt Trời

Hình 2 9 Mô tả chiều quay của các hành tinh

Các vật thể còn quay tròn khi chúng chuyển động trong không gian vũ trụ Mỗi hành tinh, hành tinh lùn, vệ tinh, tiểu

hành tinh và sao chổi quay tròn ở một

tốc độ khác nhau Hệ mặt trời luôn

luôn chuyển động theo kiểu như vậy

Mặt Trời là một trong vô số

các ngôi sao trong vũ trụ nên việc

khám phá Mặt Trời cho phép chúng ta

tìm hiểu thế giới sao trong vũ trụ và

đặc biệt là tác động của nó đối với

Trái Đất

2.3.3.1 Công suất, nhiệt độ và áp suất của Mặt Trời

2.3.3.1.1 Công suất bức xạ Mặt Trời

Hằng số Mặt Trời Q là năng lượng bức xạ toàn phần của Mặt Trời truyền thẳng góc với 1 c của mặt đất trong 1 phút (với khoảng cách bằng 1 đơn vị thiên văn)

Giá trị của Q = 1,95 Calo/ c phút = 4,18.1,95J/ c phút

Từ đó ta có được công suất bức xạ của mặt trời cho mọi phương là

N = = 3,9 (W)

2.3.3.1.2 Xác định nhiệt độ của bề mặt Mặt Trời

Xem bức xạ của Mặt Trời như bức xạ của một vật đen tuyệt đối theo công thức Stefan-Boltzman W =

Trong đó W là hệ số phát xạ từ một đơn vị diện tích mặt quang cầu

Mặt khác W = suy ra =

dẫn đến: T = = 5760 K

(với R là bán kính của quang cầu bằng 696000Km)