Giải Nobel vật lý được trao cho 3 nhà khoa học với nghiên cứu về hố đen

Nhà vật lý học Roger Penrose của Trường đại học Oxford, Anh, nhận được một nửa giá trị giải thưởng (tương đương 1,2 triệu đô-la Mỹ) do đã khám phá ra rằng sự hình thành hố đen là dự đoán chính xác về thuyết tương đối tổng quát. Nhà vật lý học Andrea Ghez của Trường đại học California ở Los Angeles (UCLA), Mỹ và nhà vật lý học Reinhard Genzel của Trường đại học Bonn, Đức, chia sẻ một nửa còn lại của giải thưởng (tương đương 1,2 triệu đô-la nữa) cho công trình khám phá ra một vật thể đặc siêu lớn ở trung tâm thiên hà của chúng ta.

Bà Ghez là người phụ nữ thứ tư trong lịch sử được trao giải Nobel vật lý. Ba người khác từng nhận giải trước bà là Marie Curie vào năm 1903, Maria Goeppert-Mayer năm 1963 và Donna Strickland năm 2018.

Trong công trình của mình, ông Penrose trình bày bằng các mô hình toán học mạnh mẽ cho thấy sự tồn tại của các hố đen là kết quả trực tiếp của học thuyết nổi tiếng của Einstein. Trên thực tế, Einstein không hề tin rằng những siêu khối lượng như vậy – tức là những vật thể nuốt chửng tất cả mọi thứ, kể cả ánh sáng, nếu chúng tiếp xúc được – lại có tồn tại.

Mặc dù vậy, thuyết tương đối mở rộng của Einstein dự đoán rằng lực hấp dẫn là kết quả của sự cong vênh của không gian – thời gian. Theo thuyết này, các vật thể có khối lượng rất lớn (như là các hố đen) đặt các vết lõm vũ trụ vào lớp vải không gian – thời gian để cho các vật thể khác ở gần không thể chống lại mà chỉ còn cách rơi vào các vết lõm này, hay chính là những điểm phân chia trọng lực. Một trong những dự đoán xuất phát từ thuyết tương đối mở rộng là các hố đen có một chân trời sự kiện, tức là một ranh giới mà không có gì, kể cả ánh sáng, có thể vượt qua được.

Vào tháng 1/1965, chỉ 10 năm sau khi Einstein mất, ông Penrose đã phát hiện ra rằng các hố đen có thể hình thành và đã hình thành. Ông mô tả hiện tượng này rất chi tiết trong một bài báo mà cho đến ngày nay vẫn được coi là “đóng góp quan trọng nhất cho thuyết tương đối mở rộng kể từ sau khi Eintein mất”. 

Ông Penrose nhận thấy ở trung tâm các hố đen có một lõi đặc vô cùng gọi là điểm kỳ dị, nơi xuất phát của các định luật của tự nhiên.

Về phần mình, hai nhóm của hai nhà vật lý học Ghez và Genzel đã khám phá ra bí mật tối ở trung tâm của dải Ngân Hà. 

Từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước, hai nhà vật lý học này đã tập trung nghiên cứu vùng trung tâm của thiên hà của chúng ta, vùng này được gọi là Nhân Mã A*. Mỗi người đều phát hiện ra rằng có một vật thể siêu nặng ở đó đang kéo các cụm sao và khiến chúng xoay quanh với các tốc độ chóng mặt. Trên thực tế hai nhóm nghiên cứu đã khám phá ra một vật thể có khối lượng siêu lớn bằng 4 triệu mặt trời cộng lại và được gói gọn trong một điểm không lớn hơn hệ mặt trời của chúng ta. 

Không chỉ dự đoán về sự tồn tại của “quái vật khổng lồ đen” này, hai nhóm nghiên cứu còn phát triển các phương pháp viễn vọng giúp họ nhìn xuyên qua các đám mây khí và bụi liên sao dày đặc ở trung tâm dải Ngân Hà. Họ đã hoàn thiện các kỹ thuật này để hiệu chỉnh lại những sai lệch do khí quyển của Trái Đất gây ra. Và cuối cùng, hai nhóm đã đưa ra được bằng chứng mạnh mẽ của việc hố đen siêu lớn này ẩn náu trong trung tâm thiên hà của chúng ta.

Ông David Haviland, Chủ tịch Ủy ban Nobel vật lý, phát biểu tại lễ trao giải như sau: Khám phá của những người đoạt giải thưởng năm nay đã tạo ra nền tảng mới cho nghiên cứu các vật thể đặc và siêu khối lượng. Nhưng những vật thể ngoại lai ngày vẫn đặt ra nhiều câu hỏi cần được trả lời và làm động lực cho nghiên cứu sau này. Không chỉ là những câu hỏi về kết cấu bên trong của các vật thể đó, mà còn là những câu hỏi về làm thế nào để kiểm tra được thuyết hấp dẫn trong các điều kiện vô cùng lạ lẫm ở vùng tiếp giáp của một hố đen.”

Giải Nobel vật lý năm ngoái được trao cho ba nhà khoa học vì đã làm sáng tỏ cấu trúc và lịch sử của vũ trụ cũng như thay đổi quan điểm của nhân loại về vị trí của hành tinh chúng ta trong vũ trụ.