Những con số làm nên vũ trụ - Phần 56

Vị đắng vũ trụ

Vật chất hầu như trong suốt đối với neutrino – như nhà thơ John Updike đã lưu danh thiên cổ trong bài thơ “Vị đắng vũ trụ”:

Ơi neutrino, các bé rất nhỏ
Bé không điện tích và không khối lượng
Và bé không chơi với ai hết
Trái đất ư, một quả cầu ngốc nghếch
Các bé xuyên qua dễ như trở bàn tay
Như những thiếu nữ lượn lờ trong phòng múa
Như những photon đi qua tấm thủy tinh
Bé khinh rẻ chất khí mạnh mẽ nhất
Bé phớt lờ bức tường kiên cố nhất
Thép lạnh căm và đồng thau hả
Bé làm nhục hết cả
Và xuyên qua mọi hàng rào lớp học
Xuyên thủng anh và em! từ trên cao
Xuyên qua hết, bé rơi không đau đớn
Xuyên qua đầu chúng ta và đi vào trong cỏ
Lúc đêm, bé có mặt ở Nepal
Bé kết nối người yêu và nàng thiếu nữ
Từ dưới chân giường – em gọi
Tuyệt làm sao; anh nói vọng về

Updike muốn nói neutrino sẽ dày đặc hơn nhiều nếu mặt trời bùng nổ trong một vụ nổ sao siêu mới (đừng lo, nó không có đủ khối lượng đâu). Mặc dù một neutrino đơn lẻ có thể đi qua một hàng rào chì dày một năm ánh sáng mà không tương tác với một nguyên tử chì nào, nhưng các neutrino phát ra bởi một vụ nổ sao siêu mới của Mặt trời của chúng ta sẽ giàu năng lượng và đông đúc đến mức bức xạ đó sẽ tiêu diệt loài người từ cự li Mộc tinh cách Mặt trời hiện nay.

Thật tình cờ, có một sai sót kĩ thuật nhỏ trong bài thơ của Updike – các neutrino thật ra có khối lượng, mặc dù chẳng là bao nhiêu. Updike đã qua đời hồi năm 2009, và thật tiếc là ông đã không chọn viết thêm nhiều vần thơ về các neutrino, vì có một số bí ẩn thú vị xung quanh chúng mà tôi nghĩ là dành cho một nhà thơ. Có ba loại neutrino khác nhau, và rõ ràng chúng có thể biến đổi dạng loại của chúng trên hành trình bay. Sự biến đổi giống loài giữa các neutrino! Ai đó nên mang thông tin này đến cho cảm hứng của Updike.

Cái xảy ra tiếp sau đó (với sao siêu mới, chứ không phải với Updike) phụ thuộc vào khối lượng của ngôi sao ban đầu. Nếu cái lõi neutron còn lại dưới 2,5 lần khối lượng mặt trời, thì nó tiếp tục tồn tại dưới dạng một sao neutron. Một cm³ chất liệu tại tâm sao neutron cân nặng đến 10¹⁵ pound. Lực hấp dẫn tại bề mặt của sao neutron gấp 100 tỉ lần độ lớn của lực hấp dẫn trên Trái đất, nhưng nếu cái còn lại của ngôi sao dưới 2,5 lần khối lượng mặt trời thì áp suất suy thoái neutron sẽ kháng lại lực hết sức lớn này, và ngôi sao neutron sẽ tiếp tục tồn tại. Tuy nhiên, nếu cái còn lại của ngôi sao gấp 2,5 lần khối lượng mặt trời, thì ngay cả áp suất suy thoái neutron cũng không thể kháng nổi lực hấp dẫn, và ngôi sao biến mất khỏi vũ trụ dưới dạng một lỗ đen.

Lỗ đen là một cái tên rất hợp, vì nó là một vùng không gian trong đó lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra ngoài. Mặc dù các lỗ đen đã bắt đầu đi vào nhận thức của công chúng vào khoảng năm 1967, khi nhà vật lí John Archibald Wheeler đặt ra thuật ngữ đó, nhưng khái niệm lỗ đen đã có từ hơn hai thế kỉ trước đó – với John Michell, người đã cho Henry Cavendish mượn cái cân xoắn mà Cavendish dùng để xác định tỉ trọng và khối lượng của Trái đất. Thật vậy, Michell đã viết cho Cavendish, “Nếu bán kính của một quả cầu có cùng tỉ trọng như Mặt trời vượt quá bán kính của Mặt trời theo tỉ lệ 500 trên 1, thì một vật rơi từ một độ cao vô hạn về phía nó sẽ cần một vận tốc bề mặt của nó lớn hơn vận tốc của ánh sáng, và giả sử ánh sáng bị hút bởi lực hấp dẫn tỉ lệ với bán kính của nó, với những vật khác, thì toàn bộ ánh sáng phát ra từ một vật như vậy sẽ phản hồi trở lại nó do lực hấp dẫn riêng của nó.” Đây là một tình tiết đẹp lạ lùng, vì Michell không những dự đoán các photon (tình tiết ánh sáng bị hút bởi lực hấp dẫn) mà còn chỉ ra một chừng mực nhất định cơ sở toán học của một lỗ đen.

Tuy nhiên, công trình của Michell không được chú ý nhiều lắm, và cần đến một người lính Đức đóng quân trên mặt trận Nga trong Thế chiến thứ nhất mang niềm hứng khởi trở lại với hiện tượng lỗ đen.