Lịch sử vật lí thế kỉ 20 - Phần 18

Khám phá ra các thiên hà

Khi Einstein nói về vũ trụ hay vạn vật vào năm 1917, quan điểm của ông về nó rất khác với quan điểm hiện đại. Ngoài các vì sao và hành tinh ra, các kính thiên văn còn hé lộ rằng vũ trụ gồm một số vật thể mờ nhạt gọi là các tinh vân xoắn ốc. Ngày nay, chúng ta biết chúng là những thiên hà chứa nhiều triệu hay nhiều tỉ ngôi sao, nhưng khi đó chúng vẫn là những vật kì dị chờ được khám phá.

Năm 1914, nhà thiên văn học người Mĩ Vesto Slipher (1875–1969) đang quan sát các tinh vân xoắn ốc tại Đài thiên văn Lowell ở Flagstaff, Arizona. Kính thiên văn của ông được trang bị một quang phổ kế, cho phép ông phân tích ánh sáng sao để nhận dạng các thành phần trong những ngôi sao. Là một vật thể rất nóng, ngôi sao phát ra một quang phổ liên tục giống như quang phổ đã đưa Max Planck đến khám phá lượng tử. Tuy nhiên, những lớp bên ngoài của ngôi sao chứa chất khí nguội hơn những vùng phát ra đa phần ánh sáng. Những chất khí nguội hơn này hấp thụ những bước sóng ánh sáng đó nên bản thân chúng sẽ phát ra quang phổ vạch. Điều đó tạo ra một quang phổ hấp thụ, các vạch tối trên nền sáng, giống như phim âm bản của phổ phát xạ của chất khí. Từ quang phổ hấp thụ đó, Slipher có thể xác định ra các nguyên tố hóa học có mặt trong những lớp ngoài cùng của những ngôi sao đó.

Khi ông so sánh phổ vạch của các tinh vân xoắn ốc với phổ của các nguyên tố đã biết, ông tìm thấy một sự khác biệt bất ngờ. Khoảng cách của các vạch phổ phù hợp với phổ của các nguyên tố trông đợi, nhưng các vạch bị dịch về những bước sóng hơi khác. Phổ của tinh vân lớn nhất là Andromeda (tinh vân Tiên Nữ), ngày nay chúng ta biết đây là thiên hà gần nhất với Dải Ngân hà của chúng ta, hơi bị dịch về phía đầu xanh. Đa phần những quang phổ khác thì dịch về đầu đỏ.

Slipher nhận ra rằng sự dịch chuyển là do hiệu ứng Doppler, hiện tượng quen thuộc với đa số mọi người, xảy ra với âm thanh. Khi xe cứu thương lao đến và vút qua một người với tiếng còi báo động, thì độ cao của tiếng còi giảm đi. Độ cao tương ứng với bước sóng hay tần số của sóng âm truyền đến tai của người nghe. Các đoàn sóng nén lại với nhau khi chiếc xe đang tiến lại gần, mang lại độ cao lớn hơn. Khi chiếc xe chạy ra xa, các đoàn sóng trải rộng ra, và độ cao giảm đi.

Slipher nhận ra rằng sự dịch về phía xanh trong quang phổ của tinh vân Andromeda có nghĩa là nó đang chuyển động nhanh theo hướng của chúng ta, trong khi sự dịch về đầu đỏ cho thấy những tinh vân khác đang chuyển động ra xa, cũng ở tốc độ rất cao. Khi Arthur Eddington nghe nói về những kết quả của Slipher, ông nhận ra rằng những vật thể ấy có khả năng nằm cách Trái đất những khoảng cách khổng lồ và đề xuất rằng chúng là những thiên hà, những hệ sao khổng lồ. Điều đó ngụ ý rằng vũ trụ lớn hơn nhiều so với trước đấy người ta xem xét. Hầu như toàn bộ những ngọn đèn trên bầu trời đêm của chúng ta là những ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, một trong nhiều thiên hà của một vũ trụ mênh mông.

Victor Hess sau chuyến bay khí cầu năm 1912 của ông, trong chuyến bay đó ông đã phát hiện ra tia vũ trụ đến từ không gian. (Ảnh: Đài thiên văn Pierre Auger, National Geographic)

Tia vũ trụ

Nhà khoa học người Áo Victor Hess (1883–1964) thì khám phá vũ trụ theo một cách khác trong thập niên 1910. Ông dựa trên đề xuất của Theodore Wulf thực hiện những phép đo trên cao của các hạt dường như đang tuôn chảy qua bầu khí quyển của Trái đất từ phía trên. Mười lần vào năm 1911 và 1912, ông đã tự đưa mình và các máy dò bức xạ vào các khí cầu mang ông lên những cao độ trên 16.400 feet (5.000 m) trên mực nước biển.

Đây là công việc khá liều lĩnh, nhưng các thiết bị đòi hỏi có con người điều khiển, cho nên ông đã xông pha. Ở trên 3.300 feet (1.000 m), ông đã phát hiện ra sự tăng đáng kể bức xạ so với tại mặt đất. Càng lên cao, ông nhận thấy càng có nhiều bức xạ. Ở 16.400 feet (5.000 m), ông phát hiện bức xạ cao gấp ba đến năm lần so với tại mực nước biển.

Hess kết luận rằng các dòng bức xạ mạnh, tia vũ trụ, đổ xuống Trái đất từ không gian bên ngoài. Việc nhận dạng ra bức xạ này sẽ mất nhiều năm, nhưng cuối cùng nó sẽ đưa đến những quan niệm mới nổi bật về thế giới hạ nguyên tử. Hess nhận giải Nobel Vật lí năm 1936.

Lịch sử vật lí thế kỉ 20 - Alfred B. Bortz
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>