Lịch sử vũ trụ học (Phần 16)

Bằng chứng ủng hộ mối nghi ngờ rằng tinh vân xoắn ốc là những thiên hà độc lập

Bằng chứng đáng kể vào năm 1920 chống lại ý kiến cho rằng tinh vân xoắn ốc là những vũ trụ độc lập nằm bên ngoài thiên hà của chúng ta. Người ta nghĩ rằng tinh vân đó có thể có kích thước tương đương với thiên hà của chúng ta, nhưng điều đó dường như kém tin cậy hơn sau khi Shapley làm tăng thêm kích thước thiên hà của chúng ta. (Những nghiên cứu tinh vân sáng trong tinh vân xoắn ốc ở gần bây giờ xác nhận những tinh vân đó nhỏ hơn một chút so với thiên hà của chúng ta mà Shapley tính ra). Tinh vân cũng chưa bao giờ được nhìn thấy nằm ở gần mặt phẳng thiên hà. Sự phân bố này gợi ý rằng tinh vân vì lí do gì đó chưa rõ có mối liên hệ vật lí với thiên hà. Trong thực tế, như Hubble giải thích, sự phân bố biểu kiến có thể là do một lớp mù khí và bụi trong mặt phẳng thiên hà, chúng đã làm ẩn đi mọi thứ đằng sau chúng.

Phản đối có sức thuyết phục nhất đối với ý kiến xem tinh vân xoắn ốc là những vũ trụ độc lập là các phép đo chuyển động quay của tinh vân xoắn ốc do Adriaan van Maanen tại Đài quan sát núi Wilson thực hiện. Từ sự so sánh bản chụp tinh vân xoắn ốc cách nhau vài năm, van Maanen nghĩ rằng ông có thể nhận ra các sao nhất định trong những tinh vân nhất định, và dò theo chuyển động của chúng do sự quay của tinh vân. Chỉ đến sau này người ta mới nhận ra rằng phép đo tham vọng của van Maanen là sai lầm. (Tinh vân xoắn ốc thật sự có quay, nhưng không nhanh đến nỗi chuyển động đủ lớn cho phát hiện từ những bức ảnh chụp cách nhau vài năm) Nếu như tinh vân xoắn ốc lớn và là những vũ trụ độc lập ở xa, thì chuyển động mà van Maanen tường thuật là ông đã nhìn thấy sẽ có tốc độ lớn hơn tốc độ ánh sáng, điều đó không thể được. Cho nên, điều có vẻ hợp lí hơn là tinh vân xoắn ốc là những vật thể nhỏ trong thiên hà của chúng ta.

Quan hệ giữa van Maanen với Hubble, và đồng nghiệp của ông ở Đài quan sát núi Wilson trở nên căng thẳng. Ban đầu, Hubble phớt lờ công trình của Maanen, ngoại trừ một lần nói chuyện riêng ông đã tàn nhẫn đánh đổ khẳng định sự chứng thực của van Maanen bởi những nhà quan sát khác. Cuối cùng thì Hubble cũng theo xu hướng của công chúng. Biên tập viên ấn phẩm xuất bản của Đài quan sát núi Wilson muốn dàn xếp mọi bất đồng giữa Hubble và van Maanen trong một số báo. Nếu như không thu được sự nhất trí, thì ông cũng cảm thấy tình trạng cần phải đưa bao nhiêu kết quả ra trước công chúng. Nhưng ông nhận thấy, trong những trường hợp nhất định, điều khôn ngoan hơn là không nên khẳng định kĩ thuật của Đài quan sát là đúng và nên nói theo tư cách cá nhân không hài lòng (nhất là với tầm vóc quốc tế của Hubble!). “Hãy in những gì bạn thích, nhưng nhớ in ở nơi khác”.

Chuyển động quay giả định của tinh vân xoắn ốc, khiến trông nó có vẻ gần. Mũi tên trong ảnh chụp năm 1916 này của tinh vân xoắn ốc M101 chỉ hướng và độ lớn của chuyển động mà Adriaan van Maanen khẳng định là đã đo được từ việc so sánh các bản phim chụp cách nhau vài năm. Các sao so sánh được khoanh tròn trong hình.

Đối mặt với công trình của van Maanen, Hubble giải quyết vấn đề nan giải đó một cách tài tình. Trước tiên, ông mời một nhà thiên văn có phép đo mà van Maanen trước đó khẳng định là sự chứng thực tham gia vào phép đo mới của Hubble. Nhà thiên văn này không rõ ràng phủ nhận lời giải thích của van Maanen cho công trình của ông, nhưng độc giả của bài báo mới có thể dễ dàng có ấn tượng đó. Hubble cho công bố một lời ghi chép chủ yếu chỉ rõ kết quả của van Maanen là sự không nhất quán nổi bật trong lí thuyết cho rằng tinh vân là những hệ thống ngoài thiên hà. Phép đo lại của Hubble về bốn tinh vân xoắn ốc đã xác minh sự tồn tại của sai số hệ thống trong chuyển động quay giả định của van Maanen.

Về nguyên nhân gây ra sai số, Hubble không nói gì. Về mặt cá nhân, trong nghiên cứu, ông ghi chép tường tận nhưng không bao giờ công bố, Hubble đã thử hết sức nhưng cuối cùng thì thất bại trong việc gán cho những phép đo sai lầm các sai số ngẫu nhiên. Sai số ngẫu nhiên sẽ tạo ra kết quả ngẫu nhiên, nhưng van Maanen đã báo cáo cả bảy tinh vân xoắn ốc của ông đang quay theo hướng “gió thổi”. Với mục đích chân thật nhưng nhầm lẫn, và không kể đến những cảnh báo gây ấn tượng sâu sắc, thì van Maanen đã nhìn thấy cái mà ông muốn thấy, mặc dù nó không hề tồn tại.

Van Maanen không rút lại tuyên bố trước đó của ông. Nhưng lúc này ít nhất thì ông cũng thừa nhận, trong một bài viết trên Tập san Thiên văn vật lí xuất bản ngay sau bài báo của Hubble, rằng “thật đáng thèm muốn xem được những chuyển động đó”. Rõ ràng sự sắp đặt này đã được dàn xếp với Hubble và người biên tập tờ báo.

Khám phá của Hubble về các sao biến quang Cepheid trong các tinh vân xoắn ốc, và việc xác định khoảng cách xác nhận tinh vân xoắn ốc là những thiên hà độc lập, được công bố chính thức vào ngày đầu năm mới 1925, tại một cuộc họp của Hội Thiên văn học Hoa Kì. Ông tiếp tục đi theo bài báo sơ bộ này trong bốn năm nữa, với những chi tiết thuyết phục, đồ sộ. Một phần thiên tài của Hubble, và phần nhiều sự chấp nhận mà những kết luận mang tính cách mạng của ông mang lại, là do rất nhiều sự làm việc cực nhọc, bền bỉ.

Trước khi thập niên 1920 kết thúc, các nhà thiên văn học hiểu rằng các tinh vân xoắn nằm bên ngoài thiên hà của chúng ta. Trong thập niên trước, Shapley đã nhân kích thước của vũ trụ lên 10 lần. Hubble nhân nó lên thêm 10 lần nữa – nếu không nói là nhiều hơn. Vũ trụ của Hubble không còn là một thiên hà bao hàm tất cả mà Shapley hình dung ra. Từ nay, vũ trụ được hiểu là tập hợp vô số các thiên hà trải ra trong không gian, xa hơn những chiếc kính thiên văn lớn nhất có thể nhìn thấy. Sau đó, Hubble tiếp tục chỉ ra rằng vũ trụ là không tĩnh tại, như gần hết thảy mọi người lúc ấy tin, mà đang giãn nở. Khi ông thực hiện cái làm vô hạn không gian, ông đã làm giới hạn lại về thời gian.

Edwin Hubble (1889-1953)

Ở trường trung học và tại đại học Chicago, Hubble là một vận động viên ngôi sao đồng thời là một sinh viên được nhận học bổng. Hubble nhỏ hơn hai tuổi so với đa số bạn học chung lớp của ông, nhưng ông cao tới 6 feet 3 inch và rất hòa đồng.

Năm 1910, Hubble vào trường đại học Oxford theo học bổng Rhodes. Đó là một vinh dự lớn, dành cho một số lượng nhỏ sinh viên-vận động viên hàng đầu. Tại Oxford, Hubble học luật La Mã và tiếng Tây Ban Nha, tham gia các phong trào thể thao và gia nhập một đội bơi lội. Sau đó, ông kể ông đã thi đấu một trận đấm bốc giải quốc gia Pháp, và thi đấu thành công đến mức nhà tổ chức muốn huấn luyện ông để đi thi đấu giải nặng cân quốc tế. Người ta đồn Hubble cũng đã có lần đọ kiếm tay đôi với một sĩ quan người Đức có vợ bị vẻ điển trai của Hubble hớp hồn. Những câu chuyện này cho chúng ta biết về cuộc đời Hubble không nhiều như những bức ảnh lãng mạn của chính ông.

Sau ba năm ở Oxford, Hubble trở lại quê nhà ở Louisville, Kentucky. Ông dạy vật lí và tiếng Tây Ban Nha ở một trường trung học và cũng trở thành một thành viên của đoàn luật sư Kentucky, mặc dù chưa bao giờ thật sự thực hành luật. Năm 1914, ông trở lại trường đại học Chicago và Đài quan sát Yerkes. Ông hi vọng hoàn thành luận án tiến sĩ nghiên cứu về việc chụp ảnh các tinh vân mờ nhạt và nhận được một vị trí tại Đài quan sát núi Wilson vào mùa hè năm 1917.

Tuy nhiên, vào tháng tư năm đó, nước Mĩ công bố chiến tranh với Đức. Hubble bỏ dỡ luận án của mình, và bị gọi nhập ngũ ba ngày sau đó. Ông phục vụ ở Pháp và leo đến cấp bậc quan trọng trước khi chiến tranh kết thúc.

Năm 1919, cuối cùng thì Hubble cũng gia nhập Đài quan sát núi Wilson. Ở đó, thành tựu nghiên cứu của ông đã đưa ông trở thành nhà thiên văn lỗi lạc nhất của thế kỉ 20 và là một trong những nhà khoa học có sức ảnh hưởng nhất của mọi thời đại làm thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Ông đã chứng minh một cách thuyết phục, sau hàng thế kỉ nghiên cứu không có kết quả bởi các nhà thiên văn khác, rằng tinh vân xoắn ốc là những thiên hà độc lập nằm xa bên ngoài thiên hà của chúng ta. Thừnh tựu to lớn này chỉ là điểm khởi đầu cho Hubble. Các nhà khoa học khác, trong đó có Einstein, đã giả sử vũ trụ là tĩnh tại. Hubble tiến tới chỉ ra rằng vũ trụ đang giãn nở.

Hubble sống ở San Marino, California, gần Pasadena. Ông có vài chuyến đi đến châu Âu thuyết giảng và nhận được nhiều trọng vọng. Hubble dự tiệc gần Hollywood cùng với các ngôi sao điện ảnh, trong đó có Charlie Chaplin và Greta Gerbo, và với những nhà văn nổi tiếng như Aldous Huxley, Christopher Isherwood, và Anita Loos. Nhưng sở thích của ông là đi câu cá.

Thế chiến II làm gián đoạn nghiên cứu của Hubble về vũ trụ học. Ông phục vụ làm trưởng khoa đạn đạo học và làm giám đốc Phòng thí nghiệm ống gió siêu âm tại Trạm thử quân sự ở Maryland. Ông được thưởng huân chương cho công việc thời chiến của ông. Sau chiến tranh, ông ủng hộ xây dựng kính thiên văn 200 inch khổng lồ trên đỉnh Palomar, phía nam núi Wilson, công việc đưa ông lên trang bìa tạp chí Time năm 1948. Năm 1953, không bao lâu sau khi kính thiên văn 200 inch hoàn tất, Hubble qua đời vì chứng bệnh tim. Không lâu sau đó đã có câu trả lời quyết định từ chương trình nghiên cứu mà ông lên kế hoạch cho chiếc kính thiên văn mới. Thật ra thì những phép đo khác về sự giãn nở của vũ trụ không nhận được sự đồng ý rộng rãi mãi cho đến khi một thiết bị to lớn khác được đưa lên quỹ đạo, đặt tên là Kính thiên văn vũ trụ Hubble.

Theo AIP

Còn tiếp...

Xem lại Phần 15