🍎 Những sự kiện đơn giản nhất lại thường giàu thông tin nhất, miễn là chúng ta phải nhìn  ra chúng. Sự rơi của quả táo hé lộ cho Newton thấy những bí mật của lực hấp  dẫn. Và bóng đêm tối đen chứa đựng trong nó cả một khởi nguyên vĩ đại của vũ trụ.
🌟 Quan sát một bầu trời đêm đầy sao và tự vấn về nó vốn là một việc làm cổ xưa của loài người, đó là cảnh tượng đã truyền cảm hứng cho chúng ta trong hàng chục ngàn năm.
Mặc dù mắt thường có thể nhìn thấy ít hơn 4,500 ngôi sao tại bất kì hướng nào, nhưng chúng ta lại biết được rằng có ít nhất 100 tỷ ngôi sao trong Dải Ngân Hà (thiên hà của chúng ta), chưa hết, chúng ta còn biết rằng có ít nhất 170 tỷ thiên hà trong vũ trụ, và rất nhiều trong số chúng lớn hơn Dải Ngân Hà rất nhiều!
🤔 Điều này có nghĩa là luôn có hàng tỷ tỷ ngôi sao đang thắp sáng trên bầu trời đêm của chúng ta – như Mặt Trời. Nhưng, tại sao bầu trời vẫn có màu đen ???

1️⃣ Sự rộng lớn của vũ trụ vượt quá khả năng tưởng tượng được của bộ não:
⚛️  Khi các kính viễn vọng mạnh nhất hướng ra ngoài không gian rộng lớn, về cơ bản chúng ta đang nhìn ngược về quá khứ. Chúng ta có thể nhìn ngược về 46.5 tỷ năm trước theo mọi hướng (bán kính của vũ trụ quan sát được là 46.5 tỷ năm ánh sáng).
⚛️  Khi tập trung những kính viễn vọng cực kỳ tối tân vào một điểm nhỏ dường như hoàn toàn đen trong không gian, vẫn có ánh sáng chiếu tới thiết bị quan sát và chúng ta còn tìm thấy nhiều ngôi sao, thiên hà hơn nữa.
⚛️  Mặc dù điều này khó có thể khái niệm hóa, mật độ vật chất trong vũ trụ là khoảng một nguyên tử hydro trên một mét khối. Nếu chúng ta tưởng tượng toàn bộ vũ trụ là một khối lập phương lớn bằng một thùng carton thì tất cả các ngôi sao, thiên hà, hành tinh, tiểu hành tinh và mặt trăng sẽ tương đương với một nguyên tử hydro trong hộp đó!
⚛️  Số lượng và khoảng cách giữa các ngôi sao, các thiên hà là rất rất rất rất rất (…) khổng lồ đến nỗi bộ não không thể hình dung được. Chính vì vậy, ta thường cho rằng vũ trụ là vô hạn.

2️⃣ Nhưng nếu vũ trụ là vô hạn thì bầu trời đêm phải sáng “trưng” chứ?
⚛️  Một vũ trụ vô hạn sẽ phải chứa một số vô hạn các ngôi sao sáng không kém gì Mặt trời, thậm chí sáng hơn hàng nghìn lần. Cũng như ở giữa một  rừng cây dày đặc, nơi mà tầm nhìn bị chặn lại bởi rất nhiều thân cây, cái nhìn của ta dù hướng đi đâu cũng luôn chạm phải một ngôi sao trong “rừng sao” của vũ trụ và bầu trời đêm đáng lẽ ra phải sáng như ban ngày chứ?
⚛️ Nhà thiên văn người Đức Heinrich Olbers khi dùng lại ý tưởng của Jean – Philippe de Chesaux người Thụy Sĩ, vào năm 1823, đã đưa ra giả thuyết rằng ánh sáng từ các ngôi sao phải bị hấp thụ trên hành trình của nó trong không gian. Bầu trời đêm tối đen chính là do ánh sáng từ các ngôi sao không tới được chúng ta một cách trọn vẹn. Nhưng đây chưa phải là cách giải thích thỏa đáng bởi vì tất cả những gì bị hấp thụ rồi sẽ được phát xạ trở lại, và ánh sáng không hề bị mất đi. Và thế là cái câu đố mà ngày nay người ta gọi là “nghịch lý Olbers” ra đời.
⚛️ Với vũ trụ Big Bang, câu đố về đêm đen cuối cùng đã được giải quyết. Đêm là đen vì không có đủ các ngôi sao để lấp đầy bầu trời bằng ánh sáng. Số lượng các ngôi sao là hạn chế không phải bởi vì vũ trụ có giới hạn, mà là do chúng ta không thể quan sát được toàn bộ vũ trụ.
⚛️ Theo Big Bang, vũ trụ có điểm khởi đầu và cũng bởi vì sự truyền của ánh sáng  không phải là tức thời, nên chỉ có ánh sáng của các ngôi sao ở bên trong vùng khả kiến là có thể tới được chúng ta. Mặt khác, số lượng ngôi sao quan sát được còn bị hạn chế bởi vì chúng không tồn tại vĩnh viễn.
⚛️ Cuộc đời của các ngôi sao sáng cũng thật là ngắn ngủi so với tuổi của vũ trụ. Chỉ vài triệu năm, quá lắm vài tỷ năm, là chúng biến mất. Cuối cùng, ánh sáng từ chúng không có đủ thời gian để đến với chúng ta.
⚛️ Thú vị hơn, do sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ, khoảng cách giữa các thiên thể ngày càng lớn (nếu khoảng cách tăng gấp đôi, thì vận tốc trôi ra xa của thiên thể đó cũng tăng gấp đôi). Điều này có nghĩa là rìa vũ trụ đang ngày càng rời xa chúng ta, và trên thực tế, đang di chuyển nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng!
⚛️ Và thậm chí hàng tỷ năm nữa, bầu trời đêm vẫn sẽ tối đen, vì tầm nhìn của chúng ta sẽ không bao giờ có thể bắt kịp những điểm xa nhất trong vũ trụ.

3️⃣ Hạn chế của con người:
⚛️ Bên cạnh các khía cạnh vật lý của vũ trụ (mật độ vật chất, tốc độ giãn nở,…) ảnh hưởng đến màu đen chung của bầu trời, cũng có những hạn chế đến từ bên trong chúng ta. Chẳng hạn, con người chỉ có thể nhìn thấy ánh sáng trong vùng quang phổ khả kiến. Tuy nhiên, trên phổ điện từ, phổ khả kiến ​​chỉ là một dải hẹp bên cạnh vùng không nhìn thấy được như tia gamma, tia X, tia cực tím, tia hồng ngoại, radar, sóng vi ba và sóng vô tuyến.
⚛️ Những loại bức xạ khác nhau (dạng ánh sáng) được tạo ra trong vũ trụ và được truyền đi giữa các ngôi sao, nhưng chúng ta không thể nhìn thấy được bằng “đôi mắt trần tục”. Quan trọng hơn, vào thời điểm khai sinh ra vũ trụ, Big Bang, toàn bộ khối lượng hiện tại được nén ở mật độ và nhiệt độ gần như vô hạn, trước khi nó bắt đầu “nổ” ra bên ngoài.
Ban đầu, vũ trụ hỗn độn đến mức các nguyên tử thậm chí không thể hình thành. Do đó, tất cả các bức xạ, nhiệt và năng lượng đó, theo lý thuyết, sẽ được phân phối đều khắp vũ trụ khi nó “nổ” ra, có nghĩa là chúng ta đang tràn ngập bên trong nguồn năng lượng này. Hóa ra, trong 13.8 tỷ năm qua, phần lớn bức xạ đó đã nguội đi, nhưng nó không biến mất. Có một thứ gọi là “Nền vi sóng vũ trụ”, về cơ bản là bức xạ điện từ sinh ra từ Vụ nổ lớn, và nó gần như hiện diện đồng đều trong toàn vũ trụ.
⚛️ Bức xạ này rất lạnh, với lượng năng lượng thấp, và do đó không nằm trong phổ ánh sáng khả kiến. Nếu con người có thể nhìn thấy sóng vô tuyến có cường độ thấp như vậy, thì bầu trời sẽ luôn sáng mà không có ban đêm. Nhưng điều đó là không thể, thiên nhiên đã không cho con người khả năng đó!

⚠️ P/s: Lần tới, nếu bạn nhìn lên bầu trời đen mù mịt và nghĩ đến viễn cảnh tương lai của bản thân cũng như vậy, thì bạn đừng buồn, thật ra nó vẫn luôn sáng “chói” nhưng bạn chẳng thể nhìn thấy mà thôi!

📂 Nguồn: Science Realm, sách “Giai điệu bí ẩn” của tác giả Trịnh Xuân Thuận, ScienceABC và wikipedia.

#ScienceRealm #Astronomy #ThienVanHoc #Physics #VatLy