Làm Lỗ Đen Trong Trường Học

Bạn có thể làm lỗ đen trong trường học không?

Ngày hôm đó, trời xanh mây trắng, gió mát thổi nhè nhẹ, tôi đã đến sân vận động của trường. Bỗng nhiên, một ý tưởng sáng tạo xuất hiện trong đầu tôi: Nếu thời tiết đẹp như thế này, tại sao tôi không tạo ra một lỗ đen trong trường học?

Cách tạo lỗ đen trong trường học

(Tại sao tôi lại dễ dàng bị kích thích? Hãy tự tìm hiểu bài viết trước của tôi về cách tạo ra một lò phản ứng hạt nhân nhỏ trong nhà)

Nếu muốn tạo ra một lỗ đen, chúng ta cần phải hiểu về lịch sử phát triển của lý thuyết lỗ đen. (Bắt đầu giảng giải)

Lỗ đen không phải là một cái hố màu đen (đừng nghĩ bậy). Theo các nhà khoa học, nó là kết quả cuối cùng của sự tiến hóa của một ngôi sao. Ngôi sao được gọi là “hằng” không phải là vĩnh cửu, nó cũng có sinh, lão, bệnh, tử. Khi ngôi sao già đi, nó sẽ từ từ ngừng đốt cháy nhân tố hạt nhân của mình, năng lượng trung tâm ngày càng ít đi, đến khi không còn đủ sức để gánh chịu trọng lượng lớn của vỏ ngoài của nó, lúc này do ngôi sao cần duy trì cân bằng cơ học, dưới áp lực của vỏ ngoài, lõi của ngôi sao bắt đầu co lại, tạo thành một điểm cô đặc gọi là “điểm kỳ dị”.

Điểm kỳ dị của bạn (như trong hình, một nhân vật phụ trong phim “Happy Valley”)

(Sai)

Những ngôi sao nhẹ thường tiến hóa thành những ngôi sao trắng (nghe có vẻ mềm mại và đáng yêu). Những ngôi sao nặng hơn có thể hình thành nên những ngôi sao neutron. Điều này chưa kết thúc, nếu tổng khối lượng của ngôi sao neutron vượt quá ba lần khối lượng của Mặt Trời – một sự sụp đổ khác lại bắt đầu.

Hãy tưởng tượng, một khối lượng cực lớn thu hẹp lại trong một không gian cực nhỏ, cuối cùng trở thành một vật thể với kích thước cực nhỏ nhưng mật độ cực cao. Và khi bán kính của nó co lại đến một giá trị cụ thể (sau này được gọi là bán kính Schwarzschild), lực hấp dẫn sẽ mạnh mẽ đến mức không cho phép ánh sáng thoát ra.

Trong vũ trụ của chúng ta, tốc độ ánh sáng đại diện cho giới hạn tốc độ, nếu ánh sáng không thể thoát ra khỏi đó, thì ngôi sao đang co lại không thể truyền bất kỳ thông tin nào ra bên ngoài – đây chính là lỗ đen. Do lực hấp dẫn cực lớn của nó, mọi vật chất trong phạm vi “săn mồi” của nó đều bị hút vào.

Khi nói về lỗ đen, không thể không nhắc đến một người, đó là Hawking gần đây đã đến Trung Quốc mở tài khoản Weibo.

Hawking không còn xa lạ với mọi người, như trong hình:

Sai, đây mới là hình đúng.

Hawking được biết đến rộng rãi vì những thành tựu khoa học phi thường của ông (chủ yếu là: 1. đề xuất lý thuyết về lỗ đen. 2. chứng minh rằng lỗ đen không tồn tại) và sự kiên cường của ông trong cuộc chiến chống lại bệnh tật. Ông sinh ra vào ngày kỷ niệm 300 năm ngày mất của Galileo, có thể là do sự liên kết bí ẩn này, ông đã không nghe theo lời khuyên của cha mình, một bác sĩ, học y học, mà thay vào đó học vật lý lý thuyết.

Vì ông quyết tâm khám phá những bí ẩn của vũ trụ.

Nhưng những bí ẩn của vũ trụ không phải lúc nào cũng dễ dàng được khám phá. Ngay sau sinh nhật 21 tuổi của ông, ông được chẩn đoán mắc bệnh xơ cứng teo cơ rải rác, lúc đó bác sĩ nói với ông rằng ông chỉ có thể sống tối đa hai năm rưỡi. Sau hai năm suy giảm nhanh chóng, bệnh của ông dần ổn định. Ông có thể tiếp tục nghiên cứu khoa học và kết hôn. Ông và các cộng sự như Carter đã nghiêm túc chứng minh định luật “lỗ đen không có tóc”, đề xuất ý tưởng về bức xạ lỗ đen. Lỗ đen không có tóc? Đây là gì?

Lỗ đen có tóc hay không?

Định luật “lỗ đen không có tóc” nói rằng: Dù lỗ đen nào, tính chất cuối cùng của nó chỉ được xác định bởi ba đại lượng vật lý (khối lượng, mô men động lượng, điện tích) duy nhất. Nghĩa là, sau khi lỗ đen hình thành, chỉ có ba đại lượng không thể biến đổi thành bức xạ điện từ, tất cả thông tin khác (“tóc”) đều mất đi, lỗ đen hầu như không giữ lại bất kỳ tính chất phức tạp nào của vật chất hình thành nó, không có ký ức về hình dạng hoặc thành phần tiền thân. J.A. Wheeler, người đã đưa ra giả thuyết về lỗ đen (ông ấy đã đưa ra giả thuyết về lỗ đen), đùa gọi đặc tính này là “lỗ đen không có tóc”.

Ban đầu, điều này chỉ là một giả thuyết. Sau đó, Hawking và các cộng sự đã dùng toán học nghiêm ngặt chứng minh được rằng, để mô tả hình học không gian-thời gian xung quanh một lỗ đen cân bằng cần ba tham số. Điều này cho thấy “lỗ đen không có tóc” (vì sao lại bẩn bựa như vậy!). Nhờ những kết quả nghiên cứu này, ông trở thành thành viên của Hiệp hội Hoàng gia Anh (đây là một vinh dự cao quý đối với các nhà khoa học, khi đó ông chỉ mới 32 tuổi, là một trong những nhà khoa học trẻ tuổi nhất từng được chọn làm thành viên của Hiệp hội Hoàng gia).

Sau đó vài năm, Hawking dựa vào lý thuyết về lỗ đen để nổi tiếng trong giới vật lý: ông tính toán tuổi thọ của lỗ đen, nghiên cứu sự tương đồng giữa các định luật động lực học của lỗ đen và bốn định luật nhiệt động lực học, đề xuất rằng diện tích bề mặt của lỗ đen tương đương với entropy của nó… (bạn không thể hiểu, hãy tạm dừng ở đây)

Ngày 16 tháng 11 năm 1979 (tháng ngày này cũng là sinh nhật của tôi), Hawking được chọn làm Giáo sư toán học Lucasian tại Đại học Cambridge. Đây là một vị trí gì vậy? Hãy nói thế này, từ năm 1664 đến nay, chỉ có 17 người từng nhận được danh hiệu này, trong đó có Newton, thầy giáo của Newton là Barrow, và nhà khoa học quái dị Dirac, người thậm chí đã từ chối giải Nobel.

Ở tuổi 43, Hawking vì căn bệnh viêm phế quản nặng đã phải thực hiện phẫu thuật cắt khí quản, không thể nói chuyện nữa. May mắn thay, IBM đã thiết kế một máy tổng hợp giọng nói cho ông, có thể tạo ra một câu đơn giản mỗi phút.

Sau đó, cuốn sách khoa học nổi tiếng toàn cầu “A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes” được xuất bản, cuốn sách này giới thiệu cho công chúng những kết quả nghiên cứu hàng đầu về không gian, vũ trụ và lỗ đen, và cung cấp một câu đùa: “Bạn có ‘A Brief History of Time’ không?” “Không có thời gian”.

Rồi, phần giới thiệu đã xong, giờ mới thật sự bắt đầu.

Nếu lỗ đen thật sự tuyệt vời như vậy, và người nghiên cứu lỗ đen thật sự tuyệt vời như vậy, vậy thì hãy thử tạo ra một lỗ đen đi!

Trong phần trước, chúng ta đã biết nguyên lý hình thành của lỗ đen, vậy theo lý thuyết, chỉ cần chúng ta có thể nén một ngôi sao, làm cho bán kính của nó nhỏ hơn bán kính Schwarzschild, thì ngôi sao đó sẽ trở thành một lỗ đen.

Nhưng tôi không phải là một kẻ nuốt hành tinh.

Vì vậy, phương án này bị hủy bỏ.

Phương án thứ hai: Máy va chạm hạt.

Đầu tiên, hãy tạo ra một máy va chạm hạt (xin đừng đọc nối âm).

Tiếp theo, hãy đọc: “Cách tạo ra máy va chạm hạt trong trường học”.

Đầu tiên, hãy xác định một khái niệm, từ “hạt” trong “hạt”…

Nếu không, bài viết này sẽ trở thành:

Hạt là một loại hạt phân tử, phân tử là một thuật ngữ chung chỉ những hạt nhỏ hơn nguyên tử, tất cả các hạt phân tử chịu tác động của lực hấp dẫn mạnh đều được gọi là hạt. Khi các hạt va chạm, chúng sẽ tạo ra một trạng thái giống như trạng thái của vũ trụ cách đây một nghìn tỷ giây kể từ vụ nổ lớn. Nhưng nếu năng lượng này được kiểm soát trong một không gian có kích thước Planck, việc kiểm soát năng lượng trong một không gian cực nhỏ có thể tách các hạt, từ đó giải phóng ra một chùm proton.

Máy va chạm hạt năng lượng cao nhất hiện nay trên thế giới nằm ở Geneva, Thụy Sĩ, do CERN xây dựng. Nó có thể làm cho các hạt (ở đây sử dụng hạt cơ bản là proton) va chạm với nhau ở năng lượng trung tâm 14 TeV. Không gian cực nhỏ và năng lượng cực lớn – điều này không phải tạo ra lỗ đen sao?

(Đó chính là thứ tôi muốn)

Vậy làm thế nào để cho các hạt va chạm nhau?

Phương án một: Đầu tiên, hãy tìm hai hạt, sau đó đặt chúng vào cùng một ly, đậy nắp lại. Rồi lắc lắc.

Nhưng nếu không, trừ khi tốc độ tay của bạn đạt 160.000 km/giây, nếu không, hãy mơ đi!

Phương án hai: Tạo ra một máy va chạm hạt

Hãy quay lại phần đầu tiên: sân vận động.

Để mọi người hiểu rõ hơn, tôi đã đứng ở sân vận động này gần nửa tiếng rồi đấy!

Máy va chạm hạt lớn hoạt động theo nguyên tắc cho phép hai dòng hạt năng lượng cao va chạm với nhau ở gần tốc độ ánh sáng, do đó cần một vòng siêu dẫn dài vài chục km và nhiều cấu trúc tăng tốc để giúp hạt di chuyển theo hướng cụ thể.

Vì vậy, hiện tại chúng ta chủ yếu cần: hai dòng hạt, vòng siêu dẫn tạo trường mạnh, hệ thống làm mát bằng heli lỏng, hệ thống phân luồng, một khu vực lớn.

Các vật liệu này chúng ta sẽ bàn sau, nhưng ở đây có một khu vực lớn! Đến, hãy thiết kế và xây dựng nó.

Đầu tiên, hãy đào một đường hầm.

Tôi hào hứng lấy cái xẻng, chuẩn bị làm việc. Nhưng tôi bị bảo vệ sân vận động chặn lại.

“Cô bé, cô đang làm gì thế!”

Từ nhỏ mẹ tôi đã dạy tôi phải là một đứa trẻ tốt, nên tôi đã nói hết ý định của mình. Ông bảo vệ ngẫm nghĩ, chỉnh lại cặp kính, kéo dây lưng lên, nghiêm nghị nói với tôi: “Cô có biết mỗi lỗ đen có thể chứa một vũ trụ khác không? Có thể những lỗ đen khổng lồ trong dải Ngân Hà và các thiên hà khác chính là cây cầu dẫn đến các không gian vũ trụ khác. Vì vậy, nếu cô tạo ra lỗ đen, đừng lo, nhưng nếu cô kết nối với một vũ trụ khác… tất cả vẫn chưa biết đâu.”

Tôi hơi hoảng loạn: “Ông ơi, vậy tôi nên làm gì đây?”

“Lợi ích của Trái đất phải được đặt lên hàng đầu, các em phải học hỏi nhiều hơn. Bí ẩn của lỗ đen chỉ là một trong những bí ẩn vô tận của vũ trụ, còn rất nhiều bí ẩn chờ được khám phá! Các em ạ, sức mạnh của một thế hệ là có hạn, nhưng chỉ cần chuỗi tri thức được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, chúng ta chắc chắn sẽ nắm bắt được chân lý của vũ trụ!”

Tôi rất xúc động, lập tức rời khỏi sân vận động.

Vì vậy, Trái đất lại một lần nữa tránh được nguy hiểm.

(Một vũ trụ song song: Trái đất bị tiêu diệt)

Dù việc tạo ra lỗ đen trong trường học thất bại, nhưng lời khuyên của ông bảo vệ đã khuyến khích tôi. Tôi cũng sẽ cố gắng học tập, sau này trở thành một nhà khoa học, cố gắng khám phá những bí ẩn của vũ trụ như Hawking.

Lúc này, tôi chợt nhớ rằng tôi vừa viết một quyển sách, nói về những câu chuyện của các nhà khoa học.

Các nhà khoa học không chỉ là những cái tên khô khan trong sách giáo khoa, cũng không phải là những câu hỏi khó trong bài kiểm tra, họ có cuộc đời riêng của mình.

Vậy, bạn có muốn khám phá những bí ẩn của các nhà khoa học không? Hãy đọc cuốn sách này nhé.

Bấm vào đây để đọc nguyên văn và tìm kiếm phiên bản có chữ ký của tác giả trên trang Dangdang.

### Từ khóa:
– Lỗ đen
– Hawking
– Vật lý lý thuyết
– Vũ trụ
– Bảo vệ sân vận động