Cập nhật ngay thông tin chi tiết hằng số vũ trụ học là gì?

Albert Einstein là một vật lý gia đại tài vĩ đại. Những công trình nghiên cứu khoa học của ông đến ngày nay vẫn còn có giá trị rất lớn. Ví dụ như việc ông

Albert Einstein là một vật lý gia đại tài vĩ đại. Những công trình nghiên cứu khoa học của ông đến ngày nay vẫn còn có giá trị rất lớn. Ví dụ như việc ông khám phá ra hằng số vũ trụ. Vậy thật ra hằng số vũ trụ theo Einstein là gì? Cùng bedfordnights tìm hiểu xem ông định nghĩa như thế nào nhé.

Định nghĩa hằng số học vũ trụ

Hằng số vũ trụ, còn được gọi với tên khác là hằng số vũ trụ học. Đây là dạng mật độ năng lượng đồng nhất gây ra sự giãn nở gia tốc của vũ trụ.

Khái niệm này được đề xuất khi có sự xuất hiện của thuyết tương đối rộng với mục đích miêu tả một nghiệm vũ trụ tĩnh suy ra từ phương trình trường Einstein. Tuy nhiên vào năm 1930, các nhà thiên văn học đã quyết định bỏ qua hằng số vũ trụ khi quan sát thực nghiệm. Bởi khi ấy họ phát hiện vũ trụ đang giãn nở.

Và hiện tại, hằng số vũ trụ đã được khôi phục trở lại. Mục đích nhằm giải thích kết quả quan sát sự giãn nở gia tốc của vũ trụ. Bên cạnh đó, đây còn là cách giải thích đơn giản nhất cho năng lượng tối, nguyên nhân gây ra sự giãn nở gia tốc vẫn còn là một ẩn số. Đồng thời, vật lý lượng tử cũng tiên đoán sự tồn tại của hằng số vũ trụ dưới dạng năng lượng chân không, mặc dù độ lớn tính toán không khớp.

Albert Einstein - cha đẻ của hằng số vũ trụ
Albert Einstein – cha đẻ của hằng số vũ trụ

Nhật thực luôn là hiện tượng thiên văn được nhiều người mong chờ được chiêm ngưỡng nhất. Vậy hiện tượng này có gì đặc biệt mà được yêu thích đến vậy, cùng đến với những giải thích hiện tượng nhật thực của các nhà khoa học nhé!

Lịch sử xuất hiện của hằng số vũ trụ học

Hằng số vũ trụ lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1917 trong bài báo “Những khía cạnh vũ trụ học của thuyết tương đối tổng quát” của Einstein. Ông giới thiệu nó vào lý thuyết tương đối tổng quát nhằm thu được nghiệm ổn định của vũ trụ, chống lại sức hút của hấp dẫn.

Trong thời kỳ này, những quan sát thiên văn hầu hết đều tập trung vào các vì sao trong ngân hà do bị độ phân giải của kính thiên văn giới hạn. Bởi vì thế, giả thiết vũ trụ tĩnh tại là có chứng cứ quan sát xác thật. Einstein trong thời kỳ muốn tập trung mô tả mô hình vũ trụ. Với mục đích thoả mãn nguyên lý Mach về tính tương đối của quán tính. Ông xây dựng một vũ trụ có kích thước hữu hạn, ổn định so với lực hấp dẫn hút các vì sao lại phía nhau. Thế nhưng, mô hình này gặp những khó khăn nhất định.

Einstein hoàn toàn từ nghiên cứu của mình khi nhà vật lý thiên văn Alexander Friedman thu được một nghiệm từ phương trình trường Einstein. Ông đã khám phá ra hiện tượng vũ trụ đang giãn nở vào năm 1922. Tuy nhiên, những năm sau đó hằng số vũ trụ lại xuất hiện. Mãi đến đầu thập kỷ 1990, các nhà vũ trụ nhìn thấy những dấu hiệu rằng họ phải cần tới hằng số này.

Vũ trụ đang giãn nở theo hằng số vũ trụ
Vũ trụ đang giãn nở theo hằng số vũ trụ

Hằng số vũ trụ học trong vật lý

Muốn khám phá được bản chất sâu hơn của vũ trụ, chúng ta phải sử dụng toán học trong thuyết tương đối rộng của Einstein. Việc làm này có mục đích nhằm liên hệ hình học của không thời gian với lượng năng lượng trong vũ trụ.

Hằng số vũ trụ học trong vật lý
Hằng số vũ trụ học trong vật lý

Phương trình trường Einstein

Sự phân bố của vật chất và năng lượng xác định lên hình học của không thời gian được xem là một trong những phát hiện quan trọng nhất của Einstein. Ông đã miêu tả nó qua phương trình sau:

{\displaystyle R_{\mu \nu }-{\frac {1}{2}}R\,g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}

Trong đó:

  • Rμν: tenxơ Ricci
  • R: vô hướng Ricci
  • gμν: tenxơ mêtric
  • c: vận tốc ánh sáng trong chân không
  • G: hằng số hấp dẫn
  • Tμν: tenxơ năng lượng-xung lượng

Trong công thức này, R và g gắn liền với cấu trúc của không gian – thời gian. T gắn liền với vật chất và năng lượng. Còn G và c phụ thuộc vào hệ đơn vị đo lường.

Năng lượng chân không

Năng lượng chân không được coi là một dạng chất lỏng lý tưởng với tenxơ năng lượng – xung lượng có dạng như sau:

{\displaystyle T_{\mu \nu }\,=\left(\rho +{p \over c^{2}}\right)U_{\mu }U_{\nu }+pg_{\mu \nu }}

Mà ở trong đó:

  • U là trường véctơ vận tốc của chất lỏng
  • \rho  là mật độ khối lượng
  • p là áp suất đẳng hướng

Sự tương đương giữa hằng số vũ trụ và năng lượng chân không

Chúng ta có thể tách năng lượng – xung lượng ra thành hai số hạng. Một số mô tả năng lượng và vật chất. Còn một cái mô tả năng lượng chân không. Trong đó, phương trình Einstein bao gồm năng lượng chân không có phương trình:

{\displaystyle R_{\mu \nu }-{\frac {1}{2}}R\,g_{\mu \nu }={8\pi G}({T}_{\mu \nu }^{matter}-{\rho }^{vac}g_{\mu \nu })}

Ngoài ra, phương trình trường Einstein khi có sự xuất hiện của hằng số vũ trụ học có phương trình sau:

{\displaystyle R_{\mu \nu }-{\frac {1}{2}}R\,g_{\mu \nu }+\Lambda \,g_{\mu \nu }={8\pi G}T_{\mu \nu }}

Bởi thế nên hằng số vũ trụ học xét về mặt vật lý thì có vai trò tương đương với năng lượng chân không và có liên hệ với nhau qua phương trình này:

{\displaystyle {\rho }^{vac}={\Lambda \over {8\pi G}}}

Hành tinh lùn là gì? Những gì trong Hệ mặt trời sẽ được gọi là hành tinh lùn, cùng tìm hiểu tại sao trong khoa học vũ trụ lại có cái tên đặc biệt như vậy nhé!

Có thể thấy, hằng số vũ trụ hơi rắc rối một tí với những phương trình phức tạp. Tuy nhiên, nếu đã là một người có tình yêu với bầu trời cũng như vũ trụ bao la thì bạn sẽ thấy rất hay. Hy vọng qua bài viết này, bedfordnights đã giúp các bạn có thêm nhiều kiến thức hơn về vũ trụ bao la rộng lớn.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *