10 khám phá chứng minh Einstein đúng và 1 khám phá chứng minh ông sai

Nhà vật lý huyền thoại Albert Einstein là nhà tư tưởng đi trước thời đại. Sinh ngày 14/3/1879, Einstein đã biết tới hành tinh lùn Pluto mà cho tới ngày nay kính thiên văn hiện đại nhất đã nhìn thấy. Ông đã có ý tưởng về chuyến bay tới vũ trụ mà hơn 100 năm sau đã trở thành hiện thực.

Bất chấp những hạn chế về mặt kỹ thuật thời đó, Einstein đã công bố thuyết tương đối nổi tiếng của mình vào năm 1915, đưa ra những dự đoán về bản chất của vũ trụ từ cách đây hơn một thế kỷ.

Dưới đây là những quan sát chứng minh Einstein đã đúng về bản chất của vũ trụ và một quan sát chứng minh ông đã sai.

1. Hình ảnh đầu tiên về hố đen

Thuyết tương đối của Einstein mô tả lực hấp dẫn là hệ quả của sự cong vênh của không - thời gian. Về cơ bản, một vật thể càng nặng thì càng làm cong không - thời gian và khiến các vật thể nhỏ hơn rơi về phía nó. Lý thuyết này cũng dự đoán sự tồn tại của hố đen - những vật thể khổng lồ làm cong không - thời gian đến mức thậm chí ánh sáng cũng không thể thoát ra khỏi chúng.

Khi các nhà nghiên cứu sử dụng Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) chụp được hình ảnh hố đen đầu tiên, họ đã chứng minh rằng Einstein đã đúng về một số điều rất cụ thể - cụ thể là, mỗi hố đen đều có một điểm không thể quay lại được gọi là chân trời sự kiện, mà phải gần như hình tròn và có kích thước được dự đoán dựa trên khối lượng của hố đen. Hình ảnh hố đen mang tính đột phá của EHT cho thấy dự đoán này hoàn toàn chính xác.

2. Hố đen vang vọng

Các nhà thiên văn học đã chứng minh các lý thuyết về hố đen của Einstein một lần nữa đúng khi họ phát hiện ra một dạng tia X kỳ lạ được phát ra gần một hố đen cách Trái đất 800 triệu năm ánh sáng. Ngoài sự phát xạ tia X dự kiến phát ra từ phía trước hố đen, nhóm nghiên cứu cũng đã phát hiện ra "tiếng vang phát sáng" của ánh sáng tia X được dự đoán.

3. Sóng hấp dẫn

Thuyết tương đối của Einstein cũng mô tả những gợn sóng khổng lồ trong kết cấu của không-thời gian được gọi là sóng hấp dẫn. Những sóng này là kết quả của sự hợp nhất giữa các vật thể nặng nhất trong vũ trụ, chẳng hạn như hố đen và sao neutron.

Sử dụng một máy dò đặc biệt có tên là Đài quan sát Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser (LIGO), các nhà vật lý đã xác nhận sự tồn tại của sóng hấp dẫn vào năm 2015 và tiếp tục phát hiện hàng chục ví dụ khác về sóng hấp dẫn trong những năm tiếp theo, một lần nữa chứng minh Einstein đúng.

4. Các đối tác hố đen chao đảo

Nghiên cứu sóng hấp dẫn có thể tiết lộ bí mật của những vật thể nặng, ở xa đã giải phóng chúng. Bằng cách nghiên cứu sóng hấp dẫn phát ra từ một cặp hố đen đang va chạm chậm vào năm 2022, các nhà vật lý đã xác nhận rằng các vật thể khối lượng lớn dao động - hoặc tiến động - trong quỹ đạo của chúng khi chúng xoáy ngày càng gần nhau hơn, đúng như Einstein đã dự đoán.

5. Ngôi sao xoắn ốc 'nhảy múa'

Các nhàkhoa họcđã chứng kiến thuyết tiến động của Einstein hoạt động một lần nữa sau khi nghiên cứu một ngôi sao quay quanh một hố đen siêu lớn trong 27 năm. Sau khi hoàn thành hai quỹ đạo đầy đủ của hố đen, quỹ đạo của ngôi sao được cho là "nhảy múa" về phía trước theo hình hoa thị thay vì chuyển động theo quỹ đạo hình elip cố định.

Chuyển động này đã xác nhận những dự đoán của Einstein về cách một vật thể cực nhỏ sẽ quay quanh một vật thể tương đối khổng lồ.

6. Ngôi sao neutron co kéo

Không chỉ các hố đen bẻ cong không-thời gian xung quanh chúng; lớp vỏ siêu dày đặc của những ngôi sao đã chết cũng có thể làm được điều đó. Vào năm 2020, các nhà vật lý đã nghiên cứu cách một ngôi sao neutron quay quanh một sao lùn trắng (hai loại sao suy tàn, chết) trong 20 năm trước đó, tìm thấy sự trôi dạt dài hạn mà hai vật thể quay quanh nhau.

Theo các nhà nghiên cứu, sự trôi dạt này có thể được gây ra bởi một hiệu ứng gọi là co kéo. Về cơ bản, sao lùn trắng đã kéo theo không-thời gian đủ để làm thay đổi một chút quỹ đạo của sao neutron theo thời gian. Điều này, một lần nữa, xác nhận những tiên đoán từ thuyết tương đối của Einstein.

7. Thấu kính lực hấp dẫn

Theo Einstein, nếu một vật thể đủ lớn, nó sẽ uốn cong không-thời gian theo cách mà ánh sáng ở xa phát ra phía sau vật thể sẽ được phóng đại (như nhìn từ Trái đất). Hiệu ứng này được gọi là thấu kính lực hấp dẫn, và đã được sử dụng rộng rãi để giữ một chiếc kính lúp nhìn rõ các vật thể trong vũ trụ sâu thẳm.

Hình ảnh trường sâu đầu tiên của Kính viễn vọng Không gian James Webb đã sử dụng hiệu ứng thấu kính lực hấp dẫn của cụm thiên hà cách xa 4,6 tỷ năm ánh sáng để phóng đại đáng kể ánh sáng từ các thiên hà cách xa hơn 13 tỷ năm ánh sáng.

8. Vầng hào quang Einstein

Một dạng thấu kính lực hấp dẫn sống động đến mức các nhà vật lý đã đặt tên nó là Einstein. Khi ánh sáng từ một vật thể ở xa được phóng đại thành một vầng hào quang hoàn hảo xung quanh một vật thể nặng ở phía trước, các nhà khoa học gọi đó là "vầng hào quang Einstein". Những vật thể tuyệt đẹp này tồn tại khắp không gian và đã được chụp ảnh bởi các nhà thiên văn học.

9. Vũ trụ chuyển dịch

Khi ánh sáng di chuyển trong vũ trụ, bước sóng của nó thay đổi và kéo dài theo nhiều cách khác nhau, được gọi là dịch chuyển đỏ. Loại dịch chuyển đỏ nổi tiếng nhất là do sự giãn nở của vũ trụ. (Einstein đã đề xuất một con số gọi là hằng số vũ trụ để giải thích cho sự mở rộng biểu kiến này trong các phương trình khác của ông).

Tuy nhiên, Einstein cũng dự đoán một loại "dịch chuyển đỏ hấp dẫn", xảy ra khi ánh sáng mất năng lượng trên đường thoát ra khỏi vùng lõm trong không-thời gian do các vật thể khối lượng lớn tạo ra, chẳng hạn như các thiên hà. Vào năm 2011, một nghiên cứu về ánh sáng từ hàng trăm nghìn thiên hà xa xôi đã chứng minh rằng "dịch chuyển đỏ hấp dẫn" thực sự tồn tại , như Einstein đã đề xuất.

10. Các nguyên tử đang di chuyển rối lượng tử

Có vẻ như các lý thuyết của Einstein cũng đúng trong lĩnh vực lượng tử. Thuyết tương đối cho rằng, tốc độ ánh sáng là không đổi trong chân không, nghĩa là không gian sẽ trông giống nhau từ mọi hướng.

Vào năm 2015, các nhà nghiên cứu đã chứng minh hiệu ứng này là đúng ngay cả ở quy mô nhỏ nhất , khi họ đo năng lượng của hai electron chuyển động theo các hướng khác nhau xung quanh hạt nhân nguyên tử. Sự chênh lệch năng lượng giữa các electron không đổi, bất kể chúng di chuyển theo hướng nào, xác nhận phần lý thuyết đó của Einstein.

11. Sai về hiện tượng rối lượng tử

Trong một hiện tượng gọi là rối lượng tử, các hạt được liên kết dường như có thể giao tiếp với nhau qua những khoảng cách rộng lớn nhanh hơn tốc độ ánh sáng và chỉ "chọn" một trạng thái để cư trú sau khi chúng được đo.

Einstein ghét hiện tượng này, ông chế giễu nó là "tác động ma quái ở khoảng cách xa" và nhấn mạnh rằng, không có ảnh hưởng nào có thể truyền nhanh hơn ánh sáng và rằng các vật thể có trạng thái cho dù chúng ta có đo lường chúng hay không.

Tuy nhiên, trong một thí nghiệm quy mô toàn cầu, trong đó hàng triệu hạt được đo trên khắp thế giới, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, các hạt dường như chỉ chọn một trạng thái ngay khi chúng được đo.