Dãy Balmer – Johann Jakob
Balmer (1825–1898), Thụy Sĩ
Dãy Balmer là tên gọi của một tập hợp các vạch phổBalmer là các vạch trong
quang phổhydro tạo ra bởi các chuyển tiếp giữa mức n = 2 và các mức cao hơn 2,
hoặc là phát xạ, hoặc là hấp thụ, trong đó n là kí hiệu sốlượng tửchính.
Johann Jakob Balmer sinh ra ởThụy Sĩ, họcđại họcởThụy Sĩvà ở Đức. Ông
lấy bằng cửnhân toán họcởtrường đại học Basel vào năm 1849 và sinh sống ở đó
trong phần còn lại củađời ông. Ông bắtđầu sựnghiệp giảng dạy tại một trường nữ
sinh và không có bất kì đóng góp thật sựnào cho lĩnh vực toán học cho đến khi 60
tuổi. Năm 1885, ông nghĩra một công thức khá đơn giản mô tảbước sóng cho các
vạch phổhydro. Điều này mang lại một khái niệm khái quát hóa cho các vạch phổ
Balmer và dãy Balmer. Công thức trên hạn chếvới các vạch phổcủa nguyên tử
hydro nhưng sau này được mởrộng để bao gồm cảcác vạch phổcho mọi nguyên
tố.
Công thức Balmer là
Trong đó λ là bước sóng, h là một hằng sốcó giá trị3,6456.10-7 m hay 364,56
nm, n = 2 và m là một sốnguyên lớn hơn 2.
Balmer nghĩra công thức trên bằng cách thu thập bằng chứng theo lối kinh
nghiệm và vì thếkhông thểnào giải thích tại sao công thức của ông lạiđúng. (Đây
là do sựthiếu kiến thức của ông và các nhà khoa học khác vềcấu trúc của nguyên
tửvào thờiđiểmấy trong lịch sử) Sau này, vào năm 1888, Johannes Rydberg đã
khái quát hóa công thức Balmer để sửdụng nó cho mọi chuyển tiếpđối với nguyên
tửhydro. Bốn chuyển tiếp chính của hydro dựa trên các sốlượng tửchính của
electron trong nguyên tửhydro. Bước sóng và kí tựHi Lạpđi cùng với các màu sắc
khác nhau của quang phổ đó là
λ=α, tại 656 nm, phát ra ánh sáng đỏ
λ=β, tại 486 nm, phát ra ánh sáng lam-lục
λ=γ, tại 434 nm, phát ra ánh sáng tím
λ=δ, tại 410 nm, phát ra ánh sáng tím đậm
Dãy Balmer quan trọng trong lĩnh vực thiên văn học vì nhiều ngôi sao trong
vũtrụtỏra dồi dào hydro. Ánh sáng sao có thểbiểu hiện dưới dạng các vạch hấp
thụhoặc phát xạtrong quang phổtùy thuộc vào tuổi của ngôi sao. Nhưvậy, dãy
Balmer hỗtrợxác định tuổi của các ngôi sao, vì các ngôi sao trẻchủyếu gồm hydro,
và các ngôi sao già thì đã sửdụng gần hết hydro của chúng cho quá trình nhiệt
hạch và điđến một tỉlệcao hơn của các nguyên tốnặng hơn, do đó chúng không
còn sáng rỡnữa.
Thuyết tương đối rộng:
Sóng hấp dẫn
Theo thuyết tương đối rộng, ngay cảkhông-thời gian trống rỗng, không có
ngôi sao và thiên hà nào, cũng có một cuộc sống của riêng nó. Các gợn sóng gọi là
sóng hấpđẫn có thểtruyền qua không gian theo kiểu giống hệt nhưcác gợn sóng
lan đi trên mặt hồnước.
Một trong những phép kiểm tra còn lại của thuyết tương đối rộng là đo các
sóng hấp dẫn một cách trực tiếp. Để kết thúc câu chuyện này, các nhà vật lí thực
nghiệmđã xây dựng Đài thiên văn Sóng hấp dẫn Giao thoa kếlaser (LIGO) ở
Hanford, Washington, và Livingston, Louisiana. Mỗi thí nghiệm gồm các
chùm laser phản xạgiữa các gương đặt cách nhau 4 km. Nếu một sóng hấp dẫnđi
qua, nó sẽlàm không-thời gian biến dạng một chút, dẫn tới một sựdịch chuyểnở
các chùm laser. Bằng cách theo dõi các biến thiên thời gian ởcác chùm laser, người
ta có thểtìm kiếm các tác dụng của sóng hấp dẫn.
Cho đến nay, không có ai từng phát hiện ra sóng hấp dẫn một cách trực tiếp,
nhưng chúng ta thật sựcó bằng chứng gián tiếp rằng chúng tồn tại. Khi các pulsar
quay xung quanh những ngôi sao rấtđặc, chúng ta hi vọng chúng phát ra một
luồng đềuđặn những con sóng hấp dẫn, mất dần năng lượng trong quá trình đó
nên quỹ đạo của chúng từtừnhỏ đi. Phép đo sựphá vỡquỹ đạo của các pulsar kép
đã xác nhận rằng chúng thật sựmất năng lượng và lời giải thích tốt nhất là những
pulsar này đang mất năng lượng ởdưới dạng sóng hấp dẫn.
Sóng hấp dẫn lan truyền trong không gian (Ảnh: Henze/NASA)
Pulsar không phải là nguồnđược trông đợi duy nhất của sóng hấp dẫn. Big
Bang phải tạo ra sóng hấp dẫn vẫn lan truyền trong vũtrụdưới dạng những gợn
nhẹnhàng trong không-thời gian. Những con sóng hấp dẫn nguyên thủy này quá
yếuđể có thểphát hiện ra trực tiếp, nhưng người ta có thểnhìn thấy dấu vết của
chúng trên bức xạtàn dưtừthời Big Bang – phông nền vi sóng vũtrụ. Các thí
nghiệm hiện nay đang được triển khai để tìm kiếm những dấu vết này.
Sóng hấp dẫn cũng sẽ được phát ra khi hai lỗ đen va chạm nhau. Khi chúng
xoáy trôn ốc vềphía nhau, chúng sẽphát ra một luồng sóng hấp dẫn với một dấu
vếtđặc biệt. Biếtđược va chạmđó đủ gần và đủ dữdội, người ta có thểquan sát
chúng với các thiết bịtrên trái đất.
Một dựán nhiều tham vọng hơn là Anten VũtrụGiao thoa kếLaser (LISA),
gồm bộba vệtinh sẽtheo dõi trái đấttrong quỹ đạo của nó quay xung quanh Mặt
trời. Chúng sẽphát ra các chùm laser đượcđiều chỉnh hết sức chính xác vềphía
nhau, giống hệt nhưLIGO. Mọi con sóng hấp dẫnđi sẽlàm biến dạng không-thời
gian đi một chút và dẫn tới một sựdịch chuyển có thểphát hiện ra ởcác chùm
laser. NASA và Cơquan Vũtrụchâu Âu hi vọng phóng LISA lên quỹ đạo trong thập
niên kếtiếp.
Du hành thời gian
Lí thuyết của Einstein cho phép một khảnăng làm say đắm lòng người là du
hành thời gian. Người ta đã đề xuất phương pháp thu được kì công này, gồm việc
xây dựng các đường hầm gọi là lỗsâu đục nối liền những phần khác nhau của
không gian ởnhững thờiđiểm khác nhau. Có thểxây dựng các lỗsâu đục – trên lí
thuyết. Nhưng thật không may, chúng đòi hỏi vật chất có năng lượng âm, và những
tình huống vật lí không tựnhiên khác, không chỉmởchúng ra mà còn cho phép
chúng đi qua được. Một khảnăng khác là tạo ra một vùng không gian rộng lớn
quay tròn, hoặc sửdụng các đối tượng giảthuyết gọi là các dây vũtrụ.
Khảnăng du hành thời gian có thểdẫn tới các nghịch lí vật lí, thí dụnhư
nghịch lí ông-cháu trong đó nhà du hành thời gian đi ngược dòng thời gian và giết
chết ông của cô trước khi ông ta gặp bà của cô. Hệquảlà một trong hai người, cha
mẹcủa cô, không ra đờiđược và bản thân nhà du hành vũtrụtrên sẽkhông tồn tại.
Tuy nhiên, người ta cho rằng các nghịch lí vật lí nhưthếnày, trên thực tế, không
thểnào tạo ra được.