Thuyết tương đối rộng: Sự
hấp dẫn trước Einstein
Năm 1686, Isaac Newton đề xuất một lí thuyết có sức mạnh vô song của sự
chuyểnđộng. Tại tâm điểm của nó là định luật vạn vật hấp dẫn, phát biểu rằng lực
hấp dẫn giữa hai vật thểtỉlệvới khối lượng của mỗi vật và tỉlệnghịch với bình
phương khoảng cách giữa chúng. Định luật Newton là phổquát vì nó có thểáp
dụng cho bất kì tình huống nào trong đó lực hấp dẫn là quan trọng: các quảtáo từ
trên cây rơi xuống, các hành tinh quay xung quanh mặt trời, và nhiều, nhiều
trường hợp khác nữa.
Trong hơn 200 năm, lí thuyết hấp dẫn của Newton đã được sửdụng thành
công để dự đoán chuyểnđộng của các thiên thểvà mô tảchính xác quỹ đạo của các
hành tinh trong hệmặt trời. Một minh chứng cho sức mạnh đó của nó là vào năm
1846, nhà thiên văn học người Pháp Urbain Le Verrier đã có thểdùng nó để tiên
đoán sựtồn tại cua Hải vương tinh.
Tuy nhiên, có một trường hợp trong đó lí thuyết của Newton dường như
không cho câu trảlời chính xác. Le Verrier đã đo quỹ đạo của Thủy tinh vớiđộ
chính xác ngoại hạng và nhận thấy nó bịdịch đi một lượng hết sức nhỏ- chưa tới
một phần trăm của mộtđộ trong một thếkỉ- so với cái trông đợi thu vềtừlí thuyết
Newton. Sựkhông nhất quán giữa lí thuyết của Newton và quỹ đạo của Thủy tinh
vẫn không được phân giải vào đầu thếkỉthứ20.
Lí thuyết tương đối rộng của Einstein đã làm sáng tỏrằng vũtrụlà nơi cực
độ. Ngày nay, chúng ta biết nó nóng và đặc và đã giãn nởtrong 13,7 tỉnăm qua. Nó
còn chứa nhung nhúc những vùng không-thời gian cuộn hết sức chặt gọi là các lỗ
đen bắt giữmọi thứrơi vào trong tầm mút của nó.
Thuyết tương đối rộng: nhà
siêu khoa học
Năm 1919, nhà thiên văn học người Anh Arthur Eddington đã thực hiện
chuyến thám hiểmđếnđảo Hoàng tử ở ngoài khơi Tây Phi để xem ông có thểphát
hiện ra sựhội tụcủa ánh sáng nhưthuyết tương đối rộng tiên đoán hay không. Kế
hoạch của ông là quan sát mộtđám sao sáng tên là Hyades khi mặt trờiđi qua phía
trước chúng, khi nhìn từtrái đất.Để xem ánh sáng sao, Eddington cần một kì nhật
thực toàn phầnđể chặn mất ánh chói của mặt trời.
Nếu lí thuyết của Einstein là đúng, thì vịtrí của các ngôi sao trong đám
Hyades sẽdường nhưbịlệch đi khoảng 1/2000 của mộtđộ.
Để định vị đám sao Hyades trên bầu trời, trước tiên Eddington chụp mộtbức
ảnh ban đêmởOxford. Sau đó, vào ngày 29/05/1919, ông chụpảnh Hyades khi
chúng nằm hầu nhưthẳng phía sau mặt trời trong kì nhật thực toàn phần mà đảo
Hoàng tửtrải qua trong ngày hôm đó. So sánh hai phép đo, Eddington có thểchỉra
sựdịch chuyển nhưEinstein đã tiên đoán và quá lớnđể giải thích bằng lí thuyết
Newton.
Nhật thực năm 1919 chứng tỏrằng lực hấp dẫn làm bẻcong ánh sáng sao.
(Ảnh: Hội Thiên văn học Hoàng gia/SPL)
Sau chuyến thám hiểm quan sát nhật thực, đã có một sốtranh cãi rằng phân
tích của Eddington là có thiện kiến với thuyết tương đối rộng. Vấnđề không được
giải quyết cho đến cuối thập niên 1970 khi các tấm phim chụpđược mang ra phân
tích lại và phân tích của Eddington được chứng tỏlà đúng.
Kết quảcủa Eddington đã biến Einstein thành một siêu sao quốc tế: “Lí
thuyết của Einstein thành công vang dội” là dòng tít của tờThe Times ởLondon. Từ
đó vềsau, khi ngày càng có nhiều hệquảcủa lí thuyết của ông được phát hiện,
thuyết tương đối rộng đã ăn sâu vào trí tưởng tượng của công chúng, với các mô tả
của nó vềvũtrụgiãn nởvà các lỗ đen.
Năm 1959, các nhà vật lí người MĩRobert Pound và Glen Rebka đã đo sự
dịch đỏ hấp dẫn của ánh sáng trong phòng thí nghiệm của họtạiĐại học Harvard,
nhờ đó xác nhận phép kiểm tra cuối cùng trong ba phép kiểm tra cổ điển của
thuyết tương đối rộng.
Không gian cho vật chất biết nên chuyểnđộng nhưthếnào và vật chất cho
không gian biết nên cong đi nhưthếnào (John Archibald Wheeler)