Bài tiểu luận Phương Pháp luận nghiên cứu khoa học: Vũ trụ và những điều bí ẩn

LỜI NÓI ĐẦU
Khoa học là một khái niệm có nội hàm phức tạp, tùy theo mục đích nghiên cứu và
cách tiếp cận ta có thể phân tích ở nhiều khía cạnh khác nhau. ở mức độ chung
nhất, khoa học được hiểu như sau: Khoa học là hệ thống tri thức được rút ra từ
hoạt động thực tiễn và được chứng minh, khẳng định bằng các phương pháp
nghiên cứu khoa học.
Từ hiểu biết trên đây về khoa học ta thấy rõ ràng rằng phương pháp là phạm trù
trung tâm của phương pháp luận nghiên cứu khoa học. Vậy phương pháp nghiên
cứu khoa học là gì?
Phương pháp không chỉ là vấn đề lý luận mà còn là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn to
lớn, bởi vì chính phương pháp góp phần quyết định thành công của mọi quá trình
nghiên cứu khoa học.Phương pháp là công cụ, giải pháp, cách thức, thủ pháp, con
đường, bí quyết, quy trình công nghệ để chúng ta thực hiện công việc nghiên cứu
khoa học. Bản chất của nghiên cứu khoa học là từ những hiện tượng chúng ta cảm
nhận được để tìm ra các quy luật của các hiện tượng đó. Nhưng bản chất bao giờ
cũng nằm sâu trong nhiều tầng hiện tượng, vì vậy để nhận ra được bản chất nằm
sâu trong nhiều tầng hiện tượng và nhận ra được quy luật vận động của chúng đòi
hỏi chúng ta phải có phương pháp nghiên cứu khoa học. Như vậy phương pháp
chính là sản phẩm của sự nhận thức đúng quy luật của đối tượng nghiên cứu. Đến
lượt mình, phương pháp là công cụ có hiệu quả để tiếp tục nhận thức sâu hơn và
cải tạo tốt hơn đối tượng đó. Trong thực tế cuộc sống của chúng ta người thành
công là người biết sử dụng phương pháp.


Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………..….1
Câu 1: Nghiên cứu trọn vẹn một đề tài tự chọn ..................................................3
Câu 2: Anh(chị) hiểu thế nào là chứng minh và bác bỏ trong nghiên cứu khoa
học?.........................................................................................................................35
Câu 3: Phân biệt thế nào là phát hiện,phát minh và sáng chế? Cho
VD………...............................................................................................................36

LỜI CẢM ƠN……………………………………………………….……….…38


Câu 1: Nghiên cứu trọn vẹn một đề tài?

Đề tài: Vũ Trụ và những điều bí ẩn
Bài làm:
LỜI NÓI ĐẦU
Vũ trụ tồn tại và tiến hoá! Điều này thật đơn giản.Nhưng để những kiến thức này
trở nên quen thuộc với một bộ phận nhân loại như ngày nay thì đã phải trải qua
một khoảng thời gian khá dài. Ngày nay mô hình Big Bang (vụ nổ lớn) như chúng
ta sẽ nhắc tới dưới đây được thừa nhận rộng rãi, và thông qua đó chúng ta hiểu
được phần nào sự ra đời của vũ trụ, hiểu được tại sao chúng ta có mặt trên thế giới
này. Trước đây, người ta luôn mặc định rằng không gian và thời gian là vô hạn. Dù
trải qua nhiều giai đoạn nhận thức trong đó Trái Đất từ chỗ là trung tâm vũ trụ đã
trở thành một thiên thể chuyển động quanh Mặt Trời trung tâm, rồi Mặt Trời cũng
chỉ là một bộ phận của thiên hà Milky Way, và Milky Way cũng chỉ là một bộ phận
vô cùng nhỏ bé trong vũ trụ; thì ngay trong những giai đoạn lịch sử kéo dài đến
hơn 2000 năm đó, không gian và thời gian luôn là vô hạn và bất biến. Có vẻ như
không gian và thời gian là 2 khái niệm tự nhiên và quá cơ bản đến mức không ai
được phép nói rằng chúng phải tuân theo các định luật vật lí. Cho đến thế kỉ 20, với
sự ra đời của thuyết tương đối rộng mà hằng số vũ trụ học bao hàm bởi phương
trình trường của nó mô tả một vũ trụ đang nở rộng thì người ta mới nghĩ ra rằng
hẳn không gian và thời gian cũng có kích thước, hình dạng và lịch sử của nó.


Mục lục
Lời nói đầu………………………………………………………………………...1
Chương I. Phần mở đầu..........................................................................................4
1.1. Lý do chọn đề tài...........................................................................................4

1.2. Vũ trụ là một đề tài mà khá được nhiều người quan tâm và yêu thích bởi
nhưng bí ẩn và sự hấp dẫn của nó,nhất là nhưng người đam mê về thiên văn
học.Là một người yêu thiên văn học mình đã nghĩ ngay đến đề tài này................4
1.3. Mục đích khi phân tích đề tài........................................................................4
1.4. Nhiệm vụ khi phân tích đề tài.......................................................................4
1.5. Đối tượng,phạm vi nghiên cứu.....................................................................4
1.6. Phương pháp nghiên cứu,phân tích đề tài.....................................................4
Chương II. Phần nội dung......................................................................................4
2.1. Sự hình thành của vũ trụ...............................................................................4
2.1.1. Định nghĩa..............................................................................................4
2.1.2. Cơ sở hình thành.....................................................................................5
2.2. Tính chất của vũ trụ......................................................................................8
2.2.1. Hình dạng...............................................................................................8
2.2.2. Kích thước............................................................................................11
2.2.3. Tuổi thọ và sự giãn nở..........................................................................11
2.3. Thành phần,cấu trúc của vũ trụ...................................................................13
2.3.1. Thành phần...........................................................................................13
2.3.2. Vật chất tối............................................................................................14
2.3.3. Năng lượng tối......................................................................................16


2.3.4. Thiên hà................................................................................................18
2.3.4.1. Định nghĩa......................................................................................18
2.3.4.2. Các hành tinh và sao.......................................................................19
2.3.4.3. Thiên hà xoắn.................................................................................20
2.3.4.4. Thiên hà elip...................................................................................21
2.3.4.5. Thiên hà không định hình...............................................................21
2.3.5. Hố đen...................................................................................................22
2.3.5.1. Định nghĩa......................................................................................22
2.3.5.2. Sự hình thành..................................................................................23

2.3.5.3. Điểm kỳ dị......................................................................................24
2.3.5.4. Chân trời sự kiện............................................................................24
2.3.5.5. Mặt cầu Photon...............................................................................25
2.3.5.6. Các loại hố đen...............................................................................25
2.4. Sự sống ngoài và những điều thú vị ngoài vũ trụ.......................................26
2.4.1. Khả năng tồn tại sự sông ngoài Trái Đất..............................................26
2.4.2. Đi tìm sự sống ngoài Trái Đất...............................................................27
2.4.3. Những điều thú vị ngoài Vũ Trụ...........................................................28
Chương III: Phần kết luận...................................................................................31
Hướng nghiên cứu tiếp theo:................................................................................32
Tài liệu tham khảo:...............................................................................................32


Chương I. Phần mở đầu
1.1.
1.2.

Lý do chọn đề tài
Vũ trụ là một đề tài mà khá được nhiều người quan tâm và yêu thích bởi
nhưng bí ẩn và sự hấp dẫn của nó,nhất là nhưng người đam mê về thiên
văn học.Là một người yêu thiên văn học mình đã nghĩ ngay đến đề tài

1.3.

này.
Mục đích khi phân tích đề tài

Đây là một đề tài khá rộng,nên mục đích mình muốn làm đề tài này để bạn đọc
hiểu được phần nào về vũ trụ.
1.4.

Nhiệm vụ khi phân tích đề tài

Để bạn học hiểu được về vũ trụ về:
- Lịch sử hình thành
- Cấu trúc
- Thành phần
- Công cuộc tìm kiếm sự sống ngoài vũ trụ
1.5. Đối tượng,phạm vi nghiên cứu
Đối tượng được nghiên cứu ở đây là vũ trụ,phạm vi nghiên cứu sẽ xoay quanh vũ
trụ,những gì khoa học đã tìm hiểu và chứng minh được
1.6.

Phương pháp nghiên cứu,phân tích đề tài

Đọc tài liệu,sách,liên quan tới vũ trụ,tích cực theo dõi nhưng nghiên cứu mới nhất
của con người về vũ trụ
Chương II. Phần nội dung
2.1. Sự hình thành của vũ trụ
2.1.1. Định nghĩa


Vũ trụ có thể được định nghĩa là mọi thứ đang tồn tại, mọi thứ đã tồn tại, và mọi
thứ sẽ tồn tại. Theo như hiểu biết hiện tại, Vũ trụ chứa các thành phần: không thời
gian, các dạng năng lượng (bao gồm bức xạ điện từ và vật chất), và các định luật
vật lý liên hệ giữa chúng. Vũ trụ bao hàm mọi dạng sống, mọi lịch sử, và thậm chí
một số nhà triết học và khoa học gợi ý rằng nó bao hàm các ý tưởng như toán
học và logic

2.1.2. Cơ sở hình thành

Có rất nhiều giả thuyết về sự hình thành vũ trụ nhưng thuyết được nhiều nhà khoa
học công nhận nhất hiện nay là “ Big Bang”,hay còn được gọi là thuyết “Vụ nổ
lớn”


Năm 1927, một linh mục người Bỉ là Georges Lemaître là người đầu tiên đề xuất
rằng vũ trụ đã ra đời từ một vụ nổ phát sinh từ một cái tâm nguyên thuỷ. Hơn 1
năm sau đó, Edwin Hubble với những quan sát chi tiết về độ dịch bước sóng của
các thiên hà ở xa đã nhận ra rằng tất cả các thiên hà đều đang chạy ra xa chúng ta
theo mọi hướng. Trong khi đó chúng ta thì hẳn không phải trung tâm của vũ trụ,
như vậy là vũ trụ đang giãn nở theo mọi hướng, không gian có kích thước và nó
đang ngày càng tăng lên cùng với chiều tăng của thời gian. Hubble được coi là
người đầu tiên đặt nền tảng cho thuyết BigBang. Tuy nhiên đến tận năm 1948,
George Gamov mới biến BigBang thành một lí thuyết cho biết vũ trụ ra đời từ một
vụ nổ lớn nóng (the hot big bang). Tất nhiên có rất nhiều sự hoài nghi về lí thuyết
này cho đến năm 1964, khi Arno Penzias và Robert Wilson phát hiện ra sự tồn tại
của bức xạ nền vũ trụ (cosmic background radiation) và họ đã nhận giải Nobel cho
phát hiện này. Sự tồn tại của loại bức xạ này đã chứng minh rằng vũ trụ phải ra đời
từ một vụ nổ lớn cách đây khoảng 10 20 tỉ năm. Như vậy là theo thuết Big Bang
nói trên, tất cả chúng ta (vũ trụ) đã ra đời cách đây 13,9 tỷ năm (con số tương đối


chính xác được tính cho tới thời điểm hiện nay) bởi một vụ Tìm kiếm Hiện có 93
khách Trực tuyến Kiến thức Lịch sử thiên văn học Trái Đất Hệ Mặt Trời Thiên cầu,
các hiện tượng Các chòm sao Sao, tinh vân, lỗ đen, .... Ta không thể nói gì về nó vì
ngoài phạm vi của BigBang thì không tồn tại vật chất và bức xạ, do đó không tồn
tại khái niệm không gian và thời gian, từ duy nhất ta có thể dùng để chỉ nó là
"không gì cả". Chúng ta không thể có khái niệm không gian và thời gian vào trước
khi Big Bang xảy ra. Vì sao lại như vậy? Như trên đã nói, toàn bộ vật chất (các hạt)
chỉ được tạo thành bởi vụ nổ lớn (Big Bang). Vậy có nghĩa là trước Big Bang

không hề có sự tồn taị của các hạt mà chúng ta đã biết. Như vậy là không có một
sự khác biệt nào để phân biệt 2 điểm, như vậy là không gian không hề tồn tại. Mặt
khác ta lại biết rằng thời gian chỉ là một đại luợng biểu diễn các quá trình. Vậy ở
đây ta sẽ sử dụng thời gian để làm gì khi không có sự biến đổi, sự chuyển động của
các hạt. Vậy ta có thể đi đến kết luận thòi gian cũng không tồn tại ngoài phạm vi
của Big Bang. Như thế thì chúng ta lại có một lưu ý nhỏ là không bao giờ được
phép nói rằng Big Bang đã bùng phát tại "một điểm" vì đơn giản là điểm thì phải
được xác định trong một không gian hình học nào đó trong khi ở đây ta không có
không gian.


Trục thẳng đứng hướng lên (trục t) biểu diễn chiều tiến tới của thời gian. Theo
thuyết Big Bang thì vũ trụ được ra đời từ 1 vụ nổ lớn, tại đó x=y=t=0 tức là khởi
điểm của không gian và thời gian. Sau giai đoạn đầu tiên hình thành các hạt cơ
bản, các thiên hà và sao được hình thành, sau đó vũ trụ tiếp tục giãn nở rộng dần (x
và y cùng tăng khi t tăng, đây là một mô phỏng trong đó không gian biểu diễn bằng
2 trục, tất nhiên thực tế không gian của chúng ta có nhiều chiều hơn thế, ít nhất là
3) và sẽ còn tiếp tục giãn nở thêm nữa.
2.2.

Tính chất của vũ trụ
2.2.1. Hình dạng

Một câu hỏi đơn giản: “Vũ trụ có hình gì?”- đã khiến các nhà khoa học đau đầu và
gặp nhiều khó khăn trong việc đưa ra câu trả lời. Chúng ta sống trên một hành tinh
hình cầu nhưng đã số các thí nghiệm trên Trái Đất đều lấy xấp xỉ là phẳng, hình
dạng tột cùng của nó có thể không dễ dàng được quan sát từ một cái nhìn thông
thường. Ngay khi chúng ra làm rõ được vấn đề Trái Đất hình gì, thì lại có một câu
hỏi tương tự về hình dạng vũ trụ, các nhà khoa học vẫn chưa thể đưa ra được một
bức tranh rõ ràng về hình dạng của một vũ trụ đang mở rộng mà chúng ta đang cư

ngụ. Giống như thời kỳ đi tìm hình hài của Trái Đất, chúng ta bị giới hạn bởi chính
kích thước nhỏ bé của mình, chúng ta không thể đưa ra môt cái nhìn toàn cảnh về
thế giới. Có rất nhiều giả thiết đã được đưa ra, vũ trụ hình một cái bánh donut, một
cái kèn Trumpet, thậm chí là một cái yên ngựa, nhưng chúng ta vẫn không thể kết
luận được ý tưởng nào là đúng.Có ba dạng có thể là hình dạng của vũ trụ:
-Chiếc bánh DONUT khổng lồ: Rất nhiều các điểm nóng và lạnh trên Bức xạ
Nền Vi ba Vũ trụ (bức xạ nền vũ trụ)- kết quả của vụ nổ Big Bang- đã khiến cho
nhiều nhà khoa học đề ra lý thuyết về một vũ trụ hình tròn 3 chiều, hay nói đơn
giản là hình một chiếc bánh donut. Một hệ quả từ lý thuyết này là sự giới hạn của
vũ trụ: Khi bạn đi đủ xa và theo một hướng, bạn sẽ quay trở lại điểm mà bạn đã bắt


đầu chuyến đi nhưng ở chiều ngược lại, giống như các tàu không gian trong trò
chơi điện tử, khi tàu đi vượt ra ngoài lề trên của màn hình thì lập tức nó cũng xuất
hiện trở lại ở lề dưới của màn hình.

-Qủa bóng không gian,thời gian: Một phân tích khác dựa trên các thăng giáng
của bức xạ nền vũ trụ, thứ cho biết các thay đổi về mật độ của vũ trụ non trẻ ngay
sau vụ nổ Big Bang, dẫn các nhà toán học kết luận rằng vũ trụ có dạng một khối
mười mặt, gần giống với hình một quả bóng đá với các mặt ngũ giác. Trong kịch
bản này về vũ trụ, bạn chỉ phải di chuyển 60 tỷ năm ánh sáng trước khi bạn quay
trở lại điểm xuất phát.


Nhận xét về thuyết này, nhà vũ trụ học Janna Levin cho rằng đây là một mô hình
đầy bất ngờ về vũ trụ với các mặt phẳng tuyệt đẹp, không chỉ thế, đây còn là một
vũ trụ quá nhỏ.
-Chiếc sừng vô tận: Dựa trên các tính toán Tô pô, chúng ta có thêm một lý thuyết
mới về hình dạng vũ trụ, ở đây, vũ trụ có hình ống với chiều dài vô tận nhưng lại
có một thể tích xác định, với phần đuôi xòe ra, bạn có thể tưởng tượng vũ trụ có

hình giống như một cái kèm trumpet. Cũng giống như các giả thiết khác, lý thuyết
này có thể giải thích rất nhiều hiện tượng có trong vũ trụ của chúng ta nhưng nó lại
chưa hoàn toàn phù hợp với các tính toán về vũ trụ, giả dụ như việc vũ trụ phải
tương đối đồng nhất trên quy mô lớn.


2.2.2. Kích thước
Xác định kích thước chính xác của Vũ trụ là một vấn đề khó khăn. Theo như định
nghĩa có tính giới hạn, Vũ trụ là những thứ trong phạm vi không thời gian mà có
thể có cơ hội tương tác với chúng ta và ngược lại.Theo thuyết tương đối tổng quát,
một số khu vực của không gian sẽ không bao giờ tương tác được với chúng ta ngay
cả trong thời gian tồn tại của Vũ trụ bởi vì tốc độ ánh sáng là giới hạn và sự giãn
nở của không gian. Ví dụ, thông điệp vô tuyến gửi từ Trái Đất có thể không tới
được một số khu vực của không gian, ngay cả nếu như Vũ trụ tồn tại mãi mãi: do
không gian có thể giãn nở nhanh hơn ánh sáng truyền bên trong nó
Các vùng không gian ở xa được cho là tồn tại và là một phần thực tại như chúng ta,
cho dù chúng ta không bao giờ chạm tới được chúng. Vùng không gian mà chúng
ta có thể thu nhận được thông tin gọi là Vũ trụ quan sát được. Nó phụ thuộc vào vị
trí của người quan sát. Bằng cách di chuyển, một quan sát viên có thể liên lạc được
với một vùng không thời gian lớn hơn so với quan sát viên đứng yên. Tuy vậy,
ngay cả đối với quan sát viên di chuyển nhanh nhất cũng không thể tương tác được
với toàn bộ không gian. Nói chung, Vũ trụ quan sát được lấy theo nghĩa của phần
không gian Vũ trụ được quan sát từ điểm thuận lợi của chúng ta từ Ngân Hà.
Khoảng cách đo được từ Trái Đất cho tới biên giới của Vũ trụ quan sát được là
bằng 46 tỷ năm ánh sang,từ đó các nhà khoa học dự tính rằng đường kính của vũ
trụ vào khoảng 91 tỷ năm ánh sang.
Để dễ hình dung về kích thước của vũ trụ,chúng ta thử tưởng tượng nếu trái đất là
một hạt cát thì Mặt Trời sẽ giống như một viên bi,còn Vũ trụ sẽ có kích thước bằng
“Trái Đất kích thước thật”,từ đó đủ để ta thấy kích thước Vũ Trụ lớn thế nào.
2.2.3. Tuổi thọ và sự giãn nở

Như chúng ta đã biết tuổi thọ của Vũ Trụ rơi vào khoảng 13,9 tỷ năm tính cho đến
hiện tại.
Có nhiều câu hỏi rằng Vũ Trụ liệu có giới hạn? Câu trả lời là không,bởi Vũ Trụ vẫn
và đang tiếp tục giãn nở với một tốc độ không ai ngờ tới. Các nhà thiên văn học sử
dụng Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA đã phát hiện ra rằng vũ trụ
đang giãn nở nhanh hơn 5-9% so với dự đoán.
Nhóm nghiên cứu của Riess đã thực hiện khám phá này bằng cách xác định tốc độ
giãn nở hiện nay của vũ trụ với độ chính xác chưa từng có, làm giảm sai số xuống
chỉ còn 2,4%. Họ thực hiện điều này bằng cách phát triển các kỹ thuật tiên tiến làm
tăng độ chính xác của các phép đo khoảng cách tới các thiên hà xa xôi.
Nhóm nghiên cứu quan sát các thiên hà có chứa cả sao Cepheid và siêu tân tinh
loại Ia. Sao Cepheid có độ sáng tăng giảm theo chu kỳ và ánh sáng nhấp nháy này
liên quan trực tiếp tới độ sáng thực tế của ngôi sao và các nhà thiên văn học có thể
so sánh độ sáng thực với độ sáng biểu kiến (quan sát từ Trái đất) để xác định
khoảng cách tới ngôi sao đó. Siêu tân tinh loại Ia là những vụ nổ sao luôn tạo ra độ
sáng lúc cực đại một giá trị không đổi. Sự ổn định của giá trị cường độ độ sáng cho
phép những vụ nổ siêu tân tinh loại Ia được dùng làm những ngọn nến chuẩn để đo
khoảng cách tới các thiên hà chủ bởi vì cấp sao biểu kiến của siêu tân tinh phụ
thuộc cơ bản vào khoảng cách của chúng tới Trái đất.
Bằng cách đo khoảng 2.400 ngôi sao Cepheid trong 19 thiên hà và so sánh độ sáng
quan sát được của cả hai loại sao, nhóm nghiên cứu đã đo chính xác độ sáng thực
của chúng và tính được khoảng cách của khoảng 300 siêu tân tinh loại Ia trong các
thiên hà xa xôi. Sau đó, họ so sánh những khoảng cách này với sự giãn nở của vũ
trụ được đo bằng cách kéo dài bước sóng của ánh sáng tới từ các thiên hà đang lụi


tàn. Nhóm nghiên cứu sử dụng hai giá trị này để tính toán tốc độ vũ trụ giãn nở
theo thời gian, hay còn gọi là hằng số Hubble.

Thông qua đó, nhóm nghiên cứu đã tính toán rằng hằng số Hubble có giá trị là 73,2
km mỗi giây mỗi megaparsec (một megaparsec bằng 3,26 triệu năm ánh sáng). Giá
trị mới này có nghĩa là khoảng cách giữa các thiên thể trong vũ trụ sẽ tăng gấp đôi
sau mỗi 9,8 tỷ năm.
Tuy nhiên, giá trị hiệu chỉnh này lại là một vấn đề bởi vì nó không thực sự khớp
với tốc độ giãn nở của vũ trụ đã được dự đoán từ quỹ đạo của nó được quan sát
thấy trong khoảng thời gian ngắn sau vụ nổ Big Bang. Các phép đo bức xạ sau vụ
nổ Big bang được thực hiện bởi tàu thăm dò vi sóng bất đẳng hướng Wilkinson
(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - WMAP) và vệ tinh Planck của Cơ quan
Vũ trụ châu Âu đều dự đoán hằng số Hubble nhỏ hơn khoảng 5-9%.
2.3. Thành phần,cấu trúc của vũ trụ
2.3.1. Thành phần
Cùng xem ảnh bên dưới để chúng ta dễ hình dung về thành phần của Vũ Trụ

Như vậy,thành phần của Vũ Trụ bao gồm: Vật chất tối chiếm 27% , Vật chất thông
thường chiếm 5% và Năng lượng tối chiếm 68%.


2.3.2. Vật chất tối
Trong vật lý thiên văn, thuật ngữ vật chất tối chỉ đến một loại vật chất giả thuyết
trong vũ trụ, có thành phần chưa hiểu được. Vật chất tối không phát ra hay phản
chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết
bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể nhận nó ra vì những ảnh hưởng hấp dẫn của nó
đối với chất rắn và/hoặc các vật thể khác cũng như với toàn thể vũ trụ. Dựa trên
hiểu biết hiện nay về những cấu trúc lớn hơn thiên hà, cũng như các lý thuyết được
chấp nhận rộng rãi về Vụ Nổ Lớn, các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối là thành
phần cơ bản chiếm khoảng 32% vật chất (vật chất tối + vật chất thường) trong vũ
trụ.
Giới khoa học nhận định, vật chất tối chiếm 27% tổng năng lượng - khối lượng kết
hợp của vũ trụ, trong khi vật chất thông thường chỉ chiếm 5%. Xét riêng khối

lượng, vật chất tối được cho là chiếm tới 84,5% vũ trụ.
Đối với các nhà thiên văn học, vật chất tối để lộ dấu vết của chúng thông qua cách
lực hấp dẫn của chúng tác động đến các ngôi sao và thiên hà, giúp họ kết nối chúng
với nhau và xác lập cấu trúc của vũ trụ. Dấu vết của vật chất tối cũng có thể nhìn
thấy được trong nền vi sóng vũ trụ (CMB), những gì còn sót lại sau vụ nổ Big
Bang.
Một nhóm các nhà thiên văn học tại trường Đại học Waterloo ở Canada đã sử
dụng hiệu ứng bẻ cong không gian của vật chất tối để có thể nhìn thấy những thứ
tưởng như vô hình. Bằng cách kết hợp những nhóm thiên hà hoạt động như các
thấu kính với bản ghi dữ liệu về nguồn sáng phía sau chúng để tạo ra hình ảnh về
vật chất tối.


Giáo sư Dan Hooper và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm quốc gia Fermi ở
Illinois, Mỹ đã nghiên cứu một dấu hiệu ở trung tâm dải Ngân hà của chúng ta kể
từ năm 2009. Họ hiện tin rằng, dấu hiệu bao gồm hệ thống các tia gamma với bức
xạ năng lượng cực cao này do các hạt vật chất tối va chạm với nhau sinh ra.
Khi các hạt vật chất phá hủy lẫn nhau, chúng giải phóng các tia gamma vào không
gian, làm gia tăng ánh sáng rực rỡ rõ thấy ở trung tâm của dải Ngân hà. Khám phá
tương tự ở các thiên hà lùn lân cận (những thiên hà nhỏ hơn dải Ngân hà của chúng
ta) có thể càng củng cố giả thuyết mới là đúng.
"Đây là dấu hiệu thuyết phục nhất về các hạt vật chất tối mà chúng ta từng thu
được", giáo sư Hooper nhấn mạnh.
Để xác thực phát hiện của mình, nhóm của giáo sư Hooper đã phải loại bỏ các khả
năng khác về dấu hiệu, kể cả khả năng các tia gamma do một ẩn tinh xa xôi hoặc
một ngôi sao quay nhanh sản sinh ra. Họ nhận thấy, các tia gamma tạo ra phạm vi


hoạt động trải dài gần 10.000 năm ánh sáng, bác bỏ khả năng ẩn tinh là nguồn phát
xạ.

Nếu khám phá của nhóm Hooper rốt cuộc là đúng, nó sẽ làm nảy sinh một số câu
hỏi hóc búa về vật chất tối.
Trước đây, các nhà khoa học từng cho rằng, vật chất tối ra đời từ một loại hạt giả
thuyết có tên gọi là "hạt lớn tương tác yếu" (WIMP). Dẫu vậy, nếu vật chất tối
đang được tạo thành và va chạm ở trung tâm của thiên hà, nó nhiều khả năng sẽ là
một loại hạt nặng hơn nhiều. Điều này sẽ gây ngờ vực đối với một số bằng chứng
thu được từ những thí nghiệm trước đây trên Trái đất về vật chất tối.
2.3.3. Năng lượng tối
Trong Vật lý Vũ trụ học và Thiên văn học, năng lượng tối là một dạng năng lượng
chưa biết rõ chiếm phần lớn vũ trụ (68%)và có khuynh hướng tăng tốc độ giãn nở
của vũ trụ. Năng lượng tối là thuyết được chấp nhận nhiều nhất kể từ những năm
1990, chỉ ra rằng vũ trụ đang giãn nở với vận tốc tăng dần.
Năng lượng tối được giải thích là một đặc tính của không gian. Albert Einstein là
người đầu tiên hiểu rằng không gian không đơn giản là trống không. Không gian
có rất nhiều đặc tính kinh ngạc và nhiều đặc tính mới bắt đầu được tìm hiểu. rong
lý thuyết về trong lực, Einstein đưa ra một hằng số vũ trụ học để dự đoán rằng
không gian trống rỗng có thể có năng lượng của riêng nó. Bởi vì năng lượng này là
một đặc tính của không gian, nó sẽ không bị mất đi khi không gian giãn nở. Nên
càng nhiều không gian tồn tại, thì càng nhiều năng lượng tối của không gian sẽ
xuất hiện.
Kết quả, loại năng lượng này sẽ khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn. Tuy nhiên, không
ai hiểu tại sao hằng số vũ trụ học lại tồn tại và tại sao nó là giá trị chính xác gây ra
sự giãn nở của vũ trụ.


Một giải thích khác về năng lượng tối của không gian được đưa ra trong thuyết
lượng tử của vật chất. Trong lý thuyết này, "không gian trống rỗng" thực sự là
những phần tử tạm thời liên tục hình thành và biến mất sau đó.

Một giải thích khác nữa về năng lượng tối cho rằng nó là một loại trường hay chất

lỏng năng lượng trong tất cả các không gian. Một số nhà lý luận đặt tên cho năng
lượng tối là nguyên tố thứ năm. Nhưng nếu đây là câu trả lời, chúng ta vẫn không
biết nguyên tố đó như thế nào, nó tương tác như thế nào và tại sao nó tồn tại. Vì
vậy, câu trả lời chính xác về năng lượng tối vẫn là một bí ẩn.
Một khả năng cuối cùng là học thuyết về trọng lực của Einstein không chính xác.
Điều đó không chỉ ảnh hưởng tới sự giãn nở của vũ trụ, mà còn ảnh hưởng tới cách
phản ứng của vật chất bình thường trong các thiên hà và cụm thiên hà.
Điều này cũng đòi hỏi có một học thuyết mới về trọng lực để tìm ra câu trả lời cho
vấn đề năng lượng tối. Những đó là loại lý thuyết gì? Liệu nó có thể miêu tả chính
xác sự vận động của các thiên thể trong Hệ Mặt trời? Có nhiều giả thuyết đã được
đưa ra, nhưng không giả thuyết nào thuyết phục. Nên năng lượng tối vẫn còn lại
một bí ẩn.


2.3.4. Thiên hà
2.3.4.1. Định nghĩa
Nếu có trong tay một chiếc kính thiên văn hay chỉ một chiếc ống nhòm nhỏ, bạn sẽ
thấy vô vàn các đốm sáng nhỏ phân bố dày đặc trong dải sáng đó, và tất nhiên
chính nhờ vô vàn các đốm sáng đó mà chúng ta mới có thể quan sát một dải sáng
tuyệt vời như vậy. Ở Việt Nam, người xưa đã sớm gọi dải sáng đó là Ngân Hà
(dòng sông bạc), còn theo thần thoại Hy Lạp thì dải sáng đó là dòng sữa bất tử của
nữ thần Hera tuôn chảy trên bầu trời do sức hút của người anh hùng Hercules và từ
đó mà cái tên Milky Way (con đường sữa) ra đời. Ngày nay, chúng ta vẫn sử dụng
những cái tên Ngân Hà, Milky Way nhưng cả 2 cái tên đó đều chỉ để chỉ dải sáng
mà chúng ta vừa nhắc tới, và chúng ta biết rằng khi nhìn vào dải sáng đó là nhìn
vào vùng trung tâm thiên hà của chúng ta, thiên hà Milky Way. Chúng ta đã biết về
Trái Đất, về Mặt Trời, và bây giờ chúng ta cũng biết rằng dải sáng rực rỡ mà chúng
ta ván quan sát hàng đêm kia, bản thân chúng ta cũng là một phần của nó. Trong vũ
trụ không chỉ tồn tại một nhóm sao khổng lồ hợp thành thiên hà như Milky Way
của chúng ta mà còn có hàng triệu triệu, hàng tỷ hay hàng triệu tỷ thiên hà khác,

mỗi thiên hà đều là một tập hợp khổng lồ các ngôi sao với khối lượng và kích
thước khác nhau.
Thiên hà là một tập hợp lớn gồm các ngôi sao cùng các hành tinh, tiểu hành tinh ...
của chúng, các đám bụi và khí liên kết với nhau trong một hệ thống chung bởi lực
hấp dẫn. Kích thước và khối lượng của thiên hà khá đa dạng. Các thiên hà lùn nhỏ
nhất có đường kính chỉ vài nghìn năm ánh sáng và chứa khoảng vài hay vài chục
triệu ngôi sao. Trong khi đó những thiên hà lớn nhất từng được biết tới có thể chứa
hàng trăm nghìn tỷ ngôi sao, chẳng hạn thiên hà IC 1101 được ước tính có khoảng
100.000 tỷ sao. Các thiên hà lớn như vậy thường có đường kính vài trăm nghìn
năm ánh sáng. Trong thiên hà, ngoài các sao và các hệ hành tinh của chúng còn có


những đám khí và bụi khổng lồ trong không gian giữa các sao. Một số đám khí bụi
lớn là các vùng tạo sao trong thiên hà (thường phổ biến ở các thiên hà trẻ), nơi các
ngôi sao ra đời từ lực hấp dẫn giữa bụi và khí. Ở trung tâm của thiên hà, các nhà
khoa học cho rằng tất cả đều có một lỗ đen với khối lượng rất lớn (hàng nghìn tới
hàng triệu lần khối lượng của Mặt Trời) là trung tâm của lực hấp dẫn, các sao cùng
khí và bụi đều chuyển động xung quanh lỗ đen trung tâm này. Theo mô hình hiện
đại, các thiên hà không chỉ gồm những đối tượng được tạo thành từ những dạng vật
chất thông thường, mà còn có một lượng rất lớn khối lượng đến từ vật chất tối, loại
vật chất tràn ngập trong môi trường giữa các sao.
Thiên hà bao gồm: Các hành tinh,sao
Các dạng của thiên hà: Thiên hà xoắn,thiên hà elip và thiên hà không định hình
2.3.4.2. Các hành tinh và sao
Chúng ta phải nên phân biệt hai khái niệm “Sao” và “Hành tinh”.Trái Đất của
chúng ta được gọi là hành tinh,còn khi đứng trên hàn tinh của chúng ta vàoban đêm
trời mùa hè khi nhìn lên bầu trời chúng ta sẽ thấy vô vàn ngôi “Sao” lấp lánh.Vậy
hai khía niệm này khác nhau thế nào?
Sao: Một ngôi sao là một mặt trời (nhỏ), nó tự phát ra ánh sáng. Trong thái dương
hệ, sao có khoảng cách vô cùng xa trái đất, nên chúng ta chỉ nhìn thấy một điểm

trên bầu trời.
Hành tinh: Hành tinh không thể tự phát ra ánh sáng mà chỉ phản xạ ánh sáng.
Hành tinh (tinh cầu di động) di chuyển quanh mặt trời.
Ban đêm khi nhìn lên bầu trời, ta chỉ có thể nhìn thấy được những hành tinh
Mercury (Thủy tinh), Venus (Kim tinh), Mars (Hỏa tinh), Jupiter (Mộc tinh),
Saturn (Thổ tinh) và Mặt trăng, Còn lại, tất cả là sao.


2.3.4.3. Thiên hà xoắn
Tập hợp của sao, khí và bụi dưỡi dạng một đĩa xoắn lớn quay xung quanh một tâm
chung. Các sao trong thiên hà này nằm rải trên các cánh tay xoắn (spiral arm).
Trung tâm của thiên hà xoắn phồng to dày hơn hẳn các cánh tay, đó là nơi tập trung
khí và bụi nhiều nhất trong thiên hà. Thiên hà xoắn kí hiệu là S và được chia thành
ba cấp là a, b và c dựa theo độ khép kín của các cánh tay. Sa là thiên hà xoắn với
các cánh tay còn quấn chặt vào vùng trung tâm, chưa phân hóa thật rõ còn Sc là
các cánh tay mở rộng nhất, xòe rộng ra không gian.

Một lượng lớn (khoảng hơn 60%) số thiên hà xoắn đã được biết tới có vùng phồng
ở trung tâm có dạng thanh chứ không phải dạng cầu, chúng được thêm chữ B vào
trong kí hiệu bên cạnh kí hiệu của thiên hà xoắn, trở thành các thiên hà SB
(BarredSpiral galaxy), và cũng được chia thành SBa, SBb, SBc (có cách chia còn
mở rộng ra loại d nhưng hiện nay không được phổ biến).


2.3.4.4. Thiên hà elip
Sao cùng khí và bụi tập hợp và liên kết thành một khối có dạng cầu dẹt (mặt cắt
giống như hình elip), không có sự phân tán vật chất thành các cánh tay giống như
thiên hà xoắn. Thiên hà elip được kí hiệu là E và phân thành 8 cấp từ E0 đến E7
thể hiện mức độ thuôn dài của elip. E0 là thiên hà có hình dạng gần tròn nhất, càng
đến các cấp sau elip càng thuôn dài. Thiên hà loại này chiếm khoảng 15% số thiên

hà đã được quan sát. Đặc biệt, hầu hết các thiên hà lớn nhất từng được quan sát
thuộc loại thiên hà này, chúng hầu hết là các thiên hà già với ít vùng tạo sao. Tuy
nhiên có một số thiên hà elip lớn lại được cho rằng được tạo thành từ những vụ va
chạm và hợp nhất giữa các thiên hà.

2.3.4.5. Thiên hà không định hình
Thiên hà có hình dạng không xác đinh, không có điểm đặc biệt chung nào. Chúng
thường có quá khứ là thiên hà xoắn hoặc thiên hà elip, bị biến dạng do va chạm
hoặc do sự mất cân bằng của lực hấp dẫn. Thiên hà loại này kí hiệu là Irr. Điển


hình nhất có thể keertowis là hai thiên hà vệ tinh của Milky Way: Mây Magellan
lớn (LMC) và Mây Magellan nhỏ (SMC)

Ngoài cách phân chia theo hình dạng nêu trên, các thiên hà có khối lượng nhỏ,
gồm chỉ khoảng vài tỷ sao hoặc ít hơn còn được gọi là các thiên hà lùn (dwarf
galaxy). Mây Magellan lớn, thiên hà không định hình gần chúng ta chứa khoảng 30
tỷ sao đôi khi cũng được coi là một thiên hà lùn
2.3.5. Hố đen
2.3.5.1. Định nghĩa
Hố đen là một trong những điều kỳ lạ và bí ẩn nhất của vũ trụ. Nó có mật độ vật
chất cực kì dày đặc, với lực hấp dẫn mạnh đến mức không một vật chất nào, kể cả
ánh sáng có thể thoát ra khỏi lực hút của nó.


Hố đen còn được gọi là “ngôi sao băng” (frozen star) bởi vì chúng có thể được
hình thành từ những ngôi sao “chết”
2.3.5.2. Sự hình thành
Hố đen là nơi mà quy luật vật lý chúng ta vốn biết bị phá vỡ. Theo Einstein thì đây
là nơi mà lực hấp dẫn bẻ cong không gian. Do đó với một vật thể đủ đậm đặc,

không gian-thời gian có thể bị bẻ cong đến mức tự thân nó xoắn lại và xoáy thành
một cái hố.
Một ngôi sao khổng lồ bị cạn hết năng lượng có thể tạo ra một dạng đậm đặc vô
cùng, đủ để tạo ra một thế giới bị sứt mẻ như thế. Khi nó bị đè dưới sức nặng của
chính nó và sụp đổ vào bên trong, không gian-thời gian cũng bị sụp vào theo.
Trường hấp dẫn trở nên mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thoát ra được