Tìm hiểu các giả thuyết về cấu trúc của vũ trụ và sự hình thành của hệ mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
----------

Đề tài
TÌM HIỂU CÁC GIẢ THUYẾT VỀ CẤU TRÚC CỦA VŨ TRỤ VÀ SỰ HÌNH
THÀNH CỦA HỆ MẶT TRỜI

Giảng viên hướng dẫn

: TH.S TRƯƠNG THÀNH

Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN THỊ LOAN PHƯƠNG

Lớp

: 11CVL

Khóa

: 2011 – 2015

Ngành

: VẶT LÝ HỌC

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015

GHVD : Th.S Trương Thành

Khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành được khóa luận tốt nghiệp: “Tìm hiểu các giả
thuyết về cấu trúc của Vũ trụ và sự hình thành của hệ Mặt Trời”, bên
cạnh sự cố gắng, nổ lực học hỏi của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều
sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các quý thầy cô trong khoa Vật lý,
người thân, và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người đã tạo điều kiện giúp
đỡ tơi trong suốt khóa học.
Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Trương
Thành, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tơi trong suốt q trình
học tập và hồn thành khóa luận này.
Tuy đã có nhiều cố gắng để thực hiện khóa luận nhưng khơng thể
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý phê bình của bạn
đọc để bài viết được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015

Nguyễn Thị Loan Phương

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương


GHVD : Th.S Trương Thành

Khóa luận tốt nghiệp
MỤC LỤC

A. PHẦN MỞ ĐẦU .....................................................................................................1
B. NỘI DUNG .............................................................................................................4
CHƢƠNG I: SƠ LƢỢC VỀ VŨ TRỤ .........................................................................4
1.1 Tổng quan về cấu trúc của Vũ Trụ ...........................................................................4
1.2 Mơ hình Vũ Trụ Big Bang .......................................................................................5
1.2.1 Lịch sử hình thành mơ hình Vũ Trụ Big Bang .....................................................5
1.2.2 Lí thuyết BIG BANG ...........................................................................................7
CHƢƠNG II: CÁC GIẢ THUYẾT VỀ VŨ TRỤ ....................................................11
2.1 Những ý tưởng đầu tiên về vũ trụ duy vật – Giả thuyết Aristotle ..........................11
2.1.1 Khái quát về những ý tưởng ban đầu....................................................................11
2.1.2 Giả thuyết Aristotle ..............................................................................................12
2.1.2.1 Khái quát về giả thuyết ......................................................................................12
2.1.2.2 Ưu và nhược điểm của thuyết Aristotle.............................................................14
2.2 Giả thuyết Ptolemy ..................................................................................................15
2.2.1 Đặc điểm của mơ hình địa tâm Ptolemy...............................................................15
2.2.2 Ưu và nhược điểm của mơ hình Ptolemy .............................................................16
2.3 Mơ hình nhật tâm Copernic .....................................................................................17
2.3.1 Nội dung của hệ vũ trụ nhật tâm ..........................................................................17
2.3.2 Sự đúng đắn của học thuyết Copernic ..................................................................19
2.3.3 Mặt Trời ..............................................................................................................22
2.3.3.1Công suất, nhiệt độ và áp suất của Mặt Trời ......................................................23
2.3.3.1.1 Công suất bức xạ Mặt Trời ...........................................................................23
2.3.3.1.2 Xác định nhiệt độ của bề mặt Mặt Trời ........................................................23
2.3.3.1.3 Sự phân bố áp suất và nhiệt độ trung bình của Mặt Trời ..............................24
2.3.3.2 Cấu trúc mặt ngoài của Mặt trời ........................................................................25
SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

2.3.3.2.1 Quang cầu (photosphere) ..............................................................................25
2.3.3.2.2 Các lớp ngoài quang cầu ...............................................................................25
2.3.3.2.3 Sắc cầu (chromosphere) ................................................................................26
2.3.3.2.4 Nhật hoa (corona) .........................................................................................26
2.3.4 Trái Đất ...............................................................................................................27
2.3.4.1 Trái Đất trong không gian Vũ Trụ.....................................................................27
2.3.4.2 Từ trường của Trái Đất ......................................................................................27
2.3.4.3 Khí quyển ..........................................................................................................28
2.3.4.4 Sự chuyển động của Trái Đất ............................................................................30
2.3.4.5 Trái Đất - hành tinh có sự sống .........................................................................31
2.3.4.6 Vệ tinh của Trái Đất .........................................................................................32
2.3.4.6.1 Nhật – Nguyệt thực ........................................................................................33
2.3.4.6.1.1 Nhật thực .....................................................................................................33
2.3.4.6.1.2 Nguyệt thực .................................................................................................35
2.3.4.6.2 Thủy triều .......................................................................................................35
CHƢƠNG III: SỰ HÌNH THÀNH HỆ MẶT TRỜI - GIẢ THUYẾT TINH VÂN ..
............................................................................................................................38
3.1 Lịch sử phát triển Giả thuyết Tinh vân .................................................................38
3.2 Đặc trưng cơ bản của hệ Mặt Trời .........................................................................40
3.3 Giả thuyết tinh vân ................................................................................................41
3.4 Sự đổ sập hấp dẫn ..................................................................................................42
3.5 Sự hình thành các hành tinh ...................................................................................42
3.6 Sự hình thành tiểu hành tinh ..................................................................................45
3.7 Sự hình thành sao chổi ...........................................................................................46
C. KẾT LUẬN ...........................................................................................................49

D. TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................51

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương


GHVD : Th.S Trương Thành

Khóa luận tốt nghiệp
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1 Tổng quan về vũ trụ ........................................................................................ 4
Hình 1. 2 George Gamov............................................................................................... .7
Hình 1. 3 Vụ nổ Big Bang .............................................................................................. 8
Hình 1. 4 Hình ảnh mơ tả Vũ trụ………………………………………………… ...….9
Hình 2. 1 Aristotle………………………………………………………… …………12
Hình 2. 2 Mơ hình Aristotle…………………………………………… .……………13
Hình 2. 3 Ptolemy .....................................................................................……………15
Hình 2. 4 Mơ hình địa tâm Ptolemy…………… . …………………………………...16
Hình 2. 5 Nicolas Copernic………………………… .……………………………….17
Hình 2. 6 Mơ hình nhật tâm Copernic………………………… ...…………………...18
Hình 2.7 Mơ phỏng Mặt Trời………………………………… ..…………………… 22
Hình 2. 7 Minh họa về quỹ đạo của các hành tinh……………… ....………………...22
Hình 2. 8 Mơ tả chiều quay của các hành tinh…………………… ...………………..23
Hình 2. 9 Hình ảnh mơ phỏng các lớp ngồi quang cầu………… ......………………26
Hình 2. 10 Mơ tả về từ trường Trài Đất…………………………… ...………………28
Hình 2. 11 Các tầng của khí quyển (mơ tả) ………………………… ...……………..29
Hình 2. 12 Trái Đất…………………………………………………… ……………..31
Hình 2. 13 Mặt Trăng quay quanh Trái Đất…………………………… .....…………33
Hình 2. 14 Hiện tượng nhật thực (mơ tả) ………………………………… ...……….34
Hình 2. 15 Hiện tượng nguyệt thực (mơ tả) ………………………………… ...…….35

Hình 2. 16 Hiện tượng thủy triều (mơ tả) ………………………………………....…37
Hình 3. 1 Các giai đoạn hình thành hệ Mặt Trời……………………………… .....….38
Hình 3. 2 Cấu trúc hệ Mặt Trời…………………………………………………… ... .39
Hình 3. 3 Sự ra đời của Mặt Trời………………………………………………….. .. .41
Hình 3. 4 Quá trình hình thành hệ Mặt Trời……………………………………… .... 42
Hình 3. 5 Sự hình thành các hành tinh……………………………………………. ... .43
Hình 3. 6 Các hành tinh kiểu Trái Đất……………………………………………. ... .43
Hình 3. 7 Các hành tinh kiểu Mộc Tinh…………………………………………… ... 44
Hình 3. 8 Sự hình thành tiểu hành tinh (mơ tả) ………………………………….. ..... 45
Hình 3. 9 Sự hình thành sao chổi………………………………………………...… .. 46
Hình 3. 10 Sự hình thành Mặt Trăng……………………………………………… ... 47
Hình 3. 11 Hai vệ tinh của Hỏa Tinh………………………………………………. .. 47

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương


GHVD : Th.S Trương Thành

Khóa luận tốt nghiệp

A. PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Thời xưa, khi chưa có lịch trong q trình sản xuất nơng nghiệp, chăn ni, nhân
dân lao động thời cổ đại cổ đã biết lợi dụng các hiện tượng tự nhiên để định hướng
thời vụ gieo trồng. Con người còn biết quan sát các chòm sao trên trời nhằm xác định
phương hướng, quan sát Mặt Trăng để nắm bắt thủy triều lên xuống…
“ Ánh nắng rực rỡ, ánh trăng dịu dàng, ánh sao lấp lánh, nhật thực tráng lệ…
Những hiện tượng muôn màu muôn vẻ trong bầu trời đã kích thích óc tị mị và trí
tưởng tượng của nhiều người”. Vũ trụ cấu tạo như thế nào?. Trái Đất mà chúng ta sinh
sống như thế nào?. Có mối quan hệ gì giữa bầu trời và Trái Đất?. Làm thế nào Mặt

Trời có thể phát ra những tia nắng rực rỡ?. Ngoài Trái Đất của chúng ta ra, trên những
hành tinh khác có sự sống hay không?... Một loạt, rất nhiều câu hỏi từ đời thường cho
tới những câu hỏi khó ln khiến con người trăn trở. Chính vì thế ngành Thiên văn học
ra đời và ngày càng phát triển mạnh mẽ.
Thiên văn học là một môn khoa học nghiên cứu các thiên thể, cấu trúc của hệ thiên
thể và quy luật tiến hóa nói chung của vật chất trong Vũ Trụ. Bộ môn khoa học này
được ra đời sớm bậc nhất và hiện nay vẫn là một mũi nhọn của khoa học hiện đại.
Vật Lý có một vai trị quan trọng trong mơn thiên văn học, đặc biệt ngành Vật Lý
thiên văn dùng để giải thích các q trình xảy ra trong vũ trụ bằng các định luật Vật
Lý. Vì vậy, hầu như tất cả các nhà thiên văn học đều có nền tảng vững chắc về Vật Lý.
Tuy nhiên, Thiên văn học cũng là một ngành khoa học khá bình dân và hấp dẫn nên
bên cạnh các nhà thiên văn lại có rất nhiều người hoạt động nghiệp dư.
Là một sinh viên Vật lý ở trường Đại Học Sư Phạm chỉ được học về Thiên văn đại
cương thì những kiến thức Thiên văn hiện đại, đặc biệt là những vấn đề liên quan đến
vũ trụ cịn mới mẻ và khá ít ỏi. Tuy nhiên, khơng vì vậy mà tơi khơng thấy được điểm
thú vị của môn học, mà ngược lại tôi lại rất yêu thích mơn học này. Và cũng chính vì
những gì được học cịn hạn hẹp nên tơi càng muốn biết nhiều hơn những gì mình chưa
biết, hiểu nhiều hơn những gì mình chưa hiểu. Trong mơn thiên văn học mà tơi được
học ở giảng đường, tôi cũng nắm được thành phần cấu tạo, bản chất vật lý và những
quy luật chuyển động của các thiên thể. Đồng thời cũng biết rõ về sự hình thành và
SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 1


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

tiến hóa của các dạng tồn tại của vật chất trong vũ trụ…Tuy nhiên sự tị mị của bản

thân khơng cho phép tơi dừng lại, chấp nhận với những kiến thức mình học được. Tôi
muốn đào sâu và nghiên cứu nhiều hơn về hệ Mặt Trời, về những lý thuyết mô tả vũ
trụ qua các cột mốc lịch sử…về nơi mà chúng ta đang sống và sinh hoạt hằng ngày.
Chính vì lẽ đó mà tơi quyết định: “Tìm hiểu các giả thuyết về cấu trúc của Vũ trụ
và sự hình thành của hệ Mặt Trời”. Hy vọng rằng đây là một tài liệu bổ ích cho bạn
đọc và cho những ai có niềm yêu thích thiên văn.
2. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là nguồn gốc ra đời của hệ Mặt Trời; các giả thuyết về
cấu trúc vũ trụ, những ưu nhược điểm của từng thuyết, đi sâu vào tìm hiểu giả
thuyết được xem là đúng đắn và áp dụng nhiều nhất.
3. Nội dung nghiên cứu
 Khái quát sơ lược về Vũ trụ.

 Tìm hiểu những ý tưởng đầu tiên về vũ trụ duy vật – Giả thuyết
Aristotle về hệ Mặt Trời.
 Tìm hiểu về giả thuyết Ptolemy.
 Tìm hiểu mơ hình nhật tâm Copernic.
 Tìm hiểu về sự hình thành hệ Mặt Trời.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
 Tra cứu, đọc và xử lý các thông tin thu thập từ sách vở, báo chí, internet
và các tài liệu liên quan đến đề tài.
 Trao đổi, thảo luận với bạn bè những thông tin thu được.
 Trao đổi và lắng nghe những ý kiến của giáo viên hướng dẫn để kiểm
tra tính chính xác những thơng tin thu thập được.
5. Mục đích nghiên cứu
 Tìm hiểu các hệ thống q trình hồn thiện về cấu trúc của vũ trụ, sự
hình thành hệ Mặt Trời của nhân loại.
 Nâng cao sự hiểu biết của mình về vũ trụ, về thế giới thiên văn học.
 Tập làm công tác hoạt động khoa học
6. Kết quả đạt đƣợc

 Giới thiệu về vũ trụ
SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 2


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

Tổng quan về cấu trúc vũ trụ.
Giới thiệu về mơ hình Vũ trụ Big Bang
 Tìm hiểu về một số giả thuyết của vũ trụ.
Trình bày đặc điểm, nội dung của từng thuyết.
Nêu lên những ưu, nhược điểm của các thuyết đó.
Giới thiệu về Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng.
 Mô tả sự hình thành của hệ Mặt Trời – Giả thuyết tinh vân
Trình bày sự ra đời của Mặt Trời, các hành tinh, tiểu hành tinh, sao chổi.
Lý giải một số trường hợp ngoại lệ trong hệ Mặt Trời.
7. Cấu trúc của khóa luận gồm 4 phần chính:
 Phần A: Mở đầu
 Phần B: Phần nội dung
Chương I: Sơ lược về vũ trụ.
Chương II: Các giả thuyết về vũ trụ.
Chương III: Sự hình thành hệ Mặt Trời – Giả thuyết tinh vân.
 Phần C: Kết luận
 Phần D: Tài liệu tham khảo

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 3


GHVD : Th.S Trương Thành

Khóa luận tốt nghiệp

B. NỘI DUNG
CHƢƠNG I: SƠ LƢỢC VỀ VŨ TRỤ
[1], [2], [6], [9], [10]
1.1

Tổng quan về cấu trúc của Vũ Trụ
Với kính thiên văn hiện đại có thể nhìn vào vũ trụ với khoảng cách 15 triệu năm

ánh sáng mà chưa thấy “bức tường” cuối cùng của vũ trụ, nên hiện nay vũ trụ được
xem là vô tận, một không gian trống rỗng không có biên giới.
Trong khơng gian các sao phân bố rộng rãi và khơng đều. Chúng tập trung
thành những hình dạng xác định gồm hàng trăm tỉ sao và được gọi là các thiên hà. Các
thiên hà đó thường có dạng elipxoit, dạng đĩa xoắn… với đường kính từ hàng chục
đến hàng trăm ngàn năm ánh sáng. Những ngôi sao trong mỗi thiên hà cũng phân bố

Hình 1. 1 Tổng quan về vũ trụ
không đồng đều, đa số tập trung vào một mặt phẳng xác định được gọi là mặt phẳng
chính của thiên hà.
Măt Trời của ta là một ngôi sao nằm trong thiên hà gọi là ngân hà. Ngân hà bao
gồm các sao mà ta nhìn thấy bằng mắt thường (khoảng sáu ngàn sao) và hơn một trăm
tỉ sao khác chỉ có thể quan sát qua kính thiên văn. Ta có thể thấy được một số thiên hà
khác (những thiên hà ở gần thiên hà của chúng ta) dưới dạng những vết sáng nhòe yếu
SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

ớt và vì thế mà chúng còn được gọi là các tinh vân. Qua kính thiên văn cực mạnh ta có
thể nhìn thấy một số sao riêng biệt cấu tạo nên các tinh vân ấy. Trong khoảng khơng
giữa các sao cịn có các vật chất tồn tại dưới dạng bụi, khí, các hạt cơ bản, trường điện
từ và trường hấp dẫn. Vì thế các đám bụi khí vũ trụ làm cản trở khả năng nhìn xa của
chúng ta.
Mặt Trời là một trong số các sao cấu tạo nên thiên hà của chúng ta. Quanh Mặt
Trời có các hành tinh chuyển động và quanh các hành tinh cịn có các vệ tinh. Các kết
quả quan trắc cho biết xung quanh nhiều ngôi sao khác cũng có các hành tinh chuyển
động, tương tự như hệ Mặt Trời.
Các thành tựu đạt được mà thiên văn học đem lại đã khẳng định rằng vật chất
trong vũ trụ vận động và biến đổi không ngừng. Các hành tinh chuyển động quanh các
sao còn các sao và cả thiên hà quay quanh trục của thiên hà. Ngoài ra thiên hà còn
chuyển động trong vũ trụ với vận tốc rất lớn và càng ngày càng xa nhau.
Quá trình nghiên cứu về vũ trụ của con người là một quá trình cần mẫn, lâu dài,
tỉ mỉ để rồi dần dần, con người ta có thể nhìn xa hơn, sâu hơn vào vũ trụ tưởng như là
vơ biên này, dự đốn cho tương lai của vũ trụ, của sự sống con người. Và vũ trụ rộng
lớn của chúng ta, vũ trụ mà khi con người xuất hiện đã có nó, con người khơng được
chứng kiến sự hình thành của vũ trụ nhưng lại luôn muốn nghiên cứu về vũ trụ. Để
làm được điều này con người đã và đang nhìn về quá khứ, nhìn về thời điểm khi mà vũ
trụ bắt đầu hình thành. Đã có rất nhiều những giả thuyết về sự hình thành của vũ trụ,
các thuyết có thể đối lập nhau, hoặc nối tiếp nhau để dựng lại quá trình hình thành vũ
trụ. Cái gì cũng có cơ sở để tồn tại và phát triển. Vũ trụ của chúng ta càng phải vậy, cơ

sở của vũ trụ là các thuyết (điều này đã được cơng nhận).
1.2

Mơ hình Vũ Trụ Big Bang

1.2.1 Lịch sử hình thành mơ hình Vũ Trụ Big Bang
Vũ trụ bí hiểm, ln địi hỏi óc tìm tòi, khám phá của con người và “vũ trụ xuất
hiện và tiến hoá như thế nào?” là câu hỏi đã gây ra khơng ít tranh cãi cho các nhà khoa
học, do đó mà nhiều học thuyết đã ra đời nhằm trả lời câu hỏi trên. Tuy nhiên, đến nay
lí thuyết được nhiều người ủng hộ nhất để giải thích nguồn gốc và sự tiến hố của vũ
trụ là lí thuyết về “Vụ nổ lớn” hay còn gọi là Big Bang. Lí thuyết này đưa ra dựa trên

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

cơ sở của các thành tựu cả về lí thuyết lẫn thực nghiệm. Vậy thuyết này đã ra đời như
thế nào?
Trước đây vào những năm đầu của thế kỉ XX, người ta vẫn quan niệm vũ trụ là
tĩnh tại và không gian, thời gian là vô hạn. Năm 1915, nhà bác học thiên tài Albert
Einstein đã cơng bố lí thuyết tương đối tổng quát hay còn gọi là thuyết tương đối rộng,
gây nên một chấn động cho giới khoa học. Bởi lí thuyết này cho rằng không thời gian
là đại lượng động lực tức phụ thuộc vật chất đồng thời chi phối vật chất. Điều đó dẫn
tới việc khơng thời gian và do đó vũ trụ có thể có khởi đầu và kết thúc, tức là hồn
tồn khơng tĩnh như người ta vẫn nghĩ. Hơn nữa, nghiệm mà phương trình Einstein mơ

tả vũ trụ là đang dãn ra hoặc co lại. Tuy nhiên, chính Einstein cũng khơng thể tin vào
sự tồn tại một vũ trụ như vậy nên ông đã thêm vào phương trình của mình một hằng
số vũ trụ có tác dụng phản hấp dẫn để phù hợp với vũ trụ tĩnh như quan niệm hiện giờ.
Đến năm 1922, Friedman (1888-1925) – một nhà khoa học nghiên cứu các vấn đề khí
động học phục vụ pháo binh người Nga đã nghiên cứu một cách nghiêm túc thuyết
tương đối rộng mà không sử dụng đến hằng số vũ trụ. Kết quả là ông đã tìm được
nghiệm của phương trình Einstein cho một vũ trụ động gọi là phương trình FriedmannLemaitre-Robertson-Walker. Độc lập tìm ra phương trình này với Friedman là 1 vị
linh mục người Bỉ tên Greorges Lemaitre (1894-1966) đồng thời cũng là một nhà khoa
học lớn. Ơng đã tìm ra phương trình này dựa trên các quan sát về sự lùi xa của các tinh
vân xoáy ốc và đặt giả thuyết rằng vũ trụ bắt đầu từ 1 nguyên tử duy nhất. Giả thuyết
này của Lemaitre có tên là giả thuyết “nguyên tử nguyên thuỷ”. Giả thuyết này đã
được cổ vũ mạnh mẽ bởi các quan sát của nhà thiên văn Edwin Hubble khi Hubble
nhận thấy các thiên hà đang di chuyển ra xa chúng ta theo mọi hướng với vận tốc tỉ lệ
với khoảng cách giữa chúng. Sự dãn nở này gọi là định luật Hubble. Khám phá của
Hubble đã tạo ra một bước ngoặt trong việc nghiên cứu và nhận thức về vũ trụ, khám
phá này chính là cơ sở để hình thành thuyết Big Bang. Tuy nhiên, mãi đến năm 1948
nhà vật lý Mỹ gốc Nga G.Gamow mới tạo ra một bước ngoặt mới cho lí thuyết Big
Bang khi cho rằng vũ trụ đang dãn nở hiện nay là kết quả của sự nổ tung của một khối
vật chất trong một thể tích vơ cùng nhỏ gần như một điểm cách đây 14 tỷ năm. Ơng
cũng dự đốn được sự tồn tại của bức xạ cịn sót lại trong vũ trụ từ sau Vụ nổ đó. Đáng
tiếc điều tiên đốn này lúc bấy giờ khơng được giới khoa học quan tâm.

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

Bức xạ cịn lại này (bức xạ tàn dư), thường gọi là bức xạ phông vi ba vũ trụ, đã
được A.A.Penzias và R.W.Wilson bất ngờ phát hiện vào năm 1965 khi hai ông đang
thử máy thu tín hiệu trên bước sóng 3cm. Đó là một chứng cớ rất rõ ràng về sự đúng
đắn của giả thuyết quả cầu lửa nguyên thuỷ mà Gamow đã đề xuất. Chính phát hiện
này đã đem lại thắng lợi cho thuyết Vụ nổ lớn của Gamow.
Có một điều thú vị là cái tên Big Bang lại do nhà Hoyle đặt ra năm 1950 nhằm
chế giễu lý thuyết. Ông là người đề xuất thuyết vũ trụ dừng năm 1948, theo đó vũ trụ
khơng có khởi đầu và kết thúc. Sau khám phá bức xạ tàn dư, nó đã chết vẻ vang như
hầu hết các lý thuyết khoa học khác.
Mô hình Big Bang đã được hồn thiện dần dần về cả lí thuyết lẫn thực nghiệm
theo sự phát triển của thiên văn học. Ngày nay, mơ hình Big Bang đã được thừa nhận
rộng rãi, nó trở thành mơ hình chuẩn cho vũ trụ.
1.2.2

Lí thuyết BIG BANG
Lí thuyết BIG BANG được đề ra bởi George Gamov vào năm 1948
Ðây là một lí thuyết về một Vũ trụ đặc và nóng,

có điểm khởi đầu. Lí thuyết này cho biết Vũ trụ đã khởi
đầu bằng một vụ nổ lớn (Big Bang) diễn ra cách đây
chừng 15 tỷ năm. Hiện nay khơng có một ngôn ngữ nào
giúp chúng ta diễn tả về thời điểm này vì thứ nhất nói
một cách đơn giản là có ai biết về lúc đó đâu mà nói và
chính xác hơn là nó thuộc phạm vi ngồi những cái ta
biết về khơng gian và thời gian.
Tạm thời ta có thể vẽ lại bức tranh tiến hố của
Vũ trụ như sau:
Hình 1. 2 George Gamov

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 7


GHVD : Th.S Trương Thành

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 1. 3 Vụ nổ Big Bang
+ t = 0 : Vũ trụ ra đời bằng Big Bang, tại điểm này các định luật vật lí đã biết và
thuyết tương đối rộng khơng áp dụng được.
+ t = 10-43s : Thời điểm này gọi là thời điểm Plank, kích thước vũ trụ là 10-35 m,
nhiệt độ là 1032K và khối lượng riêng là 1091kg/cm3, gọi là các trị số Plank. Từ thời
điểm này vũ trụ bắt đầu dãn nở rất nhanh.
+ t = 10-34s : Giai đoạn lạm phát vũ trụ xảy ra. Kích thước vũ trụ tăng nhanh chóng,
tăng thêm 1050 so với thời điểm Planck Nhiệt độ 1027 K.
+ t = 10-6s : Đây là thời điểm các hạt tạo thành vật chất, quark và lepton hình thành
cùng với các phản hạt của chúng, nhiều cặp phản hạt gặp nhau tự hủy giải phóng
năng lượng dưới dạng photon.
+ t = 10-3s : Các lepton chiếm ưu thế trong vũ trụ và ở trạng thái cân bằng với các
photon. Vũ trụ hết sức đậm đặc và các photon không thể vượt qua một lượng lớn
các electron, proton và neutron tràn ngập vũ trụ, thời kì này chấm dứt khi các phản
vật chất bị hủy diệt gần như toàn bộ.
+ t = 1s : Thời kì bức xạ. Vũ trụ tràn ngập bởi các hạt lepton, boson, nuclon và
meson, nhiệt độ vũ trụ giảm còn 1010 K.
+ t = 3 phút : Các neutron và proton khơng cịn đủ năng lượng phá vỡ liên kết giữa
chúng để thoát khỏi hạt nhân nữa. Các hạt nhân H và He hình thành liên tiếp và
chiếm ưu thế trong Vũ trụ.

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 8


GHVD : Th.S Trương Thành

Khóa luận tốt nghiệp

+ t = 300.000 năm : Các electron kết hợp với hạt nhân tạo thành nguyên tử, vật
chất bắt đầu được định hình như ngày nay.

Hình 1. 4 Hình ảnh mơ tả Vũ trụ

+ t = 1 tỷ năm : Các Thiên hà đầu tiên ra đời cùng các ngôi sao.
+ t = 15 tỷ năm : Hiện nay, nhiệt độ T

.

Lí thuyết Big Bang này ngày nay đã được công nhận gần như tuyệt đối do nó có
cơ sở dựa trên lí thuyết tương đối rộng, nguyên lí về “Vũ trụ đồng nhất và đẳng
hƣớng” và sự dời xa của các Thiên hà theo quan sát của Hubble.
Như vậy theo thuyết Big Bang nói trên, tất cả chúng ta (vũ trụ) đã ra đời cách
đây 15 tỷ năm bởi một vụ nổ. Ta khơng thể nói gì về nó vì ngồi phạm vi của Big
Bang thì khơng tồn tại vật chất và bức xạ, do đó khơng tồn tại khái niệm khơng gian và
thời gian, từ duy nhất ta có thể dùng để chỉ nó là “khơng gì cả”. Chúng ta khơng thể có
khái niệm khơng gian và thời gian vào trước khi Big Bang xảy ra. Vì sao lại như vậy?
Như trên đã nói, tồn bộ vật chất (các hạt) chỉ được tạo thành bởi vụ nổ lớn (Big
Bang). Vậy có nghĩa là trước Big Bang khơng hề có sự tồn tại của các hạt mà chúng ta
đã biết. Như vậy là khơng có một sự khác biệt nào để phân biệt hai điểm, tức là không

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

gian khơng 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 khơng có sự biến đổi, sự
chuyển động của các hạt. Vậy ta có thể đi đến kết luận thời gian cũng khơng tồn tại
ngồi phạm vi của Big Bang. Như thế thì chúng ta lại có một lưu ý nhỏ là khơng 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 khơng gian hình học nào đó trong khi ở đây ta khơng có
khơng gian.

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 10


GHVD : Th.S Trương Thành

Khóa luận tốt nghiệp

CHƢƠNG II: CÁC GIẢ THUYẾT VỀ VŨ TRỤ
[4], [5], [7], [8], [10], [12]
2.1 Những ý tƣởng đầu tiên về vũ trụ duy vật – Giả thuyết Aristotle

2.1.1 Khái quát về những ý tƣởng ban đầu
Khoảng thế kỉ VI trước công nguyên, nhiều nhà triết học, toán học (chủ yếu là
Hy Lạp) đã tỏ ra nghi ngờ sự can thiệp của thánh thần vào Trái Đất và vũ trụ. Với mục
đích giải thích sự tồn tại của vũ trụ và phản bác các tư tưởng về thần thánh và chúa
Trời, nhiều ý tưởng được đưa ra.
Thế kỉ VI trước Cơng ngun, Tallette đã tính được rằng chu kì thời tiết là 365
ngày, dự đốn được từng ngày có nhật thực, nguyệt thực. Theo Tallette, mọi thứ trong
tự nhiên đều tạo thành từ nước và sớm muộn cũng lại về là nước.
Cũng thế kỉ thứ VI trước Công Nguyên, một nhà triết học khác là Animandre
(610 - 547 trước CN) đã đưa ra một mô hình vũ trụ đầu tiên trong đó Trái Đất là một
hình trụ ngắn như một cái đĩa ở trung tâm, quay xung quanh là 3 vành bánh xe có các
hành tinh, Mặt Trời và Mặt Trăng.
Những người theo trường phái Pytagor vào khoảng thế kỉ thứ V trước Công
Nguyên cho rằng Trái Đất có dạng cầu quay quanh một ngọn lửa trung tâm cùng với
các thiên thể theo thứ tự từ trong ra ngoài: Đối Trái Đất, Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt
Trời và 5 hành tinh (Mercury, Venus, Mars, Jupiter, Saturn)
Tiếp theo, Aristotle cho rằng thế giới tự nhiên được tạo thành từ 4 yếu tố cơ bản
là: đất, nước, khơng khí và lửa.
Một nhà triết học khác là Democrite đưa ra ý tưởng rằng Trái Đất là trung tâm
của vũ trụ, tuy nhiên ngoài Trái đất, Mặt Trời và Mặt Trăng cịn có vơ số các thiên thể
khác hợp lại thành Ngân Hà. Ơng cũng đã nói rằng mọi dạng vật chất đều chỉ là sự kết
hợp các nguyên tố mà thành.
Thế kỉ III trước Cơng Ngun, có sự xuất hiện của Aristarchus, một nhà thiên
văn Hi Lạp cổ. Ông là người đầu tiên nêu ra thuyết nhật tâm và tính được khoảng cách
từ Trái Đất đến Mặt Trời và Mặt Trăng (chưa chính xác). Tuy nhiên lí thuyết nhật tâm
này không được ai quan tâm mà phải đợi đến gần 2000 năm sau nó mới lại xuất hiện
(Copernic).
SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 11

Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

Khoảng năm 140 trước Công Nguyên đã xuất hiện văn bản đầu tiên có liệt kê
danh sách các ngơi sao. Danh mục này gồm khoảng 850 sao quan sát được ở bầu trời
Bắc. Người lập ra danh mục này là nhà thiên văn Hy Lạp Hipparchus.
2.1.2 Giả thuyết Aristotle
Aristotle (384 – 322 TCN), một học trò của
Plato, và là thầy học của Alecxanđrơ đại đế khi cịn
trẻ. Ơng là một nhà bác học uyên thâm, những
nghiên cứu của ông để lại được coi như bộ bách
khoa toàn thư đầy đủ về mọi tri thức khoa học thời
bấy giờ.
Aristotle là một nhà triết học vĩ đại thời cổ.
Những tư tưởng của ơng có ảnh hưởng sâu sắc đến
nhiều thế hệ. Mặc dù ở thời ông người ta không sử
dụng toán học và tiến hành thí nghiệm nhưng ơng

Hình 2. 1 Aristotle

vẫn được coi là cha đẻ của vật lý học với tác phẩm
“Vật lý học”.
2.1.2.1 Khái quát về giả thuyết
Aristotle chủ trương rằng thế giới do bốn ngun tố tạo thành: đất, nước, khơng
khí và lửa. Bốn ngun tố đó mang tính chất ngun thủy là khơ, ẩm, nóng, lạnh, phân
bố như sau: đất thì khơ và lạnh, nước thì lạnh và ẩm, khơng khí thì ẩm và nóng, lửa thì
nóng và khơ. Bốn tính chất ngun thủy ln ln đấu tranh với nhau, tạo ra sự

chuyển hóa các nguyên tố và mọi biến đổi trong thiên nhiên. Trong nước, nếu nóng
thắng lạnh thì nước biến thành hơi nước (do ngun tố khơng khí tạo thành), nếu khơ
thắng ẩm thì nước biến thành nước đá (do nguyên tố đất tạo thành).
Mỗi nguyên tố đều có vị trí tự nhiên trong vũ trụ. Vị trí tự nhiên của đất là Trái
Đất, trung tâm bất động của vũ trụ. Vị trí tự nhiên của nước là phần khối cầu bao bọc
ngồi địa cầu. Vị trí tự nhiên của khơng khí và lửa là hai phần khối cầu bọc ngoài. Mặt
cầu ngoài cùng là giới hạn vị trí của lửa, có gắn các sao bất động, đó là giới hạn của vũ
trụ. Bên ngồi nó là “động cơ thứ nhất”, không phải là vật chất và không phải là chân
không, điều khiển mọi chuyển động của vật chất. Mỗi nguyên tố khi bị cưỡng bức rời
khỏi vị trí tự nhiên đều có xu hướng trở về vị trí tự nhiên. Đó là ngun nhân gây ra

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

chuyển động tự nhiên. Hòn đá rơi từ trên cao xuống, hay ngọn lửa bốc lên cao là
những chuyển động tự nhiên đưa chúng về vị trí tự nhiên. Một hịn đá bị ném lên cao
nhưng cuối cùng nó cũng tìm về chuyển động tự nhiên để rơi xuống đất. Thế giới từ
Mặt Trăng trở lên là thế giới của Trời, thế giới thiêng liêng. Chuyển động tự nhiên của
các thiên thể ở đây là chuyển động trịn, vì đường trịn là hồn thiện nhất, với tốc độ
không đổi. Thế giới dưới Mặt trăng là thế giới trần tục nên chuyển động là đường
thẳng, một đường khơng hồn thiện.
Mặt trăng nằm trên mặt cầu gần tâm nhất. Vì thế nó thuộc địa hạt Trái Đất,
khiến nó cũng khơng hồn hảo, gây nên các chấm đen và phải trải qua các tuần trăng.
Nó khơng hoàn hảo như những vật

thể khác trên trời, vốn tự toả sáng
bằng ánh sáng của chính mình.
Tất cả các thiên thể đều có
dạng hình cầu. Vũ trụ đã tồn tại và
có thể sẽ tồn tại mãi, vĩnh hằng, bất
biến.
Dựa trên học thuyết của
Aristotle, thuyết địa tâm đưa ra và
được đa số các nhà thiên văn công
nhận. Nội dung của thuyết: Trái Đất
hình cầu đứng yên tại trung tâm vũ
trụ, bao quanh trung tâm Trái Đất có
7 mặt cầu pha lê trong suốt, gắn trên
chúng là Mặt Trời, Mặt Trăng và 5

Hình 2. 2 Mơ hình Aristotle

hành tinh. Các mặt cầu này chuyển động liên tục với một vận tốc không đổi, ngồi
cùng là một mặt cầu đứng n, trên đó có gắn vơ vàn các sao bất động.
Theo Aristotle, nhật động của các thiên thể chỉ là chuyển động biểu kiến và có
thể giải thích theo mơ hình địa tâm hoặc theo quan điểm nhật tâm. Vì Trái Đất đứng
yên và mọi vật đều rơi xuống Trái Đất.

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 13


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

2.1.2.2 Ƣu và nhƣợc điểm của thuyết Aristotle
Thuyết Aristotle nêu lên những ý tưởng ban đầu về bầu trời cũng có Mặt Trời,
Trái Đất và các sao. Đưa ra mơ hình sơ khai về hệ Mặt Trời, mơ hình phù hợp với các
quan sát thông thường.
Đầu tiên, nếu Trái Đất thực sự chuyển động, thì một người trên đó phải quan sát
thấy các ngơi sao cố định dời chỗ vì hiện thượng thị sai. Nói gọn, những hình dạng của
các chịm sao phải thay đổi ở mức quan sát thấy trong năm. Trên thực tế, các ngôi sao
ở quá xa so với Mặt trời và các hành tinh tới mức chuyển động của chúng (thực sự có
tồn tại) khơng thể quan sát thấy cho đến tận thế kỷ XIX. Vì khơng thể quan sát thấy thị
sai nên bất cứ một thuyết nào khác ngồi mơ hình địa tâm đều bị bác bỏ.
Một sự quan sát có nhiều ảnh hưởng khác là Kim Tinh ln có độ sáng ổn định
trong mọi khoảng thời gian “và vì thế nó ln ở cùng một khoảng cách so với Trái
Đất”. Trên thực tế điều đó xảy ra bởi vì phần ánh sáng mất đi trong các tuần của nó bù
trừ cho kích thước biểu kiến thay đổi theo khoảng cách của Kim Tinh với Trái Đất.
Những sự chống đối khác bao gồm ý tưởng do Aristotle đưa ra cho rằng những vật thể
to lớn như Trái Đất theo trạng thái tự nhiên phải đứng yên và cho rằng phải cần có
nhiều lực mới có thể làm chúng chuyển động. Một số người cũng tin rằng nếu Trái đất
quay quanh trục của nó thì khơng khí và các vật thể trên Trái đất (như chim hay mây)
sẽ bị bỏ lại đằng sau.
Một sai lầm lớn của các mô hình Aristotle dựa trên các mặt cầu đồng tâm là họ
khơng thể giải thích được sự thay đổi độ sáng của các hành tinh do sự biến đổi khoảng
cách gây ra.
Sau một thời gian dài nghiên cứu và tranh luận thì giả thuyết này cũng bị bác
bỏ, do các nhà thiên văn đã phát hiện một số mâu thuẫn quan trọng giữa các kết quả
quan sát và lí thuyết của Aristotle. Các hành tinh chuyển động không phải với vận tốc
khơng đổi, mà có lúc nhanh hơn lúc chậm hơn, chuyển động giật lùi, rồi lại tiến lên, vẽ
thành một cái nút thòng lọng trên quỹ đạo (chuyển động thắt nút).

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 14


Khóa luận tốt nghiệp

GHVD : Th.S Trương Thành

Để giải quyết các nhược điểm đó theo
tinh thần Aristotle. Ptolemy (thế kỉ II TCN) đã
có một giải pháp tài tình với một hệ thống các
nội luân và các ngoại luân.
2.2 Giả thuyết Ptolemy
Ptolemy (100 – 170 sau CN), một nhà
toán học và thiên văn học Hy Lạp.
Theo Ptolemy, chỉ có Mặt Trời và Mặt
Trăng được gắn trên các thiên cầu. Các hành
tinh không được gắn trực tiếp trên các thiên cầu.
2.2.1 Đặc điểm của mơ hình địa tâm Ptolemy
Trong hệ Ptolemy, mỗi hành tinh chuyển

Hình 2. 3 Ptolemy

động trên hai hay nhiều mặt cầu: một mặt cầu chính với tâm là Trái Đất, và các mặt
cầu khác được gọi là ngoại luân nằm trên mặt cầu chính. Hành tinh chuyển động trên
các mặt cầu và ngoại ln đó. Mặt cầu chính quay quanh Trái Đất trong khi ngoại
luân quay bên trong mặt cầu chính, khiến hành tinh có thể tiến gần hay rời xa Trái đất
hơn tùy theo các điểm khác nhau trên quỹ đạo của nó, và thậm chí có thể di chuyển
chậm, dừng lại, đi giật lùi (trong chuyển động lùi). Các ngoại luân của Kim Tinh và

Thủy Tinh luôn có tâm trên một đường thẳng nối Trái Đất với Mặt Trời (Thủy Tinh
gần Trái Đất hơn), điều này giải thích tại sao chúng ln gần nhau trên bầu trời.
Bầu trời quay xung quanh Trái Đất với chu kì 24 giờ.
Măt Trời và Mặt Trăng, bên cạnh nhật động còn chuyển động đối với các sao,
theo chiều ngược với chiều nhật động, với chu kì tương ứng là 365 ngày và 27 ngày.
Các hành tinh cũng chuyển động với các sao theo chiều ngược với chiều nhật
động nhưng cũng có những thời kì chúng dịch chuyển theo chiều ngược lại nên chuyển
động của nó có dạng nút so với phơng tạo bởi các ngôi sao cố định.
Hai hành tinh Thủy Tinh và Kim Tinh dao động xung quanh Mặt Trời với biên
độ khơng q 28 độ và 48 độ.
Bằng trí tưởng tượng Ptolemy đã phác thảo ra mơ hình vũ trụ địa tâm:
-

Trái Đất nằm yên ở trung tâm vũ trụ.

SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương

Trang 15