100 năm trước, nhật thực đã biến Einstein thành ngôi sao

Trong lịch sử nhân loại, nhật thực chưa bao giờ được xem là điềm tốt. Người ta thường liên tưởng những lần nó xuất hiện tới chiến tranh hoặc sự sụp đổ của một đế quốc. Thế nhưng vào năm 1919, nhật thực đã hé lộ một trong những bí ẩn của vũ trụ.

Một thế kỷ trước, trên hòn đảo nhỏ ngoài khơi Tây Phi, vài nhà thiên văn học do Arthur Eddington dẫn đầu đã hướng kính viễn vọng của họ vào Mặt trời khi nhật thực xuất hiện. Mục tiêu của họ là đo khoảng cách các ngôi sao ở xa trong thời gian nhật thực toàn phần.

Trong quá trình quan sát này, các nhà thiên văn vừa nghiên cứu được ngôi sao của họ, vừa khẳng định thêm một điều: Albert Einstein chính là ngôi sao của nền vật lý học nhân loại.

Nhiều lý thuyết Einstein đưa ra chỉ dựa trên thí nghiệm tưởng tượng trong đầu ông. (Ảnh: Getty Images).

Mọi sự hiểu biết của chúng ta về vật lý và thiên văn học hiện đại, cũng như các công nghệ GPS xác định phương hướng ngày nay, đều có liên quan đến thí nghiệm khoa học mang tính bước ngoặt, chứng minh thuyết tương đối rộng của Einstein 100 năm trước.

Khi đó, các nhà khoa học từ Anh và Đức đang ở trên bàn cược. Họ đặt cược về cách thức vũ trụ hoạt động. Một bên là Einstein sinh ra ở Đức và bên kia là cha đẻ của nền khoa học hiện đại: Nhà bác học người Anh Isaac Newton. Cũng chính khi ấy, Đức và Anh vừa mới kết thúc cuộc chiến đẫm máu nhất mà cả hai bên từng trải qua: Thế chiến thứ nhất.

Mâu thuẫn trọng lực và ánh sáng

Sự bất đồng của các nhà khoa học liên quan đến trọng lực và ánh sáng. Theo quan niệm vật lý của Newton, ánh sáng không có khối lượng và do đó không thể bị ảnh hưởng bởi trọng lực. Vì vậy, nó phải luôn luôn chuyển động theo một đường thẳng.

Thuyết tương đối rộng của Einstein công bố năm 1915 không phản bác với Newton về khối lượng của ánh sáng, mà bổ sung khái niệm rằng lực hấp dẫn có thể làm cong vênh kết cấu của không-thời gian .

Như vậy, tuy ánh sáng không có trọng lực, nhưng không gian mà nó đi qua có thể bị bẻ cong bởi trọng lực. Do đó, nó bị tác động gián tiếp và có quỹ đạo đi không còn là đường thẳng.

Ông đưa ra giả thuyết rằng hiệu ứng này có thể nhìn thấy được quanh vật thể đủ lớn, như Mặt trời, bởi nó sở hữu lực hấp dẫn đủ mạnh để bẻ cong không gian.

Điều này có nghĩa, vị trí các ngôi sao ở xa sẽ bị lệch đi một lượng rất nhỏ khi ánh sáng của chúng đến gần Mặt trời. Tất nhiên, rất khó để nhìn thấy ánh sáng từ bất kỳ ngôi sao nào khi Mặt trời còn phát sáng rực rỡ. Vì vậy, Eddington bắt đầu thử nghiệm lý thuyết của Einstein bằng cách quan sát các ngôi sao trong nhật thực.

Ánh sáng các ngôi sao ở xa xuất hiện mập mờ dưới quầng nhật thực. (Ảnh: Cnet).

Ngày nay, bất cứ người nào nhìn thấy nhật thực toàn phần đều có thể chứng thực rằng trong vài phút tối đen, ánh sáng từ các ngôi sao ở xa (bị mặt trời che khuất), đôi khi xuất hiện trong chốc lát ngay dưới quầng nhật thực khi bóng của mặt trăng làm mờ đi ánh sáng của mặt trời. Điều đó có nghĩa là ánh sáng từ chúng đã bị bẻ cong để đến trái đất.

Vào ngày 29/5/1919, Eddington đã chụp được một vài ngôi sao khi mặt trời tối nhất. Qua tính toán, vị trí những ngôi sao này trên bầu trời cho thấy lý thuyết của Einstein là đúng. Khi kết quả được công bố cuối năm đó, Einstein trở thành ngôi sao tầm cỡ trong giới khoa học và tồn tại cho đến ngày nay.

Ngôi sao sáng giữa nhật thực

"Một thế kỷ trước các nhà thiên văn học đã xác nhận thuyết tương đối tổng quát là đúng. Điều đã thay đổi mãi mãi sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ", Chủ tịch Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia Anh Mike Cruise cho biết.

"Công trình của Einstein và Eddington là ví dụ tuyệt vời về sự hợp tác quốc tế sau chiến tranh thế giới thứ nhất. Đây cũng là minh chứng rõ ràng khoa học có thể vượt qua các rào cản trong thời kỳ hỗn loạn", ông nói thêm.

Nhờ được xác thực bằng thí nghiệm nhật thực năm 1919, thuyết tương đối đã được công nhận là đúng. Các kỹ sư áp dụng khả năng bẻ cong không gian của khối lượng Trái đất để hiệu chỉnh những phương trình, giúp hệ thống định vị toàn cầu chính xác đến từng centimet. Ngày nay, vệ tinh được sử dụng rộng rãi từ dẫn đường cho đến dự báo thời tiết.

Một bản tái tạo nửa tông màu (kỹ thuật chỉ dùng các đốm đen nhưng tạo ra cảm giác có màu xám tồn tại) của một trong những hình ảnh được chụp trong nhật thực. (Ảnh: Royal Astronomical Society).

Trong các thập kỷ tiếp theo, nhiều thí nghiệm khác tiếp tục chứng minh Einstein đúng. Việc phát hiện ra sóng hấp dẫn và hình ảnh trực tiếp đầu tiên gần đây về một lỗ đen đều đóng vai trò là bằng chứng, cho thấy lực hấp dẫn dường như hoạt động đúng như Einstein dự đoán trong toàn vũ trụ.

Trước nhật thực năm 1919, các ý tưởng của Einstein được coi là quá cấp tiến và khó hiểu, chỉ có cách xác minh bằng “tai nghe mắt thấy” mới có thể được chấp nhận rộng rãi. Khi kết quả được công bố, tranh cãi vẫn còn. Nhưng mỗi thập kỷ trôi qua, thuyết tương đối lại được khoa học chứng minh rõ ràng hơn, và nhật thực cũng được nhiều lĩnh vực khoa học quan tâm hơn.

Hiện tượng thiên nhiên kỳ thú này sẽ xảy ra vào ngày 2/7, song chỉ quan sát được ở các nước ở Nam Mỹ và Nam Thái Bình Dương.