Tư liệu vật lí tham khảo phần Quang học

Trình bày: NGUYEN QUANG SANG
Nhóm : Vật Lý
1.Lịch sử ngành thiên văn.
2. Chúng ta đang ở đâu trong vũ trụ?
5. Tương lai của vũ trụ.
3. Lịch sử ngành vũ trụ - Thuyết BigBang.
4. Sự sống và cái chết của một ngôi sao.
Lịch sử ngành thiên văn
Praton (Tk 4 TCN): Trái Ðất ở trung tâm và những hành tinh quay chung quanh theo đường tròn.
ARISTOTE (khoảng -384/-322). Vũ trụ hình cầu và Trái Đất nằm ở trung tâm vũ trụ. Các hành tinh ở trong một nơi gọi là Ether, và không có chân không.
ARISTARQUE DE SAMOS (khoảng -310/-320). Mặt Trời và các ngôi sao đứng yên và Trái Đất quay vòng tròn xung quanh Mặt Trời.
CLAUDE PTOLEMEE (90/168 sau CN). Có các khối cầu quay quanh Trái Đất, nhưng các hành tinh thì ở trên những vòng nhỏ . Bầu trời hoàn hảo nên chỉ có những chuyển động theo đường tròn.
Thuyết địa tâm.
Hồng Y NICOLO CUSANO và Giám mục NICOLAS D`ORESME: Nghi ngờ tư tưởng của Ptolémée
NICOLAS COPERNIC (1473-1543). Cho rằng Mặt Trời ở trung tâm vũ trụ. Tác phẩm “De Revolutionibus Orbium Coelestium" (1543).
GIORDANO BRUNO (1548-1600).
TYCHO BRAHE (1546-1601): Mặt Trời quay quanh Trái Đất các hành tinh khác lại quay quanh Mặt Trời. In một quyển viết về 777 ngôi sao.
Lịch sử ngành thiên văn
Thuyết nhật tâm.
KEPLER (1571-1630). Ba định luật 1, 2 và 3.
GALILEO GALILEI (1564 - 1642). Chế tạo kính thiên văn đầu tiên (1610) hướng lên bầu trời.
SACC NEWTOW (1643 - 1727). Định luật vạn vật hấp dẫn và ba định luật động học.
Chúng ta đang ở đâu trong vũ trụ?
Mặt trời và những hành tinh cùng với các vệ tinh của chúng:
1/ Mercure/Sao Thủy/.
2/ Venus/Sao Kim/.
3/ Quả đất với vệ tinh là mặt trăng (mon)
4/ Mars/Sao Hỏa/với các vệ tinh là: Phobos & Deimos.
5/ Ceres: Một tiểu hành tinh (asteroid) tìm thấy năm 1801.
Các tiểu hành tinh quay quanh mặt trời có quỹ đạo nằm giữa các quỹ đạo của Mars và Jupiter.
6/ Jupiter/ Sao Mộc/với các vệ tinh là Io, Europe.
7 / Saturne / Sao Thổ/với các vệ tinh là Titan, Encelade.
8 / Uranus/Sao Uranus/ Sao Thiên vương.
9 / Neptune/ Sao Hải vương/
# Vành Kuiper là một vùng trong Thái dương hệ trải rộng sau quỹ đạo của Neptune, các thành viên trong vành này được gọi là siêu-Neptune.
10 / Pluton/ Sao Diêm vương/với vệ tinh là Charon.
Theo quyết định gây tranh cãi của IAU(International Astronomical Union-Hội đồng Thiên văn quốc tế), Pluton không còn là hành tinh.
- 11 / 2003 UB313 (tức Xena hay còn gọi là Eris) phát hiện ngày 29 tháng 7 năm 2005.
12/ Các sao chổi.
# Mây Oort ( theo tên của nhà thiên văn Đức Jan Oort) là một đám mây hình cầu, cái nôi của nhiều sao chổi.
12 chòm sao hoàng đạo
1. Capricornus Con hươu.
2. Aquarius Bảo bình
3. Prices Song ngư
4. Aries Bach dương
5. Taurus Kim ngưu
6. Gemini Song tử
7. Cancer Cự giải
8. Leo Su tử
9. Virgo Trinh nữ
10. Libra Cái cân
11. Scorpius Thiên hạt
12. Sagittarius Nhân mã.
- Trái đất đưa chúng ta chuyển động ngang qua không gian trên hành trình quay hàng năm xung quanh Mặt trời của nó với vận tốc 30km/s.
- Mặt trời lại kéo Trái Đất cùng quay theo một vòng tròn xung quanh Ngân Hà với vận tốc 230km/s. Ngân Hà cũng lại quay xung quanh thiên hà Andromede - thiên hà sinh đôi với nó - với vận tốc 90km/s.
- Cụm thiên hà địa phương (trong đó có thiên hà Andromede và Ngân Hà của chúng ta) lại quay với vận tốc 600km/s quanh đám thiên hà Vierge và siêu đám thiên hà Hydre và Centaure. Và vũ điệu ấy cứ tiếp diễn mãi...
- Rồi chính bản thân đám thiên hà Vierge và siêu đám thiên hà Hydre và Centaure lại quay quanh một tập hợp lớn hơn nữa các thiên hà mà do thiếu thông tin các nhà thiên văn gọi tập hợp đó là “Nhân Hút lớn”
Chúng ta đang ở đâu trong vũ trụ?
Lịch sử ngành vũ trụ - Thuyết BigBang.
- Vũ trụ được bắt đầu từ một điểm kỳ dị có mật độ vật chất và nhiệt độ lớn vô hạn tại một thời điểm hữu hạn trong quá khứ. Từ đó, không gian đã mở rộng cùng với thời gian và làm cho các thiên hà di chuyển xa nhau hơn tạo ra một vũ trụ giãn nở như chúng ta thấy ngày nay.
- Về thực nghiệm: Năm 1910, nhà khoa học Vesto Slipher và sau này là Carl Wilhelm Wirtz đã xác định rằng hầu hết các tinh vân hình xoáy ốc đang rời xa Trái Đất, nhưng họ không nhận ra ý nghĩa của việc này, họ cũng không nhận ra được là các tinh vân đó là các thiên hà ở ngoài Ngân Hà của chúng ra.
- Những năm 1910, lý thuyết tương đối rộng của Albert Einstein thừa nhận một vũ trụ không tĩnh tại. Ông bổ sung một hằng số vũ trụ, có tác dụng như một lực hút để có thể mô tả một vũ trụ tĩnh tại.
- Alexander Friedmann đưa ra các phương trình mô tả cho vũ trụ Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker.(F – L – R - W)
- Năm 1927, một thầy tu dòng tên người Bỉ là Georges Lemaître cũng đưa ra các phương trình Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker một cách độc lập dựa trên các quan sát về sự lùi xa của các tinh vân hình xoáy ốc, và giả thiết rằng vũ trụ bắt đầu từ một "vụ nổ" của một "nguyên tử nguyên thủy" mà sau này gọi là "Vụ Nổ Lớn".
- Năm 1929, Edwin Hubble: Dựa trên sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà Khẳng định “Vũ trụ đang giãn nở!” Các thiên hà đang rời ra xa chúng ta theo tất cả các hướng với vận tốc tỷ lệ với khoảng cách giữa chúng (định luật Hubble ).
- 1946 George Gamow dự đoán nhiệt độ mà bức xạ hóa thạch (còn gọi là bức xạ nền - ND) đó hiện phải có cỡ 5K
- Năm 1965 Arno Penzias và Robert Wilson phát hiện ra bức xạ nền của Vũ trụ nhiệt độ là 3K.
- Có ba bằng chứng chủ yếu ủng hộ lý thuyết vụ nổ lớn về nguồn gốc vũ trụ. Đó là định luật Hubble cho thấy sự giãn nở của vũ trụ dựa trên sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà; việc tìm ra bức xạ phông vi sóng vũ trụ; và sự thống trị của các nguyên tố nhẹ.
- Rất nhiều các công trình hiện nay về vũ trụ học bao gồm việc nghiên cứu sự hình thành của các thiên hà trong bối cảnh sau Vụ nổ lớn, tìm hiểu cái gì đã xảy ra tại Vụ nổ lớn và so sánh các kết quả thực nghiệm với lý thuyết. Một mô hình chuẩn về quá trình hình thành vũ trụ được chấp nhận.
- Năm 1989, một vệ tinh có tên là COBE (Cosmic Background Explore) Bức xạ hóa thạch không hoàn toàn đồng nhất, mà lại có những thăng giáng nhỏ về nhiệt độ  là những hạt giống thiên hà.
Lịch sử ngành vũ trụ - Thuyết BigBang.
Đời sống và cái chết của một ngôi sao.
- Khi hết nhiên liệu, nó tắt một cách thanh thản, ngôi sao chuyển từ kích thước của các sao khổng lồ đỏ (bk 50 triệu km ) đến kích thước của trái Đất (bk 6000 km). Ngôi sao trở thành sao lùn. Nhiệt độ ở bề mặt của nó cấp 6000°. Nhiệt được bức xạ ra không gian. Màu trắng của bức xạ giống bức xạ Mặt trời nên nó có tên là sao "sao lùn trắng". Mật độ của nó rất lớn: 1cm3 sao sao lùn trắng nặng 1 tấn. Electron không thể bị nén lại với nhau được, chúng loại trừ nhau theo "Nguyên lý ngoại trừ" của Pauli.
 - Trong lúc sụp đổ, ngôi sao nén các electron mà nó chứa trong một thể tích càng ngày càng nhỏ. Càng bị nén chặt, các electron càng chống cự và tìm cách trốn thoát. Sự kháng cự này tạo nên một áp lực chống lại trọng lực, làm cho sao lùn không sụp đổ. Sự đẩy lẫn nhau giữa các electron này không phải là do lực điện từ đẩy các điện tích cùng dấu mà là một trong những biểu lộ của Cơ học lượng tử.
- Sao lùn trắng sẽ mất hàng tỉ năm sức mới hết nhiệt. Lúc cuối khi trở thành "sao lùn đen" vô hình, nó sẽ nhập vô hàng ngũ của vô số xác sao chết đang rải rác trong sự bao la của các thiên hà. Các Tinh vân hành tinh của nó sẽ phân tán trong không gian vừa gieo trong đó những nguyên tố nặng đã được chế tạo trong những lò luyện của sao.
Ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 1,4 lần khối lượng Mặt trời.
Ngôi sao như Mặt trời sau từng chặng 100 triệu năm:
Ra đời từ sự sụp đổ của đám mây liên sao, ngôi sao đốt hydrogen trong suốt 9 tỉ năm, rồi biến thành khổng lồ đỏ đốt helium trong suốt 2 tỉ năm trước khi sụp đổ để trở thành sao lùn trắng. Vào cuối đời của nó, nó thành sao lùn đen, xác sao lạc trong bóng tối mênh mông của vũ trụ
Tinh vân hành tinh.
Hình này là tinh vân hành tinh Lyre. Đó là lớp vỏ bị đẩy bật ra bởi một sao đang hấp hối có khối lượng 1,4 khối lượng Mặt trời Sao này vì cạn nhiên liệu, sụp đổ để thành sao lùn trắng (điểm sáng ở trung tâm của tinh vân). Chính bức xạ của sao lùn trắng chiếu sáng tinh vân hành tinh (ảnh, Hale Observatoires)
Tinh vân hành tinh IC 418.
Sao ở giữa biến thành tinh vân hành tinh cách đây vài ngàn năm ánh sáng. Đường kính của tinh vân hiện nay lên tới 0,2 năm ánh sáng. Hình của NASA/STScI
- Sự sụp đổ xảy ra quá nhanh (chỉ một phân số của giây) đến nỗi các electrons di chuyển nhanh hơn, không có thời gian để tổ chức sự kháng cự chống lại trọng lực. Giới hạn 6000 km của bán kính sao lùn được vượt qua một cách nhanh nhẹn. Bán kính của lõi sao thu lại chỉ còn 10 km. Mật độ cuối cùng cực kỳ lớn, có thể đạt tới 1 tỷ tấn cho 1cm3.
- Các nhân cũng không thể kháng cự lại sự nén này và bị bể thành proton và neutron. Các electron bị ép gần quá sức vào các proton đến nỗi chúng buộc phải kết hợp với proton để sanh ra neutron và neutrino.
Tâm của sao trở thành một "nhân" neutron khổng lồ.
- Chúng chỉ sống được 15 phút ở trạng thái tự do, mất đi ý định chết khi bị cầm tù. Bây giờ, chính chúng chống lại trọng lực và làm cho sao neutron không sụp đổ nữa. Như trong trường hợp các electron, có nguyên lý loại trừ cho các neutron và chúng không thể ép sát với nhau quá. Sự nổ đạt một độ sáng bằng 100 triệu Mặt trời. Một điểm sáng xuất hiện trong bầu trời, sáng gần như nguyên cả một thiên hà. Đó là sao siêu mới. Sự ngưng sụp đổ đột ngột của tâm sao gây bởi sự kháng cự các neutron là nguồn gốc của sự nổ khủng khiếp này. Một sóng xung kích được tạo ra, truyền tới bề mặt và đẩy những lớp bên trên của ngôi sao, gây ra sự nổ.
Ngôi sao có khối lượng nằm giữa 1,4 và 5 lần khối lượng Mặt trời.
- Phần còn lại của vụ nổ sao, sáng một cách yếu ớt và có dạng giống như một con cua nên từ đó nó có tên “Tinh vân Cua“.
Tinh vân Cua.
- Hình chụp những gì còn lại của ngôi sao đã nổ trong Giải Ngân hà ngày 04/07/1054. Trung tâm ngôi sao sụp đổ thành sao neutron có bán kính 10 km, ở gần tâm của tinh vân. Sao neutron này gởi cho chúng ta các tín hiệu vô tuyến một cách định kỳ và được biết dưới tên pulsar (xem thêm hình 4). Lớp vỏ bị xé rách của sao tiếp tụ giãn nở, bị năng lượng của sự nổ đầu đẩy ra, hiện nay trải rộng ra hàng trăm tỉ cây số. Nhờ vậy nó gieo rắc vô môi trường liên sao những nguyên tố nặng đã chế ra trong đời sống của sao và trong khi nổ
- Ngôi sao neutron bên trong lòng nó (khám phá 1967) thể hiện dưới dạng một ngôi sao sáng rồi tắt 30 lần trong 1 giây, do đó nó còn có tên là pulsar. Ánh sáng (mà nhiều nhất là loại radio, vô tuyến) ló ra thành hai chùm tia giống như chùm tia sáng phát ra từ đèn pha. Hơn nữa, sao neutron tự quay quanh nó rất nhanh, do đó tạo cảm giác là nó sáng rồi tắt mỗi khi chùm tia sáng của nó quét đến trái đất
- Nguồn năng lượng dự trữ của nó được tích trữ trong quá trình sụp đổ rồi sẽ cạn dần. Nó quay càng ngày càng chậm và cuối cùng sẽ không còn bức xạ nữa. Được bao bọc bởi sự im lặng của những cái chết, xác sao chết này không thể được thấy cũng như nghe nữa. Trong giải Ngân Hà, cứ một ngàn ngôi sao là có một ngôi sao kết thúc cuộc đời mình thành một pulsar.
Sao có khối lượng lớn hơn khoảng 5 lần khối lượng của Mặt trời
- Khối lượng rất lớn gây sự sụp đổ vô cùng dữ dội. Lần này, không chỉ những electron mà ngay cả những neutron cũng bị bất ngờ. Chúng không có thời gian để tổ chức kháng cự lại trọng lực. Trọng lực này không thể dừng lại được nữa. Nó ép vật chất ở tâm ngôi sao vào một thể tích nhỏ đến mức trọng trường sinh tra trở nên vô cùng lớn. Tâm của sao trở thành một lỗ đen.
- Sự ra đời của một lỗ đen cũng được chào mừng bằng sự bùng nổ supernovae. Lần này, ngôi sao chết cũng chẳng còn để lại xác chết có thể nhìn thấy được. Nó chỉ thể hiện sự có mặt bằng những hiệu ứng trọng lực mà nó tác dụng lên các vất chất đi qua gần nó: Làm chậm thời gian, làm cong không gian. Đối với người quan sát trên trái đất, lỗ đen rất khó dò ra. Trừ khi, như chúng ta đã biết, nếu nó cặp đôi với một ngôi sao khác đang còn sống. Lỗ đen lúc đó sẽ cuốn hút khí quyển của ngôi sao thấy được về phía nó. Các nguyên tử khí trong khí quyển này phát ra tia X trong lúc rơi vào lỗ đen và sẽ tiết lộ sự hiện diện của nó. Người ta nghĩ rằng có tồn tại một lỗ đen theo hướng chòm sao Cygne, chỗ có một nguồn tia X rất sáng. Trong giải Ngân Hà, các lỗ đen có các sao sao lùn và pulsar ít hơn rất nhiều: các sao nặng là thiểu số trong dân số của thiên hà.
- Lỗ đen quay theo quỹ đạo quanh sao siêu lớn, lôi cuốn bằng lực hấp dẫn lớp vỏ bao của sao này. Vật chất sao này khi rơi vô lỗ đen và đồng thời tạo thành đĩa khí xung quanh nó, nóng lên và phát ra tia X, tiết lộ cho ta biết sự có mặt của lỗ den
1: Lớp vỏ bao của ngôi sao nhìn thấy được.
2: Vật chất của sao rơi vô lỗ đen;
3 Lỗ đen;
4: đĩa quanh lỗ đen phát ra ánh sáng X;
5: chuyển động quỹ đạo
Tương lai của vũ trụ
Tương lai của vũ trụ
Tương lai của vũ trụ
Tương lai của vũ trụ