Để hiểu vì sao lỗ đen hút được ánh sáng, ta cần dựa vào thuyết tương đối rộng (1905 là thuyết tương đối hẹp, 1915 Einstein mở rộng sang tương đối rộng).
1. Vì sao lỗ đen hút được ánh sáng?
-
Trong thuyết tương đối rộng, trọng lực không phải là một lực theo nghĩa Newton, mà là sự cong của không-thời gian do vật chất và năng lượng tạo ra.
-
Lỗ đen có khối lượng cực lớn nén trong một vùng không gian rất nhỏ → làm không-thời gian cong mạnh đến mức:
-
Mọi đường đi (geodesic) của ánh sáng đều bị uốn cong trở vào tâm lỗ đen.
-
Khi ánh sáng rơi vào trong “chân trời sự kiện” (event horizon), không còn đường nào thoát ra ngoài.
-
👉 Nói cách khác: ánh sáng không “bị hút” theo kiểu lực kéo, mà đơn giản là trong vùng không-thời gian đó, mọi con đường khả dĩ của ánh sáng đều dẫn vào trong, không có lối ra.
2. Có phải năng lượng của lỗ đen rất lớn?
-
Đúng, nhưng cần hiểu đúng:
-
Lỗ đen có khối lượng tập trung khổng lồ → mật độ vật chất cực cao.
-
Thay vì nghĩ nó "cần năng lượng để hút ánh sáng", phải hiểu rằng khối lượng lớn → không-thời gian cong mạnh → ánh sáng không thoát nổi.
-
-
Công thức mô tả ranh giới này là bán kính Schwarzschild:
rs=2GM/c^2
-
: khối lượng lỗ đen
-
: hằng số hấp dẫn
-
c: tốc độ ánh sáng
-
Nếu một vật thể có bán kính nhỏ hơn rs, nó sẽ trở thành lỗ đen.
Ví dụ:
-
Mặt Trời có khối lượng M⊙. Nếu nén nó vào một quả cầu bán kính ~3 km → nó sẽ trở thành lỗ đen.
-
Trái Đất: nếu nén thành một quả cầu bán kính ~9 mm → cũng thành lỗ đen.
3. Ý nghĩa vật lý
-
Không phải ánh sáng có khối lượng bị hút, mà là đường đi của ánh sáng luôn phải theo cấu trúc không-thời gian.
-
Ở gần lỗ đen, không-thời gian cong đến mức mọi đường đi khả dĩ đều quay vào trong, nên ánh sáng không thoát ra được.
👉 Tóm lại:
-
Lỗ đen không hút ánh sáng bằng “lực”, mà do nó làm không-thời gian cong quá mạnh.
-
Điều này xảy ra khi khối lượng đủ lớn, nén trong thể tích đủ nhỏ.
-
Năng lượng hấp dẫn của nó là cực lớn, nhưng cơ chế gốc là hình học không-thời gian, không phải “lực hút trực tiếp”.
