Mời bạn xem video do NASA làm để thấy tốc độ ánh sáng chậm chạp đến thế nào

Nghe tới tốc độ ánh sáng là đã thấy kinh! Nhưng trong Vũ trụ vô tận (đúng nghĩa đen luôn), thì tốc độ ánh sáng vẫn còn quá chậm.

Tốc độ ánh sáng luôn là khái niệm gì đó rất nhanh, nhưng cứ đưa nó vào một khoảng cách dài tương đối mà xem, ta sẽ thấy ngay ánh sáng có thể chậm chạp tới mức nào. Đó chính là những gì các nhà khoa học tại NASA thực hiện để giáo dục cho công chúng biết rõ tốc độ ánh sáng.

Hãy sử dụng các con số trước: trong môi trường chân không của Vũ trụ, hạt photon di chuyển được 299.792 km/s, tức là khoảng 1.079 tỷ km/giờ. Tốc độ quá nhanh, tuy nhiên không nhanh đến thế khi tính tới khoảng cách giữa hai hành tinh.

Để thể hiện rõ tốc độ ánh sáng trong Vũ trụ, theo cách mà con nít cũng hiểu được, nhà khoa học hành tinh James O’Donoghue đang công tác tại Trung tâm Du hành Vũ trụ Goddard nhận trách nhiệm làm video.

“Tôi làm những video này để có thể ngay lập tức thể hiện những quan điểm tôi muốn nêu”, O’Donoghue nói với Business Insider về dự án trực quan của mình. “Khi tôi xem lại bài trước mỗi kỳ kiểm tra, tôi thường ngồi vẽ lại những khái niệm phức tạp để thực sự hiểu rõ vấn đề, đó chính là những gì tôi cố làm với những video này”.

Nhìn cách thể hiện video chuyên nghiệp, bạn sẽ nghĩ O’Donoghue đã làm ngành này lâu năm nhưng thực tế không phải vậy: anh thổ lộ rằng mình mới chỉ học làm video thôi, với video đầu tay được NASA đăng tải cuối năm ngoái.

Sau thành công đầu tay, O’Donoghue chuyển sang những khái niệm phức tạp hơn, và những triệu view đầu tay chứng minh cho khả năng của anh. Dự án mời, mô tả tốc độ ánh sáng này sẽ là cách học vật lý Vũ trụ trực quan, cho thấy ánh sáng có thể nhanh (hoặc chậm vô cùng) đến mức nào.

Tốc độ ánh sáng di chuyển quanh Trái đất

Đường kính Trái Đất khoảng 12.742km. Giả sử khí quyển không tồn tại (vì các thứ hạt linh tinh có làm chậm tốc độ của hạt photon đôi chút), thì mỗi giây, một hạt photon có thể chạy quanh Trái Đất 7,5 vòng.

Tốc độ ánh sáng di chuyển giữa Trái đất và Mặt trăng

Giữa Hành tinh Xanh và vệ tinh nhân tạo của nó, khoảng cách là 384.400 km, tốc độ ánh sáng giữa hai bề mặt sẽ là 1,255 giây.

Tuy nhiên, thời gian này sẽ tăng theo thời gian, khi mà Mặt Trăng đang ngày một xa chúng ta, với tốc độ “chia tay” khoảng 3,8 centimet mỗi năm.

Tốc độ ánh sáng di chuyển giữa Trái đất và sao Hỏa

Bạn hãy tưởng tượng cảnh mình đang chơi một game bất kỳ, và mỗi nút ấn đều bị delay khoảng 3 phút 2 giây. Đó chính là khó khăn các nhà khoa học hành tinh vẫn gặp phải.

Khoảng cách giữa Trái Đất và Sao hỏa là 54,6 triệu km, với tốc độ siêu việt của mình, hạt photon vẫn phải mất 3 phút 2 giây để đi được hết quãng đường xa. Cả khi các nhà khoa học điều khiển robot thăm dò hay tải về dữ liệu từ Sao Hỏa, tốc độ cao nhất tín hiệu có thể đi vẫn chỉ là tốc độ ánh sáng, vậy nên mọi hành động đều phải được tính toán kỹ lưỡng trước khi tín hiệu rời đi.

Thế nhưng video trên chỉ cho thấy tốc độ ánh sáng di chuyển giữa hai nơi khi sao Hỏa gần Trái Đất nhất! Trung bình, khoảng cách giữa Trái Đất và Sao Hỏa là 254.276.352 km, ánh sáng mất tới 28 phút 12 giây để đi xong quãng đường.

Hiển nhiên, khoảng cách càng xa thì thời gian di chuyển sẽ càng lâu, kể cả với tốc độ ánh sáng

Những tàu khám phá vũ trụ nay đã đi quá xa nhà như New Horizons, Voyager 1 và 2 sẽ cho ta thấy tốc độ ánh sáng có thể chậm như thế nào. Tại Hệ sao Proxima Centauri, có hành tinh Proxima b, hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời giống Trái Đất nhất và cũng gần Trái Đất nhất, cách ta chỉ 4,2 năm ánh sáng.

Tức là với vận tốc kinh hoàng của photon, vẫn phải mất 4,2 năm để tới được hành tinh xa xôi. Ta đang phát triển những dự án đưa tàu thăm dò bay với tốc độ 20% tốc độ ánh sáng để chinh phục được quãng đường dài.

Đó là Breakthrough Starshot, sáng kiến thứ ba thuộc serie Breakthrough – chương trình khoa học hậu thuẫn quá trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, do tỉ phú người Nga Yuri Mulner lập ra. Chương trình được những cái tên sáng giá trong làng khoa học thế giới như Stephen Hawking, Martin Rees hay Frank Drake ủng hộ.

Cánh buồm vũ trụ.

Lần đầu tiên được công bố vào tháng Tư năm 2016, Starshot là chương trình trị giá hơn 100 triệu USD để phát triển buồm ánh sáng, một công nghệ viễn tưởng sử dụng tia laser cực mạnh để bắn vào một "cánh buồm" tiếp nhận ánh sáng - như cách thuyền buồm nhận gió, tiếp năng lượng cho nó để bay xuyên vũ trụ. Điểm đến của dự án Breakthrough Starshot là Alpha Centauri; dự kiến với tốc độ 20% tốc độ ánh sáng, nó sẽ mất 20 năm để tới nơi và 4 năm để truyền tin về Trái Đất, báo cáo nó đã hoàn thành sứ mệnh.

Thế nhưng đây mới chỉ là giả thuyết. Ta chưa khẳng định được Breakthrough Starshot sẽ thành công, cũng chưa chắc công nghệ đằng sau nó hoạt động được. Cho tới giờ, ta vẫn chưa chạm tới được du hành bằng vận tốc ánh sáng, hay một phần vận tốc ánh sáng.

Nhưng điều đó sẽ không ngăn được bước tiến loài người! Thời đại Không gian mới chỉ bắt đầu 62 năm trước bằng vệ tinh nhân tạo Sputnik; chỉ hai năm sau mốc đó, vào ngày 13 tháng Chín năm 1959, ta đặt chân lên Mặt Trăng.

Không thể nói trước được tương lai công nghệ du hành Vũ trụ sẽ tiến xa tới đâu, ta cứ hy vọng vào điều tốt đẹp nhất thôi!