Hành tinh ra đời nhờ Toán học đã bị Einstein 'xoá sổ' thế nào?

Vào thế kỷ 19, các nhà thiên văn đã sử dụng Toán học để tìm ra một hành tinh trong hệ Mặt Trời và đặt tên là Vulcan, nhưng thuyết tương đối rộng của Einstein đã phản bác lại nó.

05/09/2023 07:43

Cách đây nhiều thế kỷ, các nhà khoa học đã nhận thấy quỹ đạo của sao Thiên Vương hơi khác so với dự đoán của lý thuyết về lực hấp dẫn của Newton. Nhà thiên văn người Pháp Urbain Le Verrier tin rằng sự khác biệt này có thể được giải thích bởi một hành tinh khác, và ông đã đưa ra dự đoán về quỹ đạo của hành tinh chưa biết này.

Le Verrier không quá quan tâm đến việc phát hiện hành tinh mới bằng kính thiên văn, vì ông đã tìm ra nó bằng toán học. Nhiệm vụ quan sát được giao cho nhà thiên văn người Đức Johann Gottfried Galle.

Ngày 23 tháng 9 năm 1846, Galle đã nhìn thấy một vật thể ở vị trí mà Le Verrier dự đoán hành tinh mới sẽ hiện diện. Tuy nhiên, vật thể này không phải là hành tinh bí ẩn mà Galle đang tìm kiếm, mà là sao Hải Vương.

Sau đó, Le Verrier được giao nhiệm vụ quan sát một hành tinh khác, sao Thủy. Sao Thủy là một trong những hành tinh khó quan sát nhất trong hệ Mặt Trời, vì nó nằm rất gần Mặt Trời. Le Verrier được giao nhiệm vụ áp dụng lý thuyết vật lý của Newton để lập ra quỹ đạo của sao Thủy.

Tuy nhiên, Le Verrier không thành công. Ông đã cố gắng rất nhiều, nhưng quỹ đạo lệch tâm của sao Thủy khiến ông bối rối. Theo lý thuyết của Newton, các hành tinh chuyển động theo quỹ đạo elip quanh Mặt Trời, nhưng quan sát cho thấy quỹ đạo sao Thủy dao động nhiều hơn mức ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ những hành tinh đã biết.

Giống như với sao Thiên Vương, Le Verrier tin rằng nguyên nhân là một hành tinh khác đang thay đổi đường đi của sao Thủy. Ông đặt tên cho hành tinh bí ẩn này là Vulcan theo tên thần lửa La Mã.

Không lâu sau, các nhà thiên văn bắt đầu báo cáo những quan sát về Vulcan. Dựa trên những quan sát này, Le Verrier tính toán quỹ đạo của hành tinh mới. Ông tin rằng nó sẽ thực hiện việc quá cảnh (hành tinh đi qua giữa sao chủ và người quan sát) 2-4 lần mỗi năm.

Le Verrier đã tinh chỉnh tính toán của mình dựa trên những quan sát khác, nhưng Vulcan chưa từng được quan sát một cách xác thực. Nhiều quan sát về hành tinh này có thể lý giải bằng vết đen Mặt Trời, các hành tinh đã biết và các ngôi sao gần đó.

Dù vậy, Vulcan vẫn tồn tại trong 70 năm. Năm 1879, giới truyền thông thậm chí đưa tin Vulcan sẽ quá cảnh qua phía trước Mặt Trời dựa trên tính toán của nhà thiên văn Theodor von Oppolzer. Tuy nhiên, không ai thấy hành tinh này. Mọi người đã tìm kiếm nó trong hầu hết các lần nhật thực vào khoảng thời gian trên, nhưng đều không quan sát được.

Cuối cùng, hành tinh sinh ra từ toán học của Le Verrier đã bị 'xóa sổ' bởi một lý thuyết vật lý mới: Thuyết tương đối rộng. Lý thuyết của Einstein có thể dự đoán đường đi của sao Thủy mà không cần thêm bất kỳ hành tinh nào khác tác động.

Thuyết tương đối rộng cho rằng, lực hấp dẫn là kết quả của độ cong không - thời gian do các vật thể khối lượng lớn gây ra. Các vật ở gần vật thể khối lượng lớn sẽ chịu ảnh hưởng nhiều hơn. Do đó, lý thuyết này có thể giải thích sự dao động của quỹ đạo sao Thủy, hành tinh gần Mặt Trời nhất.

Như vậy, lý thuyết của Einstein có thể giải thích cả quỹ đạo của sao Thủy, Trái Đất, sao Hỏa, sao Mộc và nhiều hành tinh mà không cần viện đến hành tinh khác. Sự ra đời của lý thuyết mới cũng khiến Vulcan trở thành dĩ vãng.