Dịch chuyển đỏ và định luật Hubble – đo H₀, tuổi Vũ trụ và bằng chứng Big Bang

Mở rộng chuyên đề Trái Đất và bầu trời của Vật lí 10 (Chương trình GDPT 2018) ra ngoài Hệ Mặt Trời: ánh sáng từ các thiên hà xa cho biết Vũ trụ đang giãn nở. Học sinh đo dịch chuyển đỏ z = Δλ/λ₀ của vạch hấp thụ, tính tốc độ lùi xa v ≈ cz, đo khoảng cách bằng nến chuẩn (siêu tân tinh loại Ia, d = √(L/4πF)) rồi lập định luật Hubble v = H₀d và ước tính tuổi Vũ trụ ≈ 1/H₀. Ở màn Đo dịch chuyển đỏ, chạm chọn một thiên hà, chọn vạch so sánh (ví dụ Hα 656,28 nm), kéo con trỏ vàng tới vạch đã dịch trong phổ thiên hà và chỉnh tinh ở dải phóng to, rồi bấm Ghi kết quả. Sau vài thiên hà, đồ thị v theo d cho đường thẳng qua gốc với độ dốc H₀ khoảng 70 km/s/Mpc, tức 1/H₀ khoảng 14 tỉ năm. Màn Vũ trụ giãn nở cho thấy mọi thiên hà đều lùi xa nhau với v tỉ lệ với d dù đứng ở đâu, và bước sóng bị kéo giãn theo không gian. Màn Bằng chứng Big Bang vẽ phổ vật đen 2,725 K của bức xạ phông vi sóng vũ trụ và tỉ lệ hydrogen – helium; màn Sao đôi quang phổ cho thấy vạch Hα tách ra rồi nhập lại theo hiệu ứng Doppler. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao các điểm đo không nằm đúng trên một đường thẳng, và làm sao giảm ảnh hưởng của sai số? – Nếu H₀ lớn hơn thì tuổi ước tính của Vũ trụ thay đổi thế nào? – Đứng ở thiên hà khác, bạn có thấy mình ở tâm vụ giãn nở không? Vì sao?