TiaSang
Thứ hai, Ngày 11 tháng 12 năm 2017
Khoa học và Công nghệ

Phát hiện sóng hấp dẫn: Chân trời mới cho ngành vật lý thiên văn

19/02/2016 11:02 -

Với vai trò là căn cứ thuyết phục chưa từng có để xác minh tính đúng đắn của Thuyết tương đối rộng và Thuyết lực hấp dẫn của Einstein, cũng như sự tồn tại của hố đen, có thể tin tưởng chắc chắn rằng khám phá về sóng hấp dẫn “sẽ giành giải Nobel”, như khẳng định của Marc Kamionkowski, nhà vật lý lý thuyết tại Johns Hopkins University ở Baltimore, Maryland.

Từ cách đây rất lâu, sâu trong không gian có hai hố đen to lớn – là các trường hấp dẫn siêu mạnh hình thành từ sự lụi tàn và sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ - chậm rãi di chuyển lại gần nhau. Chúng hợp làm một khi đang xoay cuốn quanh nhau với tốc độ một nửa tốc độ ánh sáng. Cú va chạm gửi vào vũ trụ những gợn sóng hấp dẫn. Sau 1,3 tỷ năm di chuyển, cách đây năm tháng chúng mới kịp lan tới Trái đất và được phát hiện bởi các nhà khoa học làm việc cho dự án Đài Quan sát Sóng hấp dẫn bằng Giao thoa kế tia Laser (LIGO). Đó là thời khắc lịch sử, đánh dấu lần đầu tiên con người quan trắc thành công sóng hấp dẫn sau đúng 100 năm kể từ tiên đoán của Einstein, và sau 40 năm triển khai dự án LIGO, với sự tham gia của hàng nghìn người, đồng thời qua đó mở ra một chân trời hoàn toàn mới cho ngành vật lý thiên văn.

Kết quả trên được tuyên bố hôm 11/2 bởi David Reitze, giám đốc LIGO, và được đăng trên tạp chí khoa học Physical Review Letters.Về bản chất, lực hấp dẫn chính là sự uốn cong của không-thời gian, và sóng hấp dẫn là sự lan truyền của những biến dạng không-thời gian này. Đây chính là một phần của Thuyết tương đối rộng mà Albert Einstein đã tìm ra vào năm 1915.

Các kết quả mô phỏng trên máy tính cho biết sóng hấp dẫn lần này đến từ hai vật thể có khối lượng lần lượt gấp 29 và 36 lần Mặt trời, xoáy tròn cách nhau 210 km thì bắt đầu hòa nhập. Chỉ có thể là hố đen, vật thể cấu thành từ năng lượng hấp dẫn thuần nhất với khối lượng đạt được từ công thức nổi tiếng E=mc2 của Einstein mới có thể tích tụ nhiều vật chất trong một không gian nhỏ như vậy, như nhận định của Bruce Allen, một thành viên LIGO tại Viện Max Planck. Vì vậy, có thể nói rằng đây chính là bằng chứng trực tiếp đầu tiên về sự tồn tại của hố đen. Trước đây, một số nhà khoa học vẫn có thể phản bác sự tồn tại của hố đen, nhưng nay thì “không thể”, Allen nói.

Với vai trò là căn cứ thuyết phục chưa từng có để xác minh tính đúng đắn của Thuyết tương đối rộng và Thuyết lực hấp dẫn của Einstein, cũng như sự tồn tại của hố đen, có thể tin tưởng chắc chắn rằng khám phá về sóng hấp dẫn “sẽ giành giải Nobel”, như khẳng định của Marc Kamionkowski, nhà vật lý lý thuyết tại Johns Hopkins University ở Baltimore, Maryland.

Hơn thế nữa, khám phá về sóng hấp dẫn còn mở ra một chân trời mới cho ngành thiên văn học, và được coi là có ý nghĩa tương tự như phát minh kính viễn vọng hoặc phát hiện sóng vô tuyến vũ trụ. Mấy trăm năm nay, mọi phát hiện về thiên văn học đều chủ yếu dựa vào các biện pháp quan trắc thiên văn như đo quang phổ điện từ, sóng vô tuyến, quang học, tia cực đỏ, tia X – tất cả đều là quan trắc vũ trụ dựa vào biện pháp “nhìn”. Giờ đây, phát hiện sóng hấp dẫn sẽ giúp các nhà khoa học quan trắc vũ trụ từ một góc độ hoàn toàn khác – đó là “nghe” vũ trụ. Sóng hấp dẫn sẽ trở thành một cửa sổ mới để kiểm nghiệm thuyết tương đối của Einstein, quan trắc khối lượng của hố đen, đo cự ly vũ trụ. “Đây là lần đầu tiên vũ trụ ‘nói chuyện’ với chúng ta thông qua sóng hấp dẫn. Từ trước tới nay chúng ta vẫn bị đui mù”, Reitze phát biểu.

Chúc mừng thành tựu nói trên của các nhà khoa học LIGO, nhà vật lý học người Anh Stephen Hawking nói: “Sóng hấp dẫn cung cấp một phương thức hoàn toàn mới để quan sát vũ trụ. Sự kiện loài người có được năng lực phát hiện sóng hấp dẫn có thể sẽ tạo ra một cuộc cách mạng trong thiên văn học.”

Thiên văn học sóng hấp dẫn (gravity wave astronomy) được kỳ vọng sẽ trở thành thiên văn học của thế kỷ XXI, làm hé mở những thông tin quan trọng có liên quan tới lực hấp dẫn, hố đen và các vấn đề vật lý cơ bản, giải đáp các vấn đề về sự sống cũng như cái chết của các ngôi sao,… mang lại cho các nhà khoa học chiếc chìa khóa để mở cánh cửa bí ẩn về nguồn gốc và cơ chế vận hành của vũ trụ.

Nguyên Hải, theo các tài liệu trên Internet

Một hành trình kỳ vĩ từ tiên đoán tới thực tiễn

1915 - Albert Einstein công bố Thuyết Tương đối rộng trong đó nhận định lực hấp dẫn là sự vây bọc không – thời gian bằng vật chất hoặc năng lượng
1916 - Einstein tiên đoán rằng các vật thể khi xoay tròn theo những cách nhất định có thể gây ra các gợn sóng không – thời gian, gọi là sóng hấp dẫn
1936 - Einstein tự phủ nhận tiên đoán trước đó của ông và nhận định trong một bản thảo rằng sóng hấp dẫn không tồn tại – nhưng sau đó nhận định này bị người ta chỉ ra là sai lầm
1962 – Các nhà vật lý người Nga M. E. Gertsenshtein và V. I. Pustovoit công bố nghiên cứu của họ với bản phác thảo phương thức quan trắc sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế.
1969 - Physicist Joseph Weber khẳng định có thể quan trắc được sóng hấp dẫn bằng một ống nhôm khổng lồ - nhưng các nỗ lực thử nghiệm theo mô hình này đều thất bại
1972 - Rainer Weiss của Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đề xuất một phương án độc lập khác nhằm quan trắc sóng hấp dẫn
1974 – Các nhà thiên văn khám phá ra sao xung (pulsar) quay quanh một sao neutron dường như bị chậm lại do phát xạ hấp dẫn – công trình này sau đó mang lại cho họ một giải Nobel
1979 – Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) của Mỹ cấp kinh phí cho Học viện Công nghệ California ở Pasadena và MIT xây dựng thiết kế LIGO
1990 - NSF đồng ý tài trợ 250 triệu USD cho thí nghiệm LIGO
1992 – Các địa điểm ở bang Washington và Louisiana được chọn để phục vụ cho dự án LIGO; các công trình được khởi công 2 năm sau
1995 – Khởi công xây dựng cơ sở quan trắc sóng hấp dẫn GEO600 ở Đức, đối tác của LIGO; cơ sở này bắt đầu thu thập dữ liệu từ 2002
1996 – Khởi công xây dựng cơ sở quan trắc sóng hấp dẫn VIRGO ở Italy; từ 2007 bắt đầu thu thập dữ liệu
2002–2010 – Các cuộc vận hành ban đầu của dự án LIGO - chưa tìm thấy sóng hấp dẫn
2007 – Các nhóm nghiên cứu ở LIGO và VIRGO đồng ý chia sẻ dữ liệu, hình thành một mạng lưới toàn cầu duy nhất về quan trắc sóng hấp dẫn
2010–2015 – 205 triệu USD được chi để nâng cấp các thiết bị quan trắc của LIGO
2015 - LIGO sau khi được nâng cấp bắt đầu vận hành từ tháng 9
2016 – Ngày 11 tháng 2, các nhóm của NSF và LIGO công bố đã quan trắc thành công sóng hấp dẫn.

Tags: