Tín hiệu xuất hiện vào ngày 14/9/2015, được đặt tên là GW150914, là kết quả khi hai lỗ đen cách chúng ta 1,4 tỷ năm ánh sáng va chạm với nhau và hợp nhất thành một.
Khám phá này đã gây chấn động cộng đồng khoa học và xác nhận thuyết tương đối rộng của Einstein: thời gian và không gian có thể kéo giãn, nén lại và kéo dài do gia tốc của các vật thể có khối lượng lớn. Đáng chú ý, khám phá này còn chứng minh Einstein đã sai khi tin chắc rằng những gợn sóng này yếu đến nỗi không có thiết bị nào trên Trái đất đủ nhạy để phát hiện ra chúng. Điều này cho thấy LIGO mang tính cách mạng thế nào.
"Giờ đây, chúng ta đang chứng kiến bình minh của một lĩnh vực mới: thiên văn học sóng hấp dẫn" – phát biểu của Nils Martensson, giáo sư vật lý và là Quyền Chủ tịch Ủy ban tuyển chọn Nobel Vật lý, khi công bố giải thưởng. TS. Weiss, từ phòng thí nghiệm LIGO tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), được trao một nửa giải thưởng; TS.Thorne và TS.Barish, tại Caltech, chia đôi nửa còn lại.
Dự án LIGO là ý tưởng được TS. Weiss manh nha hình thành vào cuối những năm 1960, khi đang giảng dạy một khóa học về thuyết tương đối rộng tại MIT.
Nhiều năm trước, nhà vật lý Joseph Weber tuyên bố ông đã tìm ra cách phát hiện sóng hấp dẫn, đo lường cách chúng bị nén lại và kéo giãn dọc theo chiều dài của các ống trụ nhôm lớn. Song, không ai có thể lặp lại các thí nghiệm này.
Sau thất bại đầu tiên khi phát triển một thiết kế mới, TS. Weiss nghĩ ra một cách mà ông cho rằng có thể hiệu quả. Biết rằng sóng sẽ kéo giãn và nén không gian khi chúng truyền qua, ông hình dung một thiết bị có thể đo lường những gián đoạn đó. Nó sẽ phát ra một chùm tia laser, chùm tia này sẽ bị tách làm hai rồi hợp lại. Việc đo lường sự thay đổi trong mẫu giao thoa của các chùm tia hợp nhất sẽ giúp ông phát hiện ra sóng.
Dù ý tưởng nghe hợp lý là vậy, song tính khả thi của nó vấp phải nhiều lời phản đối. Trong bài phát biểu nhận giải Nobel, TS. Weiss nhớ lại phản ứng của mọi người khi ông giải thích thí nghiệm với các nhà tài trợ tiềm năng tại Quỹ Khoa học Quốc gia, "mọi người đều nghĩ chúng tôi bị điên".
May mắn thay, MIT đã trao cho ông đủ kinh phí để tiến hành chế tạo một nguyên mẫu nhỏ vào năm 1972. TS. Thorne, một nhà vật lý lý thuyết ban đầu hoài nghi về khả năng chế tạo máy dò, sau này trở nên nhiệt tình ủng hộ dự án và thuyết phục Caltech "đào" Ron Drever về để giúp thiết kế và dẫn dắt việc phát triển máy dò. Drever là nhà vật lý thực nghiệm người Scotland, ông được các đồng nghiệp mô tả là "thiên tài mày mò".
TS. Drever đã không phụ kỳ vọng của mọi người. Ông phát triển được một phương pháp tinh chỉnh tia laser bằng cách phản xạ chúng khỏi gương. Đây là phương pháp thiết yếu giúp LIGO có thể phát hiện sóng hấp dẫn ở nhiều tần số khác nhau. Ông rời dự án vào năm 1992 và mất năm 2017, trước khi giải Nobel được công bố (giải thưởng này không trao cho người đã mất).
Nhiều thập kỷ trôi qua, dự án ngày càng lớn mạnh và cuối cùng Quỹ Khoa học Quốc gia đã chấp nhận đầu tư. Quỹ này yêu cầu bổ nhiệm TS. Barish làm nhà nghiên cứu chính và rót hơn 1 tỷ USD để phát triển LIGO. Các cơ quan và đại học khác cũng đóng góp nghiên cứu và tài trợ cho dự án.
Hai máy dò – một ở Hanford, Washington, và một ở Livingston, Louisiana – cách nhau hơn 3.000 cây số và thường được gọi là kính thiên văn. Mỗi máy dò có hai đường hầm dài 4 km nằm vuông góc với nhau. Một chùm tia laser được tách ra và gửi xuống mỗi đường hầm. Cuối cùng, chùm tia phản xạ từ gương, quay trở lại điểm xuất phát, kết hợp lại rồi đi vào máy dò.
Thí nghiệm này đã thêm máy dò thứ ba tên là Virgo, nằm gần Pisa, Ý. Tổng cộng, có khoảng 1.500 nhà khoa học từ khoảng 100 tổ chức ở 18 quốc gia đang làm việc cho các dự án LIGO và Virgo. Cho đến nay, họ đã thực hiện được khoảng 100 quan sát về các sự kiện liên thiên hà.
Vào khoảng thời gian bắt đầu thai nghén LIGO, TS. Weiss còn tham gia một dự án quan trọng khác đã củng cố thuyết Vụ Nổ lớn là khởi nguồn của vũ trụ.
Năm 1965, hai nhà khoa học Robert Woodrow Wilson và Arno Penzias tình cờ phát hiện sự tồn tại của bức xạ nền vũ trụ – đây được cho là bằng chứng của Vụ Nổ lớn. Tuy nhiên, vẫn cần những phép đo chính xác về nhiệt độ và phổ nhiệt của bức xạ để xác nhận lý thuyết đó.
 |
Tiến sĩ vật lý Rainer Weiss (1932-2025) đã góp phần tìm ra sóng hấp dẫn, chứng thực thuyết tương đối rộng của Einstein. |
Hợp tác với nghiên cứu sinh Dirk Muehlner, TS. Weiss thiết kế các cảm biến có thể sử dụng trên khinh khí cầu tầmcao để thực hiện các phép đo. Sau khi giám sát 20 chuyến bay khinh khí cầu từ năm 1967-1982, họ xác định được nhiệt độ của bức xạ nền là 2,73 độ Kelvin trên độ không tuyệt đối và chứng minh phổ nhiệt của nó phù hợp với việc nó là tàn dư của Vụ Nổ lớn.
Sau đó, TS. Weiss trở thành người đồng sáng lập và chủ tịch của nhóm các nhà khoa học đứng sau vệ tinh Thám hiểm nền Vũ trụ (COBE) do NASA phóng lên và hoạt động từ năm 1989-1993. COBE đã thực hiện một nghiên cứu chi tiết về bức xạ nền vũ trụ, góp phần nâng cao hiểu biết về nguồn gốc vũ trụ.
Năm 2006, John C. Mather và George F. Smoot, hai nhà khoa học tham gia dự án COBE, đã nhận giải Nobel Vật lý cho công trình của họ. Một số người cho rằng TS. Weiss đáng lẽ cũng được nhận giải thưởng này.
Ngoài giải Nobel, TS. Weiss còn được vinh danh trong suốt sự nghiệp của mình với hàng loạt giải thưởng khác. Bao gồm: Huy chương ADION, Giải thưởng Gruber về Vũ trụ học năm 2006, Giải thưởng Einstein của Hội Vật lý Mỹ năm 2007, Giải thưởng Đột phá Đặc biệt về Vật lý Cơ bản, Giải thưởng Gruber về Vũ trụ học, Giải thưởng Shaw về Thiên văn học, và Giải thưởng Kavli về Vật lý Thiên văn, ba giải thưởng sau ông đã cùng chia sẻ với Drever và Thorne.
Là người có nhiều đóng góp cho ngành vật lý thiên văn, song TS. Weiss vẫn hết sức khiêm nhường và nhấn mạnh những thành tựu lớn cần sự cộng tác của nhiều người. Trong một cuộc họp báo của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) năm 2017, ông phát biểu: "Khám phá này là công trình của rất nhiều người, nhiều người trong số họ có vai trò hết sức quan trọng. Tôi coi việc nhận được [giải thưởng] này như một biểu tượng cho những người khác nhau đã cùng nghiên cứu về vấn đề này. Giải thưởng này và những giải thưởng khác trao cho các nhà khoa học là sự khẳng định của xã hội chúng ta về [tầm quan trọng của] việc thu thập thông tin về thế giới xung quanh từ sự hiểu biết hợp lý dựa trên bằng chứng".
Nguồn:
nytimes.com, space.com
Bài đăng KH&PT số 1361 (số 37/2025)
Anh Thơ tổng hợp