Giải Nobel Vật lý 2006: Vật đen và sự bất đẳng hướng của bức xạ nền vũ trụ
Giải Nobel Vật lý 2006 được trao cho John C. Mather và George F. Smoot vì khám phá của họ về dạng cơ bản của bức xạ nền vi sóng vũ trụ cũng như sự thay đổi nhỏ của nó theo các hướng khác nhau. Những quan sát cực kỳ chi tiết mà hai nhà khoa học này đã thực hiện từ vệ tinh COBE có một vai trò trọng yếu trong việc phát triển vũ trụ học hiện đại trở thành một khoa học chính xác.
Năm 1974, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ, NASA đã khởi động một chương trình mời các nhà thiên văn và vũ trụ học tham gia vào một hệ thống thí nghiệm mới trong không gian. Chương trình COBE (COsmic Background Explorer – Khám phá bức xạ nền Vũ trụ) ra đời. John Mather đã trở thành người dẫn dắt một lực lượng nghiên cứu đông đảo gồm hơn 1000 người (các nhà khoa học, kỹ sư và những nhân viên khác). Mather cũng đảm trách một trong những thiết bị dùng để khảo sát phổ vật đen trong bức xạ nền. George Smoot thì chịu trách nhiệm những thiết bị đo đạc khác, nhằm tìm kiếm những biến đổi nhỏ của bức xạ nền theo những hướng khác nhau.
 |
Ban đầu, NASA dự định phóng vệ tinh COBE bằng tàu con thoi. Tuy nhiên, tai nạn khủng khiếp của tàu Challenger năm 1986 đã khiến các tàu con thoi bị đình chỉ hoạt động trong vài năm. Nhưng sự thương tuyết khéo léo cuối cùng đã giúp Mather và các cộng sự của ông có được tên lửa để phóng vệ tinh COBE vào ngày 18/11/1989.
Những kết quả đầu tiên đã đến chỉ sau 9 phút quan sát: COBE đã ghi nhận được một phổ vật đen hoàn hảo, đó là phổ hoàn hảo nhất mà con người từng đo được.
Sự sinh ra các thiên hà
Những biến đổi rất nhỏ về nhiệt độ của bức xạ nền vi sóng trong những phần khác nhau của vũ trụ mà nhóm của Smoot đo được có thể cung cấp những bằng chứng về quá trình ra đời của thiên hà và các ngôi sao. Những bằng chứng đó cũng có thể dùng để giải thích tại sao vật chất lại tập trung vào những vị trí nhất định trong vũ trụ chứ không trải đều ra mọi nơi. Những biến đổi nhỏ về nhiệt độ cũng có thể chỉ ra được những vị trí mà vật chất bắt đầu tụ lại. Khi quá trình này được bắt đầu, lực hấp dẫn sẽ làm phần việc còn lại: vật chất hút vật chất và các ngôi sao cũng như thiên hà được hình thành. Nếu không có một cơ chế khởi đầu như vậy thì cả Dải Ngân hà, Mặt trời và Trái đất của chúng ta sẽ không tồn tại.
Theo lý thuyết hiện nay, nguồn gốc gây nên sự tập trung vật chất có liên quan đến những thăng giáng cơ học lượng tử trong vũ trụ ở những thời điểm ban đầu của quá trình dãn nở. Người ta có thể khẳng định một cách đơn giản rằng, những biển đổi về nhiệt độ đo được trong vũ trụ hiện nay là kết quả của những thăng giáng lượng tử. Và theo lý thuyết Big Bang, xét cho cùng thì cũng nhờ những thăng giáng lượng tử như vậy mà các ngôi sao, hành tinh và cuối cùng là sự sống có thể phát triển.
Vũ trụ học trở thành một khoa học chính xác
 |
Bằng việc so sánh sự biến đổi nhiệt độ theo các góc khác nhau, các nhà khoa học đã có thể tính toán được mối liên hệ giữa mật độ vật chất khả kiến, vật chất tối và (kết hợp với các phép đo khác) năng lượng tối của vũ trụ. Nhờ những phép đo và phân tích như vậy mà họ đã có thể tính được gián tiếp mật độ của vật chất tối và năng lượng tối. Như vậy, chương trình COBE có thể được coi như một xuất phát điểm để đưa vũ trụ học trở thành một khoa học chính xác.
Các phép đo của COBE và Thiết bị Dò vi sóng Bất đẳng hướng Wilkinson (WMAP) đã tạo cơ sở cho những tính toán về hình dạng của vũ trụ. Theo những kết luận ban đầu, dường như vũ trụ của chúng ta là Euclidian (tính chất phẳng theo hình học Euclide) – đó là thứ hình học mà chúng ta vẫn sử dụng hàng ngày. Đây là một kết quả quan trọng, bởi vì những hình học khác thì không ăn nhập với kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta và chúng ta buộc phải tưởng tượng ra chúng.
Các thí nghiệm COBE cũng đã mở màn cho những lĩnh vực nghiên cứu mới trong cả vũ trụ học và vật lý hạt cơ bản và thậm chí còn đem lại cho chúng ta hiểu biết tốt hơn về những thời điểm trước khi bức xạ nền được phát ra.
N. T. N (theo nobelprize.org)
