Chủ đề khiến cộng đồng khoa học trên toàn cầu chia sẻ nhiều nhất trong tuần qua là sự kiện nhóm các nhà khoa học Mỹ thuộc dự án LIGO công bố việc phát hiện sóng hấp dẫn. Đây được xem là một phát hiện lịch sử của nhân loại, mở ra một chương hoàn toàn mới ngành nghiên cứu không gian, chứng minh “lời tiên tri” về sóng hấp dẫn của nhà vật lý đại tài Albert Einstein 100 năm trước là chính xác.
Các chuyên gia kiểm tra một máy dò laser của LIGO tại Livingston
Sóng hấp dẫn là gì?
Ông David Reitze, Giám đốc điều hành của LIGO (Trạm quan sát sóng hấp dẫn bằng tia laser giao thoa), tuyên bố nhóm nghiên cứu của ông đã phát hiện được các sóng hấp dẫn thông qua quan sát gợn không gian - thời gian được tạo ra từ cú va chạm của hai lỗ đen nằm cách Trái đất 1,3 tỷ ánh sáng vào khoảng tháng 9-2015. Hai lỗ đen này có khối lượng lớn gấp 29-36 lần Mặt trời. Hai lỗ đen này xoay quanh nhau ở khoảng cách khoảng 100km. Sau khi xoay quanh và tiến lại gần nhau, sau một rung lắc mạnh trong một tích tắc rất nhanh, hàng tỷ tỷ tấn vật chất được phân phối lại. Trong chưa đầy một giây, một lỗ đen mới được sản sinh. Theo tính toán của các nhà khoa học, trong 1/5 giây cuối cùng của vụ va chạm, lỗ đen mới sản sinh ra khối năng lượng gấp 50 lần tổng năng lượng của toàn bộ phần còn lại của vũ trụ (dưới các dạng ánh sáng, sóng từ trường, X-ray,...).
Ông Reitze khẳng định, đây là thành tựu có thể giúp mở cánh cửa để hiểu rõ hơn về Vụ Nổ Lớn (Big Bang) hình thành vũ trụ. Phát hiện này cũng đồng thời tái khẳng định thuyết vũ trụ được hình thành sau một vụ nổ khổng lồ là đúng sự thật. Nhóm nghiên cứu LIGO dùng hai thiết bị dò laser khổng lồ trong lòng đất (mỗi thiết bị dài 4km) ở Hanford (bang Washington) và Livingston (bang Louisiana) để tìm kiếm sóng hấp dẫn. Hai thiết bị này do các chuyên gia Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Viên Công nghệ California (Caltech) xây dựng. Một thiết bị dò laser thứ ba, có tên Virgo, sẽ bắt đầu hoạt động tại Italia trong năm nay.
Ảnh mô phỏng hai lỗ đen va chạm trong vũ trụ tạo ra những gợn sóng cách đây 1,3 tỷ năm
Vậy sóng hấp dẫn là gì, và tại sao việc đo đạc được nó lại quan trọng như vậy? Ném một hòn đá xuống mặt hồ yên tĩnh sẽ tạo ra các đợt sóng. Tương tự như vậy, trong không gian - thời gian, các va chạm sẽ tạo ra sóng hấp dẫn. Chúng lan truyền đi với tốc độ ánh sáng. Tại mỗi điểm khi sóng hấp dẫn đi qua, không gian - thời gian sẽ co giãn nhịp nhàng theo. Tuy nhiên, giống như sóng nước, sóng hấp dẫn cũng bị yếu dần khi truyền ra xa. Sóng hấp dẫn luôn tồn tại xung quanh chúng ta nhưng nó cực yếu. Ngay cả vật thể lớn như Trái đất khi chuyển động cũng chỉ phát ra sóng yếu tới mức các máy dò hiện nay không thể phát hiện. Chính vì thế mà phải mất hàng thập kỷ qua, cuối cùng các nhà khoa học mới chế tạo được máy móc đủ tinh vi và hiệu quả để đo đạc thành công. Muốn đo những con sóng này rất khó, tuy nhiên, cách đây 1,3 tỷ năm ánh sáng, có hai ngôi sao chết đã gửi những con sóng đó ra vũ trụ và các nhà khoa học đã tìm thấy nó nhờ máy dò LIGO.
Nỗ lực không tưởng
Sóng hấp dẫn là đề tài khiến nhiều nhà khoa học săn lùng trong nhiều thập kỷ qua mà chưa tìm được câu giải đáp. Bởi sóng hấp dẫn là vấn đề cuối cùng của Thuyết tương đối rộng chưa được kiểm chứng. Theo Thuyết tương đối rộng của Einstein, hai lỗ đen xoay quanh nhau sẽ mất dần năng lượng qua sự giải phóng của sóng hấp dẫn, khiến chúng tiến lại gần nhau với tốc độ nhanh dần. Trong một tích tắc rất nhanh, hàng tỷ tỷ tấn vật chất được phân phối lại, và một lỗ đen mới được sản sinh.
Hai thiết bị dò laser của LIGO có khả năng đo được những dao dộng cực nhỏ từ sóng hấp dẫn. Sau khi phát hiện tín hiệu sóng hấp dẫn, các nhà khoa học đã chuyển đổi chúng thành sóng radio. Nhờ đó, họ nghe được tiếng hai lỗ đen va chạm vào nhau và nhập lại làm một. Nhà khoa học MIT David Shoemaker, người đứng đầu dự án LIGO, cho biết sau nhiều tuần lễ thu được tín hiệu sóng hấp dẫn, nhóm nghiên cứu mới đủ tự tin khẳng định đó chính là sóng hấp dẫn. Và họ thực hiện hàng loạt cuộc kiểm tra để xác định khám phá này. Đây là dự án có sự tham gia của khoảng 1.000 nhà khoa học tại 15 quốc gia cùng say mê nghiên cứu về sóng hấp dẫn. Tuy đã dò tìm được sóng hấp dẫn vào năm ngoái nhưng việc công bố phát hiện này đòi hỏi một quá trình tương đối dài để có thể đưa ra một kết luận chính xác nhất.
Phát hiện cũng chính là thành công lớn cho ba nhà vật lý Kip Thorne của Viện Công nghệ California (CalTech, Mỹ), Rainer Weiss của MIT và Ronald Drever từng là giáo sư tại Caltech. Cả ba nhà khoa học đã dành cả sự nghiệp để theo đuổi việc đo một trong những phỏng đoán của Einstein. Từ năm 1992, ba nhà vật lý Kip Thorne và Ronald Drever cùng Rainer Weiss nhận ra rằng công cuộc tìm kiếm sóng hấp dẫn của nhân loại sẽ là một chặng đường dài và sẽ cần một dự án lớn. Họ cùng nhau thành lập nên LIGO. Mặc dù vậy, suốt khoảng thời gian từ khi bắt đầu đi vào hoạt động năm 2002 cho đến năm 2010, hầu như LIGO không đạt được bất kỳ một phát hiện quan trọng nào. Nó được đưa vào giai đoạn nâng cấp sau đó vài năm để tăng độ nhạy của thiết bị lên gấp 4 lần. Việc phát hiện sóng hấp dẫn vào năm 2015 được coi là thành công lớn nhất của dự án này.
Giáo sư Stephen Hawking, một chuyên gia về lỗ đen, khẳng định sóng hấp dẫn đem lại một cách thức hoàn toàn mới để chúng ta nhìn vào vũ trụ. Đây là lần đầu tiên một hệ thống hố đen nhị nguyên được phát hiện và là lần đầu tiên ta quan sát được việc các hố đen nhập vào nhau.Theo giáo sư Hawking, bên cạnh việc thử nghiệm Thuyết tương đối rộng của Einstein, chúng ta có thể hy vọng là sẽ nhìn được các hố đen thông qua lịch sử vũ trụ, thậm chí có thể nhìn thấy được những dấu tích của vũ trụ thời kỳ đầu.
THANH HẰNG (tổng hợp)
