LIGO Detects Gravitational Waves (MIT) bởi ducpm77
Sóng Hấp Dẫn là gì?
Theo thuyết tương đối tổng quát, hấp dẫn (gravity) không phải là lực kéo hút nhau giữa các vật thể, mà là hiện tượng không-thời gian bị biến dạng, khiến các vật thể như hành tinh, vệ tinh vv. chuyển động theo hướng hay quỹ đạo mà chúng ta quan sát được. Như vậy, không gian không phải là một cái gì hoàn toàn trống trơn, không có đặc tính gì khác ngoài nhiệt độ thật thấp ra, mà nó có thể co giãn nữa. Thuyết này còn tiên đoán là nếu không gian bị chấn động hay vặn vẹo bởi những vật thể thật nặng, nó có thể phát sinh ra những sóng hấp dẫn; các sóng này, trong lúc lan truyền đi, làm bầu không gian co giãn một cách nhịp nhàng (nếu chiều dọc co lại thì chiều ngang giãn ra).
Tuy nhiên, Einstein đã không tin là kỹ thuật vào lúc ấy, hay là trong tương lai, có thể phát hiện được sóng hấp dẫn, vì nó rất yếu. Dĩ nhiên, nếu vật thể gây chấn động trong không gian mà càng nặng thì tín hiệu sóng càng mạnh, chẳng hạn như trong trường hợp của các hố đen (black hole). Tuy vậy, Einstein cũng không tin là hố đen - một tiên đoán khác của thuyết TĐTQ - có thật.
Nhưng ngày nay chúng ta đã có cơ hội thuận lợi để quan sát được sóng hấp dẫn
Thứ nhất, khoa học đã phát hiện được các hố đen và nghiên cứu nhiều đặc tính cũng như hiệu ứng của chúng từ 40 năm nay.
Thứ nhì, chúng ta có dụng cụ đo lường tinh vi. Tinh vi đến cỡ nào? Rất khó tin (nhưng có thật, và tốn kém lắm).
Nếu một vùng không-thời gian lớn như núi Everest mà co rút lại chỉ 1 mm thôi, đài quan sát Advanced LIGO tại Mỹ sẽ phát hiện tín hiệu ấy ngay... không cần nghĩ ngợi gì cả. Giả sử chúng ta nới rộng khoảng trống ấy ra, cho nó lớn che phủ khắp mặt trời (mặt trời lớn bằng 1,3 triệu lần trái đất) rồi co rút nó lại 1 mm, LIGO vẫn "thấy" ngay sự thay đổi đó. Bây giờ hãy tưởng tượng một vùng không gian lớn bằng trọn vẹn dải Ngân Hà (bao gồm 300-400 tỷ ngôi sao) bị co rút lại một khoảng ngắn cỡ đường kính của trái bóng đá thôi: LIGO có thể phát hiện được biến đổi ấy (1)!
Các khoa học gia tại MIT và Caltech đã thiết kế cho dựng lên một đài quan sát ở tiểu bang Washington, và một cái nữa ở Louisiana, với chi phí tổng cộng là $620 triệu, mỗi đài bắn đi hai tia laser trên một lộ trình dài 4 km vừa theo chiều ngang lẫn chiều dọc (như vậy mới tóm được dạng co và giãn của sóng hấp dẫn). Phải dùng hai đài quan sát để kiểm tra và loại trừ các tín hiệu giả do các chấn động địa phương như cơn gió mạnh, sự rung động của mặt đất khi xe lửa chạy ngang qua gần đấy vv.
Đài quan sát Advanced LIGO vừa thông báo là ngày hôm nay là họ đã phát hiện được sóng hấp dẫn xuất phát từ các chấn động trong không-thời gian, khi hai cái hố đen, ở xa khoảng 1.3 tỷ năm ánh sáng, mỗi cái nặng bằng cả chục lần mặt trời đang xoay quần và từ từ hợp chung lại thành một cái duy nhất (2). Trong quá trình sát nhập ấy, hai hố đen bị mất đi một phần khối lượng, tương đương với cân nặng của 3 cái mặt trời. Phần khối lượng thất thoát ấy bị chuyển đổi thành năng lượng, và được phóng thích đi dưới dạng sóng hấp dẫn mà LIGO đã phát hiện. Các dữ kiện dựa trên tín hiệu về độ giãn nở của không-thời gian đã đáp ứng và ăn khớp hoàn toàn với phương trình của Einstein.
Ý nghĩa của việc phát hiện
Như vậy, "lý thuyết tuyệt đẹp" của Einstein đã vượt qua cuộc thử lửa cuối cùng và đã chứng tỏ được đấy là "vàng thật". Đây là một dự án tinh vi, có tầm quan trọng lớn lao, và sự thành công của nó sẽ đem lại giải Nobel vật lý cho nhóm nghiên cứu.
Kỹ thuật và độ nhậy cảm của thiết bị phát hiện LIGO mở ra một kỷ nguyên mới trong thiên văn học, giúp chúng ta nghiên cứu cấu trúc của vũ trụ qua sóng hấp dẫn, thay vì dùng sóng điện từ như ánh sáng, sóng radio, hay tia X trước đây. Sóng hấp dẫn mang những tín hiệu rất chuyên biệt về nguồn gốc và sự vận hành của các vật thể không thể thấy bằng ánh sáng điện từ được như là hố đen.
