Sóng hấp dẫn: Những điều nên biết

Các nhà thiên văn làm việc trong nhóm BICEP2 đã công bố phát hiện ra vết tích của sóng hấp dẫn nguyên thủy phát sinh lúc Big Bang khai sinh ra vũ trụ của chúng ta hồi 13,8 tỉ năm trước. Khám phá đó mang tính bước ngoặt trong lịch sử khoa học, nhưng các khái niệm liên quan lại không hề quen thuộc đối với nhiều người. Một số câu hỏi đáp dưới đây sẽ giúp bạn hiểu thêm phần nào vấn đề đang nổi sóng này.

Khám phá BICEP2 có ý nghĩa gì?

Các nhà khoa học sẽ làm sáng tỏ dần các hệ quả của khám phá này trong những năm sắp tới. Nhưng một số hàm ý chính đã khá rõ ràng:

Albert Einstein đã dự đoán “sóng hấp dẫn” hồi gần 100 năm trước, nhưng ông cũng tính được rằng chúng sẽ cực kì yếu, yếu đến mức ông nghĩ rằng chúng sẽ không bao giờ được dò tìm ra. Các kết quả BICEP2 là bằng chứng có sức thuyết phục nhất rằng sóng hấp dẫn thật sự tồn tại.

Sóng hấp dẫn là sự xác nhận của một lí thuyết trụ cột của bức tranh vũ trụ học hiện nay. Lí thuyết này, gọi là lí thuyết lạm phát, phát biểu rằng trong những thời khắc tồn tại đầu tiên của nó, Vũ trụ đã trải qua một giai đoạn ngắn dãn nở theo hàm số mũ.

Trong giai đoạn lạm phát, nhiệt độ của Vũ trụ – và do đó, năng lượng đạt tới bởi các hạt sơ cấp – cao hơn gấp hàng nghìn tỉ lần nhiệt độ có thể thu được trong phòng thí nghiệm ngày nay, kể cả trong các máy va chạm hạt như Máy Va chạm Hadron Lớn tại CERN, gần Geneva, Thụy Sĩ.

Vì lạm phát là một hiện tượng lượng tử và sóng hấp dẫn là bộ phận thuộc vật lí cổ điển, nên sóng hấp dẫn xác lập một liên hệ giữa hai lí thuyết, và có thể là bằng chứng đầu tiên rằng lực hấp dẫn có bản chất lượng tử giống hệt như các lực còn lại của tự nhiên.

alt

Sóng hấp dẫn lan truyền trong không gian (Ảnh: Henze/NASA)

Sóng hấp dẫn là gì?

Theo lí thuyết tương đối rộng Einstein, lực hấp dẫn là cách thức khối lượng làm biến đổi hình dạng của không gian: ở gần các vật thể khối lượng lớn, cấu trúc của không gian trở nên bị cong. Nhưng sự cong này không phải luôn luôn ở gần vật thể khối lượng lớn đó. Đặc biệt, Einstein nhận ra rằng sự biến dạng đó có thể truyền đi trong Vũ trụ, giống hệt như sóng địa chấn lan truyền trong lớp vỏ Trái đất. Tuy nhiên, không giống như sóng địa chấn, sóng hấp dẫn có thể lan truyền trong không gian trống rỗng – và chúng truyền đi ở tốc độ ánh sáng.

Nếu bạn có thể nhìn thấy một sóng hấp dẫn trực diện khi nó tiến về phía bạn, bạn sẽ thấy nó luân phiên co dãn không gian, theo chiều trên-dưới và trái-phải.

Lạm phát có phải là nguyên nhân duy nhất có thể tạo ra sóng hấp dẫn không?

Không. Bất cứ cái gì khối lượng lớn và đang trải qua sự gia tốc dữ dội đều tạo ra sóng hấp dẫn. Trong thực tế, những sóng hấp dẫn chúng ta có thể đo trực tiếp sẽ chỉ là những sóng phát sinh từ những sự kiện khốc liệt ví dụ như hai lỗ đen va chạm và hợp lại làm một. Một vài quan trắc trên thế giới đang cố gắng thu nhặt tiếng nhiễu xa xôi của những sự kiện hợp nhất lỗ đen như thế.

Tại sao không thể đo sóng hấp dẫn trực tiếp, mà chỉ phát hiện được thông qua kính thiên văn?

Sóng hấp dẫn phát sinh trong giai đoạn lạm phát vũ trụ vẫn đang cộng hưởng trong khắp Vũ trụ. Nhưng có lẽ chúng quá yếu để có thể đo trực tiếp. Thay vậy, các nhà khoa học tìm kiếm vết tích của chúng để lại trong nồi súp hạt sơ cấp tỏa khắp Vũ trụ lúc khoảng 380.000 năm sau Big Bang, cái chúng ta nhìn thấy qua “phông nền vi sóng vũ trụ”. Các quan trắc bức xạ nền vi sóng được thực hiện bằng các kính thiên văn dò tìm sóng vô tuyến, và vì thế các “gợn lăn tăn” trong phông nền đó do sóng hấp dẫn gây ra chỉ có thể phát hiện ra bởi kính thiên văn vô tuyến.

Tại sao khám phá được thực hiện tại Nam Cực?

Trạm Nam Cực Amundsen–Scott, nơi chứa thí nghiệm BICEP2, nằm trên thềm băng Nam Cực ở độ cao hơn 2800 m so với mực nước biển, vì thế khí quyển khá mỏng. Không khí rất khô ở đó cũng là lợi thế bởi vì hơi nước hấp thụ mất vi sóng. Và Nam Cực cũng hầu như không có cư dân sinh sống, cho nên không có tín hiệu nhiễu bởi điện thoại di động, vô tuyến truyền hình và các kênh thông tin điện tử khác của chúng ta.

Nguồn: Nature doi:10.1038/nature.2014.14886

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Làm thế nào tạo ra á kim không chứa kim loại?
22/09/2017
Một loại vật liệu mới gọi là “á kim thung lũng spin” vừa được các nhà vật lí ở Nga, Nhật Bản và Mĩ dự đoán dựa
Thiên văn học là gì?
20/09/2017
Loài người từ lâu đã hướng mắt lên bầu trời, tìm cách thiết đặt ý nghĩa và trật tự cho vũ trụ xung quanh mình. Mặc dù
Một số thông tin thú vị về Mặt trăng
16/09/2017
Mặt trăng là vật thể dễ tìm thấy nhất trên bầu trời đêm – khi nó hiện diện ở đó. Vệ tinh thiên nhiên duy nhất của
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 4)
27/08/2017
boson (Bose + on) Người đặt tên: Paul Dirac, 1945 Boson được đặt theo tên nhà vật lí Satyendra Nath Bose. Cùng với Albert Einstein,
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 3)
27/08/2017
quark (quark) Người đặt tên: Murray Gell-Mann, 1963 Quark là những hạt sơ cấp cấu tạo nên các hadron như proton và neutron, cũng như
Các chuẩn cho hệ SI mới
10/08/2017
Trong khi nước Mĩ vẫn ngoan cố sử dụng các đơn vị Anh như dặm, pound và độ Fahrenheit, thì phần đông thế giới thống nhất
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 2)
05/07/2017
muon (mu-meson; gọi tắt) Người đặt tên: Carl Anderson và Seth Neddermeyer, 1938 Muon là thành viên của họ lepton và hành xử giống
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 1)
26/06/2017
Làm thế nào proton, photon và các hạt khác có được tên gọi của chúng? Theo năm tháng, các nhà vật lí đã đặt tên cho những
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com