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
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Lỗ đen thật ra có thể là lỗ sâu đục đang va chạm
14/07/2018
Khi hai lỗ sâu đục va chạm nhau, chúng tạo ra những gợn lăn tăn trong không-thời gian lan tỏa ra mọi phía. Theo một nghiên cứu
Phải chăng các nhà thiên văn đã tìm thấy khối lượng mất tích của vũ trụ?
10/07/2018
Vào thập niên 1960, các nhà thiên văn bắt đầu để ý thấy Vũ trụ dường như thiếu mất một phần khối lượng. Giữa các quan
Vì sao một số vết nứt đẩy nhau ra?
22/06/2018
Một nghiên cứu lí thuyết về sự lan truyền vết nứt đem lại một lời giải thích cho sự đẩy nhau mà người ta quan sát thấy
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 14)
22/06/2018
Các số lượng tử Số lượng tử chính mô tả mức năng lượng của các lớp vỏ electron không phải là cách duy nhất để chúng
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 13)
21/06/2018
Cấu trúc nguyên tử Mô hình nguyên tử mà Bohr và Rutherford mô tả là khá đơn giản, với một hạt nhân nguyên tử tại trung tâm,
Các va chạm hạt bên trong LHC trông như thế nào?
20/06/2018
Nếu hai proton va chạm ở tốc độ bằng 99,9999991% tốc độ ánh sáng thì chúng có tạo ra âm thanh hay không? Máy Va chạm Hadron
Những bài học thiên văn ngắn (Phần 3)
18/06/2018
Trái Đất quay tròn xung quanh Mặt Trời theo một vòng trònMô hình nhật tâm sơ khai Là nhà thiên văn học và nhà toán học xứ
Những bài học thiên văn ngắn (Phần 2)
18/06/2018
Rõ ràng Trái Đất không chuyển độngMô hình địa tâm Là một trong những nhà triết học có sức ảnh hưởng nhất ở phương

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

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