Tạp hóa - Xã hội

Giải thích đơn giản nhất: vì sao ta nên quan tâm tới sóng hấp dẫn 15. 02. 16 - 8:20 am

BTT tổng hợp và dịch

Trong mấy ngày qua, hẳn họa sĩ đọc báo nào cũng thấy nói về một sự kiện chấn động của… khoa học: “nghe được” sóng hấp dẫn. Lời giải thích thì có nhiều, nhưng nói chung, thiên văn là thứ tuy rất hấp dẫn giới làm nghệ thuật, nhưng lại  khó hiểu quá. Về sự kiện sóng hấp dẫn, để có lời giải thích đơn giản, đầu tiên mời các bạn đọc bài của Brian Resnick nhé:

*

Trước khi một nhóm khoa học gia tuyên bố vào tuần này rằng họ đã phát hiện ra sóng hấp dẫn, lần đầu tiên từ trước tới nay – một phát hiện bom tấn, xứng đáng đoạt giải Nobel -, tôi có gọi cho Cliff Burgess.

Burgess là một nhà vật lý lý thuyết tại Đại học McMaster ở Ontario. Ông là tác giả của hàng trăm luận văn về các vấn đề hóc búa nhất của khoa học, thí dụ như: sự siêu đối xứng, lý thuyết dây, lỗ sâu (wormhole), và năng lượng tối (dark energy)…

Câu hỏi của tôi cho ông giản dị thôi: Sao các nhà thiên văn học và vật lý học lại hào hứng đến thế về vụ này?

“Đó sẽ là một cách hoàn toàn mới để thấy được bầu trời,” ông nói.

Burgess tiếp tục:

Nếu ta nhìn bằng ánh sáng thấy được (bằng mắt) để nhìn vào vũ trụ, đến một lúc nào đó, vũ trụ sẽ không còn trong rõ nữa mà trở nên tối hù. Lúc ấy thì chịu không làm gì được.

Còn nếu có thể “thấy” được sóng hấp dẫn, thì ta có thể nhìn ngược về quá khứ, nơi không thể thấy được bằng ánh sáng vật lý. Sẽ rất hay. Ta sẽ có lối trực tiếp để tiếp cận những thứ mà ta vẫn không hy vọng gì có thể thấy được, trừ cách ấy.

Hiện chúng ta vẫn mới chỉ thấy được những thiên thể phát ra bức xạ điện từ (như ánh sáng thường, tia X, tia gamma, v.v.). Nhưng một số vật thể – thí dụ như những lỗ đen va nhau hay khói tỏa ra từ vụ nổ Big Bang, lại là những thứ không phát ra bức xạ điện từ nào. Chúng chỉ phát ra lực hấp dẫn.

Và đó là lý do tại sao, với phát hiện này, những vật thể vốn “tàng hình” trong vũ trụ chẳng mấy chốc sẽ trở nên “hiện hình”. (Còn nữa, sóng hấp dẫn thì không bị vật chất mà nó đi xuyên qua làm biến đổi. Trong khi ánh sáng thì có thể bị hấp thu hay phản chiếu bởi bụi hoặc những vật thể trong vũ trụ trước khi đến được với kính viễn vọng của chúng ta, khiến ta nhận được hình ảnh mọi vật mờ tăm tít).

Giờ tập trung vào sóng hấp dẫn, lần đầu tiên trong lịch sử khoa học, các nhà khoa học sẽ có thể “thấy” hay “nghe” được (nói thế nào cũng đúng) những lỗ đen hoạt động thế nào. Và điều đó thật sự là rất tuyệt!

*
Nếu lời giải thích trên vẫn tối như hũ nút, thì các bạn đọc đoạn dưới đây vậy, coi có sáng sủa hơn không. Bài tổng hợp từ nhiều nguồn, trong đó chủ yếu từ bài của Ethan Siegel trên forbes.com. 

Chừng 1.3 tỉ năm ánh sáng về trước, có hai lỗ đen, mỗi cái nặng gấp 30 lần mặt trời, xoay xoắn ốc đến gần nhau…

… rồi nhập vào thành một lỗ đen khổng lồ nặng bằng 60 lần mặt trời.

 

Vụ xoay tít rồi “hội nhập” của hai lỗ đen này tạo ra những trường hấp dẫn cực kỳ mạnh, sinh những gợn sóng, lan ra khắp không gian bằng… tốc độ ánh sáng.

 

Nhưng làm một bài toán cộng: cộng hai khối lỗ đen trước khi chúng nhập vào nhau, rồi xem xét cái khối tổng sau khi đã nhập, người ta thấy có “hao hụt”: Vụ sáp nhập này đã phóng ra một năng lượng cực lớn. Nhưng không giống những ngôi sao sáng, năng lượng từ các lỗ đen này không ở dạng bức xạ điện từ, mà ở bức xạ hấp dẫn, thứ mà ta không thể thấy được.

 

100 năm trước, vào năm 1916, Einstein từng bảo: trong vũ trụ hiện có một loại bức xạ hấp dẫn, nó đang đi theo vòng xoắn ốc, tiến tới trước, theo một mô hình có thể vạch ra được, tạo ra một loại sóng dao động đặc biệt, với những gợn sóng trong không gian, gọi là sóng hấp dẫn. Tuy nhiên đây chỉ là giả thuyết, chưa ai đo được, chứng minh được. Trong ảnh là hình mô phỏng năng lượng phóng ra từ vụ nhập hai lỗ đen với những gợn sóng hấp dẫn. Với kỹ thuật hiện nay của con người, năng lượng này, những gợn sóng này vẫn ở dạng “tàng hình”.

 

Nhưng dựa theo giả thuyết ấy, người ta tính toán, sau một thời gian di chuyển, thể nào những gợn sóng này cũng có ngày chạm đến Trái đất. Khi đó phải có sẵn những thiết bị khoa học ghi lại, dù biết rằng thời gian đợt sóng ấy đi qua Trái đất chỉ chỉ trong vài phần nghìn giây. Đặc biệt, loại sóng này không suy suyển trong suốt quá trình di chuyển, kể cả lúc xuyên qua vật chất, trải qua hàng tỉ năm cũng vẫn một cường độ như lúc mới sinh ra, là lúc hai lỗ đen xoắn và nhập vào nhau.

 

Người ta cũng tính ra, những gợn sóng này khi đi xuyên qua bất kỳ vật thể nào trên đường cũng sẽ ép “móp” những vật thể đó, xong làm “lồi” ra ở bên kia của vật thể (như ta lấy tay ép lên một quả bóng mềm). Trái đất khi gặp những gợn sóng này cũng sẽ bị “lảo đảo”. Cũng thế, mọi vật chất, mọi bức xạ, bất kỳ thứ gì tồn tại trong không gian cũng bị những gợn sóng này “xô đẩy”. Trong ảnh là một chuỗi phân tử bị sóng hấp dẫn làm móp rồi giãn khi đi ngang. Hình từ trang này.

 

Từ năm 1992, các nhà khoa học Mỹ đã xây dựng thiết bị LIGO để “chờ thời”, là một loại thước đo khổng lồ bằng ánh sáng, với hai đầu thu vuông góc nhau, một đặt ở Washington và một đặt Louisiana để đảm bảo các tín hiệu là có khắp trong không gian, không phải cục bộ. (Bạn nào rành kỹ thuật thì xem giúp trong link này và cắt nghĩa giùm cơ chế vận hành của LIGO nhé, đa tạ.)

 

Đây, thước LIGO bên ngoài tít tắp thế này. Hình từ trang này.

 

LIGO, với hai đầu nhận tín hiệu vuông góc nhau ở hai địa điểm khác nhau, tại hai hướng khác nhau, là một cái thước chính xác tuyệt đối do bằng ánh sáng, có thể đo những thay đổi rất, rất li ti những thay đổi về chiều dài của không gian khi bị những gợn sóng kia xô đẩy. Đây là nguyên tắc tuyệt vời của thiết bị LIGO, và nhờ thế nó đã đo được những gợn sóng kia đi xuyên qua không gian (làm móp méo không gian) như thế nào. (Hình từ trang này).

 

Vào đúng ngày 14. 9. 2015, những gợn sóng của cú sáp nhập vĩ đại kia đến được Trái đất, đi xuyên qua Trái đất rất nhanh, thế mà LIGO đã chờ sẵn và tóm được, “nghe” được tiếng khi hai lỗ đen va nhau, và vẽ được lại đồ thị như hình trên.

 

Trong có 20 milliseconds, chúng ta đã thấy một tín hiệu, với năng lượng phát ra từ những gợn sóng hấp dẫn mạnh hơn tất cả năng lượng của mọi ngôi sao phát ra từ đó tới giờ trong toàn thể vũ trụ mà ta thấy được. (Các bạn bấm vào hình trên để xem bản rõ hơn nhé).

*
Tuy nhiên, các nhà khoa học bảo phải đợi 6 tháng mới có thể chắc ăn rằng đã bắt được đúng sóng hấp dẫn. Và nếu quả là bắt được sóng này, “vẽ” lại được nó, thì ngành thiên văn học sẽ bước sang một kỷ nguyên mới: một ngày nào đó sẽ “nghe” lại được âm thanh của Big Bang, vẽ lại được hình dạng của những thứ lâu nay biết là có tồn tại mà không thấy được – những thứ có lực hấp dẫn quá mạnh đến nỗi không để lọt ra ánh sáng hay bức xạ điện từ nào cho chúng ta nhìn thấy, chỉ để lọt ra những đợt sóng bí mật và vĩ đại.

*

(Ghi chú: Cảm ơn bạn Phạm Uyên Nguyên vì đã giới thiệu cái link bài của Cliff Burgess trên Fb)

Bài đã đăng

• Về một nhân vật anime: Natalia Poklonskaya - Sáng Ánh (10/03/2022)
• Địa lý dễ thuộc: Bánh bao đến từ đâu, từ Ai Cập? - Sáng Ánh (23/12/2021)
• Địa lý dễ thuộc: Eo nào nhỏ bằng eo Bosphorus? - Sáng Ánh (17/12/2021)
• "Thụy Điển kiều": những Karl Oskar và Kristina không quên quá khứ - Đặng Thái (15/12/2020)
• Chuyện Covid ở một chung cư Thái - Sáng Ánh (10/04/2020)
• Tác phẩm phái sinh và án lệ chưa từng có trong tranh chấp về sở hữu trí tuệ tại Việt Nam - Hân Hân (14/11/2019)
• Học qua hí họa: chú Năm, anh Hai, thuế mậu dịch và chiến tranh thương mại - Sáng Ánh (19/05/2019)
• Lời nguyền của đá (quí) - Sáng Ánh (14/11/2018)
• Du học để làm gì? (bài 3): Cuối cùng là vấn đề tiền - Sáng Ánh (09/10/2018)
• Du học để làm gì? (bài 2): Học môn gì? Học ở đâu? - Sáng Ánh (04/10/2018)

» Xem tiếp...