Hôm 11/02/2016, các nhà khoa học đã xác nhận về sự tồn tại của sóng hấp dẫn (gravitational wave). Một phát kiến được coi là vĩ đại nhất trong giới khoa học 50 năm qua. Vậy thì vì sao sóng hấp dẫn lại quan trọng đối với chúng ta đến vậy?
1. Sóng hấp dẫn là gì?
Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, chúng ta đều biết rằng không gian và thời gian tương tác được với nhau. Những vật có khối lượng lớn sẽ bẻ cong không gian. Những vật có khối lượng cực lớn trong một khoảng không gian nhất định sẽ càng làm bẻ cong viền của khối không gian chứa vật đó.
Ví dụ khi ánh sáng từ các ngôi sao truyền đến trái đất chúng ta mà trên đường đi gặp phải một ngôi sao lớn (mà ko bị hấp thụ) thì ánh sáng đó sẽ bị bẻ cong tại viền ngoài ngôi sao và đi quãng đường dài hơn để tới mắt chúng ta.
Trước kia con người chỉ biết đến lực hấp dẫn ở dạng tĩnh - trường hấp dẫn phát ra quanh các vt thể có khối lượng. Nhưng nay chúng ta còn biết thêm được rằng lực hấp dẫn có thể được lan truyền dưới dạng sóng giống như ánh sáng nói riêng hay sóng điện từ nói chung.
2. Sóng hấp dẫn được tạo ra như thế nào?
Hiểu nôm na, giống như khi có một vật thể dao động trên mặt nước sẽ tạo ra sóng, sóng hấp dẫn chỉ được tạo ra khi có một số kiểu chuyển động nhất định trong không gian của các vật thể có khối lượng cực lớn tạo ra. Thường là một hệ sao đôi của các thiên thể như: sao lùn trắng, sao neutron hoặc lỗ đen. Sự kiện phát hiện sóng hấp dẫn lần này được phát hiện do hai lỗ đen sáp nhập xảy ra cách đây khoảng 1,3 tỷ năm.
Chính vì điều kiện khá ngặt ngoèo này mà các nguồn tạo ra sóng hấp dẫn khá ít. Các nhà khoa học còn xây dựng hẳn một dự án chuyên để tìm ra các hệ sao đôi này phục vụ việc tìm hiểu trường hấp dẫn.
3. Người ta đo đạc sóng hấp dẫn như thế nào?
Để giải thích điều này chúng ta cần biết rằng nếu 1 tia sáng tách ra thành 2 tia đi theo 2 đường khác nhau trong đó 1 đường có độ dài hơn đường kia ½ bước sóng thì khi hợp nhất chúng ta sẽ thu được hiện tượng ánh sáng bị triệt tiêu.
Tuy nhiên nếu hiện tượng không diễn ra đúng như thế thì tức là đã có 1 tia đi quãng đường ko đúng như ban đầu. Có thể là dài hơn hoặc ngắn hơn. Điều đó xác nhận rằng không gian đã bị bóp méo.
4. Vì sao sóng hấp dẫn quan trọng?
Từ trước đến nay các nhà khoa học của chúng ta chỉ có thể sử dụng sóng điện từ (anh sáng, tia gama, tia X, sóng radio,…) để nhìn vào vũ trụ qua các kính thiên văn. Tuy nhiên nhìn vào hình minh họa bên dưới chúng ta có thể thấy quay ngược thời gian, thời điểm xa nhất của vũ trụ mà chúng ta có thể dùng ánh sáng để quan sát được là 380 nghìn năm sau vụ nổ Bigbang. Trong khi sóng hấp dẫn có thể đưa chúng ta về tận thời điểm 10^-32 giây ngay sau vụ nổ Bigbang. Điều đó thật kì diệu!
Ngoài ra chúng ta biết rằng các hố đen có thể hút được cả ánh sáng. Điều đó gây ra một điểm hạn chế rất lớn là không thể dùng ánh sáng để nghiên cứu bên trong hố đen! Tuy nhiên với sóng hấp dẫn điều này là hoàn toàn có thể.
5. Viễn tưởng
Việc sóng hấp dẫn được lan truyền đi khiến cho các hiện tượng không gian, thời gian trong vụ trụ trở nên sinh động hơn rất nhiều. Khi có sóng hấp dẫn lan truyền qua, không gian tại đó sẽ bị co dãn, dao động cùng với tần số lan truyền của sóng hấp hẫn. Hẳn là sẽ có người nghĩ rằng như vậy cơ thể chúng ta hoặc tất cả các vật thể sẽ bị méo mó biến dạng? Tuy nhiên sự thật là dù chúng ta to lên 1000 lần hay bé lại 1000 lần thì chúng ta vẫn thấy tất cả mọi thứ không có gì thay đổi vì cùng một lúc tất cả bị to ra bé lại thì lấy gì mà so sánh! Chỉ có những người quan sát đứng trong hệ tọa độ khác, không bị ảnh hưởng bởi sóng hấp dẫn mới có thể thấy được điều đó.
Sự tồn tại của trường hấp dẫn khiễn không gian bị bóp méo trong khoảnh khắc làm cho giấc mơ của con người sẽ càng ngày càng lớn. Trong đó có khả năng di chuyển xuyên không gian ở các khoảng cách cực lớn, cỡ triệu năm ánh sáng như trong các phim khoa học viễn tưởng. Ngoài ra việc không gian bị bóp méo hiển nhiên cũng làm cho thời gian bị tác động. Điều đó liệu có mở ra khả năng du hành xuyên thời gian dành cho loài người không thật khó mà nói trước được.
Tuy nhiên ngày hôm nay sau đúng 100 năm Albert Einstein đặt ra giả thuyết về sóng hấp dẫn, chúng ta nên vui mừng vì nỗ lực của nhiều thế hệ biết bao nhà khoa học, cuối cùng cũng đã được đền đáp.
Vì sao sóng thường có tính tuần hòan:
Nói nôm na là do năng lượng và vật chất có hạn, phải bù trừ cho nhau chỗ này lồi ra thì chỗ kia phải lõm vào để bù lại, rồi chỗ lõm vào lại sinh ra chỗ lồi ra để bù lại, và cứ thế (sao cho tổng bù trừ cho nhau chỉ còn một số nhỏ, chứ nếu không năng lượng cần thiết sẽ quá lớn)
Một khi tuần hoàn thì người ta nói đến các tần số, có thể là từ 10 mũ âm bao nhiêu đó hertz cho đến 10 mũ bao nhiêu đó hertz.
Sóng “gravitational” cũng vậy thôi.
Gọi là “gravitational” (hấp dẫn?) là vì nó ứng với không-thời gian space-time có độ cong (không phẳng) theo lý thuyết tương đối của Einstein (vật chất làm cong không-thời gian, mật độ vật chất càng cao thì càng cong, làm bẻ cong ánh sáng v.v). Khi mà nó cong một cánh “mềm mại” (chỗ nào cũng bằng nhau, hoặc thay đổi mội cách đều đặn như kiểu giảm dần hay tăng dần) thì ta không cảm thấy có sóng. Ta (tức là các máy đo) thấy có sóng khi độ cong của không-thời gian thay đổi nhấp nhô lên xuống, tương tự như là các gợn sóng trên mặt nước vậy.
Khi hai “lỗ đen” “đâm vào nhau”, thì chúng làm méo mó cái không thời gian tại khu vực của chúng một cách khủng khiếp, và sự méo mó đó nó lan toả dần ra xung quanh dưới dạng sóng gravitational, cũng tương tự như là hòn đá ném xuống nước thì tạo sóng thôi.
Hiện tượng sóng gravitational từ hai lỗ đen đâm nhau dễ “bắt sóng” được vì nó rất lớn, năng lượng tỏa ra kinh khủng. (Có đến 1/20 toàn bộ khối lượng của hai lỗ đen bị tỏa ra ngoài?) Chứ thực ra rất nhiều hiện tượng hết sức bình thường trong vũ trụ cũng đều tỏa sóng gravitational, chỉ có điều chũng dễ bị lẫn, khó bắt và khó xác định là từ đâu. Ví dụ là bản thân việc trái đất quay quanh mặt trời cũng tạo sóng hấp dẫn, nhưng sóng đó rất nhỏ, mức năng lượng tỏa ra đâu có mỗi 200 wat (bằng một cáu máy tính để bàn?)
