Thứ Bảy, 13 tháng 2, 2016

Nghe thấy sóng hấp dẫn!

Hình nh computer mô phng hai h đen quay cnh nhau trước khi hòa nhp thành mt

Tht s là chưa có phát minh vt lý nào trong hai thp niên 1994 - 2016 li lôi cun tôi như s kin ngày hôm qua khi được tin các nhà vt lý trong t hp LIGO ti Hoa Kỳ đã phát hin thy sóng hp dn (gravitational wave) ln đu tiên k t tiên đoán ca Albert Enstein cách đây mt thế k.
*
Hơn mt t năm trước, cách trái đt hàng triu thiên hà, có 2 h đen quay gn nhau, như hai võ sĩ vn nhau theo vòng tròn trên xi vt. Mi h đen có đường kính chng 150 km và nng gp khong 30 ln mt tri. Càng tiến li gn nhau chúng càng quay nhanh hơn. Khi khong cách gia chúng ch còn hơn 2 - 3 trăm cây s, chúng xoáy tít vi tc đ nhanh gn bng khong mt na vn tc ánh sáng, phun ra nhng lung năng lượng hp dn khng khiếp, làm biến dng không - thi gian quanh chúng tương t như nước đt ti đim sôi. Trong vòng chưa đy 1/5 giây, hai h đen nhp mt, sinh ra mt h đen mi, nng gp 62 ln mt tri, đng thi ta ra các sóng hp dn có năng lượng gp khong 50 ln năng lượng ca tt c các tinh tú và thiên hà trong vũ tr cng li. Các hin tượng tương t như thế này là điu thường xy ra trong vũ tr, nhưng đây là ln đu tiên con người ghi nhn được mt va chm như thế được và cũng là ln đu tiên con người quan sát được sóng hp dn.


Sau khi hai h đen nhp mt, sóng hp dn lan ra mi hướng tương t như sóng nước ta ra khi bn ném mt hòn đá xung ao. Lan càng xa, sóng càng yếu đi. Trong khi sóng hp dn truyn trong vũ tr như vy thì trên Trái đt các loài khng long sinh ra, phát trin, ri b dit vong. Khong năm sáu chc ngàn năm trước sóng hp dn lan ti di Ngân Hà, còn trên mt đt khi đó, mt nhánh trong ging Người Khôn (Homo sapiens) ri b châu Phi và dn dn thay thế ging người vượn Neanderthal Tây Âu, Bc Á và Trung Đông.
Mt thế k trước, mt trong nhng đi din thiên tài nht ca ging Người Khôn là Albert Einstein bng thuyết tương đi rng ca mình đã tiên đoán s tn ti ca sóng hp dn. Trong sut 100 năm tiếp theo đng loi ca ông lao vào nghiên cu đ c hiu ý tưởng và lý thuyết ca ông vi biết bao suy din và tìm tòi vô hiu qu.

Hai mươi bn năm trước, mt t hp máy dò (detector) khng l được khi công xây dng ti Hoa Kỳ vi tng chi phí trên 1 t USD và hơn 1000 nhà khoa hc tham gia. T hp này có tên “Đài quan sát sóng hp dn bng giao thoa kế tia laser” (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), viết tt là LIGO.
LIGO dectector ti Livingston bang Louisiana, nơi đu tiên phát hin sóng hp dn vào ngày 14.9.2015


T hp này gm 2 máy dò, mt đt Hanford (bang Washington) tây bc Hoa Kỳ, mt Livingston (bang Louisiana) đông nam Hoa Kỳ, cách nhau 3002 km. Khong cách ln như vy đ đ cm nhn biến dng ca không gian khi sóng hp dn lan truyn trên Trái đt. Mi máy dò gm hai thanh ghép vuông góc thành hình ch L, mi thanh dài 4 km, đt trong ng chân không tuyt đi. Tia laser chiếu t đu n ti đu kia được phn chiếu nhiu ln nh các tm gương gn hai đu mi thanh. Nếu không có sóng hp dn, ánh sáng s đi t đu này ti đu kia mi thanh trong khong thi gian bng nhau vì hai thanh dài bng nhau. Nếu sóng hp dn truyn qua, không gian b giãn mt chút theo mt chiu và co ngn mt chút theo chiu vuông góc vi nó. Kết qu là hai thanh s có đ dài khác nhau. B tách sóng quang (photodetector) s ghi nhn s sai khác đ dài đó qua s dch chuyn trên ph giao thoa ca sóng ánh sáng truyn theo hai thanh vuông góc. Thc cht đây là h thng được ci biên t giao thoa kế do nhà vt lý M Albert Abraham Michelson (1852 - 1931) sáng chế và được dùng đo vn tc ánh sáng ln đu tiên cách đây ngót 130 năm trong thí nghim Michelson - Morley ni tiếng. Đ chính xác trong đng b hóa thu thp s liu theo h thng đnh v toàn cu (global positioning system, viết tt GPS) được kim tra bng đng h đin t và máy thu GPS đt ti mi đài quan sát. Đ nhy cu t hp máy dò đt được là 1 phn vn đường kính ca ht proton (khong 1 femtometer hay 0.000 000 000 000 001 m).
Khong cách tính bng gi bay gia Livingston (Louisiana) và Hanford (Washington) nơi đt 2 detectors LIGO


LIGO bt đu hot đng th vào năm 2002. Năm 2010 LIGO không phát hin ra sóng hp dn nào. Các nhà khoa hc sau đó đã tinh chnh nâng cp toàn b t hp lên mt tm mi, có tên Advanced LIGO, d tính khai trương vào ngày 18.9.2015. Tuy nhiên, vào ngày 14.9.2015, lúc 16 gi 50 phút 45 giây (gi Hà Ni) sóng hp dn đã tiến vào trái đt, và máy dò ti Louisiana phát tín hiu. Sau đó 7 phn nghìn giây sóng hp dn có dng ging gn y chang cũng được phát hin ti Washington. (Nghe tín hiu sóng hp dn ti đây.)

Tín hiu sóng hp dn được phát hin trên máy dò ngày 14.9.2015 ti Livingston (Louisiana) (trái) và Hanford (Washington) (phi)

Ngày 11.2.2016 các nhà khoa hc ca d án LIGO chính thc công b phát hin sóng hp dn. Ngày 12.2.2016 phát hin ca h được công b ti tp chí Physical Review Letters. Biên tp viên ca Physical Review Letters Robert Garisto nói rng ông đã ni da gà khi đc bn tho công trình nhóm LIGO gi ti tòa son.
Vic phát hin ra sóng hp dn được ví như mt người tng b điếc, nay đt nhiên nghe được âm thanh. Phát hin này đã m ra mt thi đi mi ca thiên văn hc - thi đi thiên văn hc hp dn (gravitational astronomy). Nó còn cho thy vì sao Hoa Kỳ luôn đi đu trong khoa hc. Qu Khoa hc Quc gia cu Hoa Kỳ đã dũng cm chi tin cho nhng d án gn như không tưởng thế này. Tiến sĩ Rainer Weiss ca Đi hc Công ngh Masashussetts, mt trong ba nhà vt lý khi xướng d án săn lùng sóng hp dn, k rng khi ông ln đu tiên gii trình d án cho các quan chc ti Qu Khoa hc Quc gia đ yêu cu tài tr, tt c nhìn ông như nhìn mt người điên.
Tháng 3 năm 2014 mt nhóm nghiên cu khác có tên BICEP2 có đài thiên văn đt Nam Cc cũng tng công b phát hin ra sóng hp dn. Chưa đy mt năm sau các tác gi đã tha nhn các tín hiu h tưởng là sóng hp dn là kết qu do nhiu t bi vũ tr ca gii Ngân Hà. Phát hin ca nhóm LIGO ln này đã được các nhà khoa hc thm tra rà soát k càng hàng tháng tri trước khi chính thc công b, đ loi b mi kh năng tín hiu rm. Kết qu cũng s được kim nghim li bng các thí nghim ca các nhóm đc lp Châu Âu, Nht Bn, n Đ.
*
Leonardo da Vinci tng nói: “Khoái lc cao quý nht là nim sung sướng ca s hiu biết.” Hai thế k trước triết gia vĩ đi Đc Athur Schoepenhauer đã nói rõ hơn v điu này khi bàn v thiên tài. Schopenhauer viết:
Không có s khác nhau nào v th hng, đa v, xut thân li ln như cái vc thm ngăn cách hng hà sa s nhng người dùng cái đu mình ch đ phng s cái bng, hay nói cách khác, coi nó như công c ca ý chí, vi mt s rt ít nhng người hiếm hoi có can đm đ nói: Không! Cái đu tt hơn thế nhiu; cái đu ca tôi ch hot đng phng s chính nó; nó phi c hiu cnh tượng kỳ diu và đi thay ca thế gii này, đ ri tái to li dưới mt hình thc nào đó, bng ngh thut hay văn chương, phù hp vi tính cách ca tôi như mt cá nhân. Nhng người này là nhng người thc s cao quý, là gii quý tc đích thc ca thế gii.
Trí tò mò mun hiu bí n ca vũ tr, cái đp ca t nhiên là đng lc cao nht khiến con người nghiên cu khoa hc và say mê ngh thut. Còn Albert Einstein cũng đã tng nói:
Cái đp nht chúng ta có th cm nhn là s huyn bí. Đó là ngun ca tt c ngh thut và khoa hc đích thc. K nào xa l vi cm xúc này, k nào không th chng li đ ngc nhiên và kinh s, thì sng mà như chết ri, có mt cũng như mù.”

Nguyn Đình Đăng (tng hp và dch)
Ngun:
[1] B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, Physical Review Letters 116 (2016) 061102.
[2] Andrian Cho, Gravitational waves, Einstein’s ripples in spacetime, spotted for first time, Science, 11.2.2016.
[3] Davide Castelvecchi and Alexandra Witze, Einstein's gravitational waves found at last, Nature, 11.2.2016.
[3] Dennis Overbye, Gravitational Waves Detected, Confirming Einstein’s Theory, The New York Times, 11.2.2016.
[4] Nicola Twilley, Gravitational Waves Exist: The Inside Story of How Scientists Finally Found Them, The New Yorker, 11.2.2016.
_____________

© Nguyn Đình Đăng, 2016 – Tác gi (dch gi) gi bn quyn bn quyn. Bn đc có th lưu gi các bài viết (bn dch) ca Nguyn Đình Đăng đ s dng cho cá nhân mình, chia s nguyên văn và min phí trên internet. Mi hình thc s dng khác như in n, sao chép, hiu đính li các bài viết (bn dch) này, dù là mt phn hay toàn b, đ phát hành trong các n phm như sách, báo chí, lun văn, giáo trình, hay nhm mc đích thương mi (k c ti các trang blog, thư vin đin t trên internet mà đ đc được hay ti xung người đc phi tr tin đ m tài khon) v.v. đu vi phm bn quyn nếu không nhn được s đng ý bng văn bn ca tác gi (dch gi).

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét