Sóng hấp dẫn - bí ẩn 100 năm sắp được khám phá

Một thí nghiệm khổng lồ ở Pisa, Italy, đang được tiến hành nhằm tìm kiếm sự tồn tại của sóng hấp dẫn trong thuyết tương đối do nhà bác học Albert Einstein nêu ra.

Hình minh họa sóng hấp dẫn của Albert Einstain. Ảnh: BBC.

Các nhà khoa học đến từ nhiều quốc gia bắt đầu tiến hành một thí nghiệm tìm kiếm sóng hấp dẫn mang tên Advanced Virgo tại một vùng ngoại ô Italy gần thành phố Pisa.

"Chúng ta sắp có cơ hội lần đầu tiên phát hiện sóng hấp dẫn trên Trái Đất", tiến sĩ Franco Frasconi ở Đại học Pisa, một thành viên của nhóm nghiên cứu quốc tế, cho biết.

Đây là một thí nghiệm khó khăn. Phiên bản đầu tiên của thí nghiệm với tên gọi Virgo bắt đầu năm 2007 đã thất bại. Dự án tương tự tại Mỹ với tên gọi Ligo cũng không thành công.

Trải qua nhiều lần nâng cấp công nghệ với những thiết bị đắt tiền để cải tiến độ nhạy của đài quan sát, cả hai thí nghiệm hiện nay đã được tái khởi động, đem lại cho các nhà khoa học nhiều hy vọng.

Nhóm nghiên cứu sẽ tập trung phát hiện những biến dạng nhỏ tạo ra khi sóng hấp dẫn đi qua Trái Đất. Họ hy vọng sẽ tìm ra sóng hấp dẫn lan truyền từ các sự kiện trong vũ trụ như vụ nổ sao hoặc hố đen va chạm.

Thí nghiệm Advanced Virgo tại Italy với hai nhánh đường hầm dài ba kilomet. Ảnh: Advanced Virgo.

Máy phát hiện Virgo xây dựng trên hai đường hầm dài ba kilomet lập thành hình chữ L khổng lồ. Một chùm laser được tạo ra và chia làm hai tia bắn dọc theo các đường hầm. Những tấm gương ở hai đầu đường hầm khiến cho các tia laser phản xạ nhiều lần bên trong trước khi hợp lại làm một.

Về lý thuyết, các tia laser này sau khi di chuyển trên cùng quãng đường dọc hai đường hầm sẽ triệt tiêu lẫn nhau và tín hiệu tổng hợp bằng không.

Tuy nhiên, nếu một sóng hấp dẫn đi qua đường hầm, nó sẽ làm biến dạng môi trường xung quanh một cách khó nhận biết và thay đổi một phần nhỏ độ dài đường hầm - cỡ một phần chiều rộng nguyên tử. Khoảng cách tia laser di chuyển trong nhánh đó cũng sẽ kéo dài hoặc thu nhỏ một khoảng tương ứng, trong khi ở nhánh bên kia, quãng đường mà tia laser di chuyển vẫn không đổi.

Kết quả là các tia laser sau khi hợp nhất sẽ không triệt tiêu lẫn nhau. Thành công của thí nghiệm sẽ tạo nền tảng để tiến hành dự án Ligo ở Mỹ với độ chính xác cao hơn.

Ngày 25/11/1915, Albert Einstein công bố bản thảo thuyết tương đối trước Viện khoa học Prussia, Đức. Học thuyết này là một trụ cột của vật lý hiện đại, làm thay đổi hoàn toàn hiểu biết của con người về không gian, thời gian và trọng lực.

Phòng thí nghiệm Advanced Ligo tại Mỹ. Ảnh: Advanced Virgo.

Nhờ đó, chúng ta có thêm hiểu biết về sự mở rộng vũ trụ, chuyển động của các hành tinh và hố đen. Tuy nhiên, sự tồn tại của sóng hấp dẫn, một phần quan trọng trong thuyết tương đối của Einstein, vẫn chưa được kiểm chứng.

Sóng hấp dẫn có thể được hình dung giống như sóng phát ra khi ném một viên đá xuống hồ. Về cơ bản, sóng hấp dẫn mang năng lượng và có thể làm sai lệch cấu trúc không gian - thời gian. Bất kỳ vật nào có khối lượng khi chuyển động đều phát ra sóng hấp dẫn. Khối lượng càng lớn, chuyển động càng nhanh thì sóng phát ra càng mạnh.

Theo các nhà khoa học, thí nghiệm Advanced Virgo sẽ cho kết quả vào ngày 1/1/2017. Nếu thí nghiệm thành công, một trong những dự đoán lớn nhất của Albert Einstein sẽ được quan sát trực tiếp lần đầu tiên. Ngược lại, quy luật vật lý này có thể cần xem xét lại.

Thanh Tùng