Là một phần của lý thuyết tương đối tổng quát của mình, Einstein đã dự đoán rằng khối lượng sẽ phát ra sóng hấp dẫn. Nó có thể phát hiện ra các sóng trọng lực mạnh nhất khi chúng đi qua Trái đất. Và một đài quan sát dựa trên không gian được lên kế hoạch ra mắt vào năm 2015 được gọi là LISA nên mạnh hơn nữa.
Các nhà khoa học gần thực sự nhìn thấy sóng hấp dẫn. Tín dụng hình ảnh: NASA
Trọng lực là một lực quen thuộc. Đó là lý do sợ độ cao. Nó giữ mặt trăng với Trái đất, Trái đất với mặt trời. Nó giữ bia khỏi trôi ra khỏi ly của chúng tôi.
Nhưng bằng cách nào? Có phải Trái đất đang gửi tin nhắn bí mật lên mặt trăng?
Vâng, vâng - loại.
Eanna Flanagan, phó giáo sư vật lý và thiên văn học của Cornell, đã dành cả cuộc đời để hiểu về lực hấp dẫn từ khi còn là sinh viên Đại học Dublin ở Ireland. Bây giờ, gần hai thập kỷ sau khi rời Ireland để học tiến sĩ dưới thuyết tương đối nổi tiếng Kip Thorne tại Viện Công nghệ California, công trình của ông tập trung vào dự đoán kích thước và hình dạng của sóng hấp dẫn - một hiện tượng khó nắm bắt của Thuyết tương đối tổng quát năm 1916 của Einstein nhưng chưa bao giờ được phát hiện trực tiếp
Năm 1974, các nhà thiên văn học của Đại học Princeton, Russell Hulse và Joseph H. Taylor Jr. đã gián tiếp đo ảnh hưởng của sóng trọng lực lên các ngôi sao neutron cùng quỹ đạo, một khám phá đã mang lại cho họ giải thưởng Nobel vật lý năm 1993. Nhờ công trình gần đây của Flanagan và các đồng nghiệp, các nhà khoa học hiện đang đứng trước cơ hội nhìn thấy những đợt sóng trọng lực đầu tiên trực tiếp.
Âm thanh không thể tồn tại trong chân không. Nó đòi hỏi một phương tiện, chẳng hạn như không khí hoặc nước, thông qua đó để truyền tải thông điệp của nó. Tương tự như vậy, trọng lực không thể tồn tại trong hư vô. Nó cũng cần một phương tiện để truyền tải thông điệp của nó. Einstein đưa ra giả thuyết rằng phương tiện đó là không gian và thời gian, hay là vải không thời gian.
Thay đổi áp lực - tiếng đập trên trống, dây thanh âm rung - tạo ra sóng âm, gợn sóng trong không khí. Theo lý thuyết Einstein Einstein, những thay đổi về khối lượng - sự va chạm của hai ngôi sao, bụi rơi trên giá sách - tạo ra sóng trọng lực, gợn sóng trong không thời gian.
Bởi vì hầu hết các vật thể hàng ngày có khối lượng, sóng trọng lực nên ở xung quanh chúng ta. Vậy tại sao chúng ta có thể tìm thấy bất kỳ?
Làn sóng trọng lực mạnh nhất sẽ gây ra nhiễu động có thể đo được trên Trái đất nhỏ hơn 1.000 lần so với hạt nhân nguyên tử, theo lời giải thích của Flanagan. Phát hiện ra chúng là một thách thức kỹ thuật lớn.
Phản ứng trước thách thức đó là LIGO, Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser, một thí nghiệm khổng lồ liên quan đến sự hợp tác của hơn 300 nhà khoa học.
LIGO bao gồm hai cài đặt gần 2.000 dặm ngoài -. Một ở Hanford, Washington, và một ở Livingston, La Mỗi cơ sở được hình thành như một người khổng lồ “L”, với hai cánh tay 2,5 dặm dài làm bằng 4 chân đường kính. ống chân không bọc trong bê tông. Các chùm tia laser cực ổn định đi qua các đường ống, nảy giữa các gương ở cuối mỗi cánh tay. Các nhà khoa học mong đợi một sóng trọng lực đi qua kéo dài một cánh tay và siết chặt cánh tay kia, khiến hai tia laser di chuyển khoảng cách hơi khác nhau.
Sự khác biệt sau đó có thể được đo bằng cách can thiệp vào các tia laser nơi các cánh tay giao nhau. Nó được so sánh với hai chiếc xe tăng tốc vuông góc về phía ngã tư. Nếu chúng di chuyển cùng tốc độ và khoảng cách, chúng sẽ luôn gặp sự cố. Nhưng nếu khoảng cách là khác nhau, họ có thể bỏ lỡ. Flanagan và các đồng nghiệp đang hy vọng bỏ lỡ.
Hơn nữa, chính xác mức độ tia laser chạm hoặc bỏ lỡ sẽ cung cấp thông tin về đặc điểm và nguồn gốc của sóng hấp dẫn. Vai trò của Flanagan sườn là dự đoán những đặc điểm này để các đồng nghiệp của anh tại LIGO biết phải tìm gì.
Do các giới hạn công nghệ, LIGO chỉ có khả năng cảm nhận các sóng hấp dẫn ở một số tần số nhất định từ các nguồn mạnh, bao gồm các vụ nổ siêu tân tinh trong Dải Ngân hà và quay nhanh hoặc quay quanh các sao neutron ở Dải Ngân hà hoặc các thiên hà xa xôi.
Để mở rộng các nguồn tiềm năng, NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã lên kế hoạch cho người kế nhiệm LIGO, LISA, Anten không gian giao thoa kế laser. LISA cũng tương tự như trong khái niệm để LIGO, ngoại trừ laser sẽ bị trả trong ba vệ tinh 3 triệu dặm ngoài trailing Trái Đất trên quỹ đạo quanh mặt trời. Do đó, LISA sẽ có thể phát hiện sóng ở tần số thấp hơn LIGO, chẳng hạn như sóng được tạo ra bởi sự va chạm của sao neutron với lỗ đen hoặc va chạm của hai lỗ đen. LISA dự kiến ra mắt vào năm 2015.
Flanagan và các cộng tác viên tại Viện Công nghệ Massachusetts gần đây đã giải mã chữ ký sóng hấp dẫn dẫn đến khi một lỗ đen siêu lớn nuốt chửng một ngôi sao neutron cỡ mặt trời. Đó là một chữ ký sẽ rất quan trọng để LISA nhận ra.
Khi LISA bay, chúng ta sẽ thấy hàng trăm thứ này, Flanagan lưu ý. Chúng tôi sẽ có thể đo lường không gian và thời gian bị biến dạng như thế nào, và cách không gian được cho là bị xoắn bởi một lỗ đen. Chúng tôi nhìn thấy bức xạ điện từ, và chúng tôi nghĩ rằng nó có lẽ là một lỗ đen - nhưng đó là khoảng cách mà chúng tôi đã có. Sẽ rất thú vị khi cuối cùng cũng thấy rằng thuyết tương đối thực sự hoạt động.
Nhưng, ông cảnh báo, có thể nó không hoạt động. Các nhà thiên văn học quan sát rằng sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc. Một lời giải thích là thuyết tương đối rộng cần phải được sửa đổi: Einstein hầu như đúng, nhưng trong một số chế độ, mọi thứ có thể hoạt động khác đi.
Thomas Oberst là một nhà văn khoa học thực tập tại Cornell News Service.
Nguồn gốc: Đại học Cornell
