VietBest

Một tin tức đặc biệt đang làm chấn động thế giới: Đã tìm thấy sóng hấp dẫn! Tôi rất đỗi vui mừng khi nghe tin này và lập tức nhớ tới một bài báo của tôi đã đăng tại Việt Nam 15 năm trước: “Sóng hấp dẫn – hòn đá thử vàng của vũ trụ học”, ngụ ý rằng sóng hấp dẫn chính là chìa khóa để vén mở bí mật của vũ trụ. Nay là lúc nên thảo luận vấn đề này một lần nữa dưới ánh sáng của khám phá mới.

Nếu sóng điện từ (tia X, sóng radio, ánh sáng) chuyển dời những xáo động (disturbances) trong trường điện từ thì tương tự như vậy sóng hấp dẫn chuyển dời những xáo động trong trường hấp dẫn. Và cũng giống như sóng điện từ, sóng hấp dẫn có thể chuyển tải thông tin và năng lượng từ các nguồn phát ra chúng.








Trong mấy ngày vừa qua, các nhà khoa học Mỹ loan báo lần đầu tiên họ đã có dịp quan sát trực tiếp một hiện tượng thiên văn vũ trụ chưa từng thấy, mặc dù đã chờ đợi 98 năm nay:



Hai hốc đen – hai thiên thể khổng lồ quỷ quái – quay vòng quanh nhau trong không gian. Một hốc đen có khối lượng bằng khoảng 35 lần Mặt Trời của chúng ta, hốc đen kia bằng khoảng 30 lần. Trước khi chúng hợp nhất làm một, chúng quay xung quanh nhau hàng chục lần trong 1 giây. Sau đó hợp lại làm một.


Xem video sau đây để hình dung sự kiện mô tả ở trên cụ thể hơn:

Hốc đen hợp nhất khổng lồ này không chỉ phát ra năng lượng mà còn làm cong không thời gian xung quanh nó, nhờ đó các nhà khoa học đã ghi nhận được hiện tượng lạ lùng mà họ chờ đợi gần một trăm năm nay, mặc dù nó xẩy ra ở một nơi trong vũ trụ cách chúng ta khoảng 1,3 tỷ năm ánh sáng.

Hai Đài quan sát sóng hấp dẫn độc lập với nhau, cách nhau 3000km cùng thuộc cơ quan LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories) gần như đồng thời ghi nhận được hiện tượng này. Đó là: Đài quan sát tại Livingston thuộc tiểu bang Louisiana và Đài quan sát The Hanford, thuộc tiểu bang Washington. Đài quan sát Livingstone tóm bắt được tín hiệu sớm hơn The Hanford chỉ 7/1000 giây!






Nói về hấp dẫn, thì công lao đầu tiên thuộc về Isaac Newton, khi ông chỉ ra rằng tồn tại lực hấp dẫn – tương tác giữa những vật chất có khối lượng (chuyện quả táo rơi), và không những thế, ông còn tính được chính xác những lực đó.

Nhưng phải đợi đến Michael Faraday thì khái niệm trường (field) mới hình thành, bắt đầu từ trường điện từ (electro-magnetic field). Không ai nhìn thấy trường điện từ, nhưng Faraday “cảm nhận” được nó thông qua những biểu hiện gián tiếp. Hình ảnh mạt sắt phân bố theo những đường cong (đường sức) của từ trường giúp Faraday hình dung ra từ trường. Vậy nếu có lực điện từ thì phải có trường điện từ. Lực chẳng qua là biểu lộ của trường tại một điểm. Trường là không gian vật chất truyền lực tương ứng. Trường điện từ là không gian vật chất truyền lực điện từ. Không gian vật chất này lấp đầy những hạt cơ bản chuyên trách chịu trách nhiệm làm công việc truyền lực đó.













Nhưng tôi còn nhìn thấy một hệ quả sâu xa hơn nữa. Đó là sự củng cố lý thuyết Big Bang và điều này liên quan tới triết học, tới vũ trụ quan, ủng hộ quan điểm của Thuyết Sáng tạo.

Sóng hấp dẫn – Big Bang – Thuyết Sáng tạo

Rốt cuộc, sóng hấp dẫn là một sự thật, không còn ai nghi ngờ nữa. Giải mã những thông tin của sóng hấp dẫn, khoa học sẽ tạo dựng được bức tranh hình thành vũ trụ. Mặc dù việc này vẫn đang còn ở phía trước, nhưng các nhà khoa học đã vững tin rằng họ đang đi đúng đường. Lý thuyết Big Bang đáng được tin cậy hơn, vì càng ngày càng có thêm nhiều bằng chứng xác nhận nó. Sóng hấp dẫn vừa tìm được mặc dù phát ra từ sự hợp nhất của hai hốc đen, nhưng nó là bài học, là tấm gương để các nhà vũ trụ học tiếp tục tìm kiếm sóng hấp dẫn phát ra từ chính Big Bang. Một ngày nào đó có thể không xa, chúng ta có thể lại bị chấn động bởi một phát hiện tương tự như hôm nay, rằng đã bắt được tín hiệu sóng hấp dẫn từ Big Bang. Dù chưa đến ngày đó, logic và cơ sở khoa học của lý thuyết Big Bang đến nay vẫn vững chắc đến mức được hầu như tất cả các nhà khoa học ủng hộ, bao gồm cả những nhà khoa học hữu thần lẫn vô thần.

Đại biểu xuất sắc của các nhà khoa học hữu thần – những nhà khoa học tin vào Thuyết Sáng tạo – chẳng phải ai khác Albert Einstein. Ông không tin vào Chúa của Thiên Chúa giáo và Do Thái giáo, nhưng tin vào Chúa của vũ trụ – Đấng Sáng tạo, tác giả của các định luật vũ trụ. Ông coi niềm tin đó là Đạo Vũ trụ. Và ông viết rất rõ ràng về điều này trong cuốn “Thế giới như tôi thấy”: “Đạo của anh ta là sự kinh ngạc ngất ngây trước sự hài hòa của tính quy luật tự nhiên, nơi tỏa rạng một lý tính ưu việt, đến nỗi đối diện với ánh hào quang ấy, tất cả những gì đáng kể trong tư tưởng và sự sắp đặt của con người chỉ là một ánh hồi quang hoàn toàn hư ảo mà thôi” (NXB Tri Thức 2004, trang 38).

Trong khi đó, thuyết tiến hóa của Darwin có bằng chứng gì? Những giả thuyết về biến dĩ ngẫu nhiên, chọn lọc tự nhiên, sự hình thành sự sống tự phát,… dựa trên thực tế nào? Tuyệt nhiên không có! Đó là lý do để nhà sinh hóa bậc nhất thế kỷ 20, Ernst Chain, một trong những cha đẻ của khoa học về kháng sinh, nhận định: thuyết tiến hóa chỉ là một “giả thuyết vô bằng chứng và mâu thuẫn với thực tế” và “không đáng gọi là một lý thuyết”, “không phải là một bộ phận của khoa học”.

Trong một bài báo nhan đề “Einstein vs Darwin” (Einstein đối lập với Darwin), nhà vũ trụ học nổi tiếng Frank Tipler, giáo sư vật lý toán tại Đại học Tulan ở New Orleans, Mỹ, nhận định: “Mặc dù Einstein và Darwin là hai tên tuổi lớn thuộc hai lĩnh vực khác xa nhau, nhưng không thể cả hai cùng đúng. Nếu Einstein đúng thì ắt Darwin phải sai và ngược lại”. Nay ta thấy rõ là Einstein đúng, và Darwin không đáng được coi là một nhà khoa học. Đúng ra, ông nên được xem như một nhà viết truyện khoa học viễn tưởng, và truyện của ông chỉ đánh lừa được những người ưa chuyện viển vông, phỏng đoán vô căn cứ.

Tài liệu tham khảo:
Gravitational waves: Numbers don’t do them justice

Chiến tranh giữa các lỗ đen: cách đây rất lâu, ở nơi rất xa trong vũ trụ,...

Cách đây chỉ khoảng vài tỷ năm, nhiều triệu thiên hà đã có mặt, một cặp lỗ đen không biết vì hiềm khích gì đã lao đầu vào nhau, mở đầu cho một trong những câu chuyện hấp dẫn nhưng đầy thách thức của vật lý học hiện đại. Khi đó chúng cuộn xoắn, ngày càng tiến vào nhau trong khoảng một tỷ năm với vũ điệu có thể nói là dữ dội nhưng cũng lãng mạn nhất vũ trụ. Tại thời điểm chỉ còn cách nhau khoảng vài trăm kilomet, chúng đột ngột đảo ngược với tốc độ gần như của ánh sáng, đồng thời "rùng mình" phát ra năng lượng hấp dẫn. Không gian và thời gian khi đó đã bị bóp méo tương tự như bọt nước lăn tăn khi đun sôi lên.

Trong khoảng khắc sắp phải sáp nhập với nhau, chúng phát xạ ra lượng năng lượng lớn hơn bất kỳ ngôi sao nào trong vũ trụ. Một lỗ đen mới được hình thành, nặng hơn Mặt Trời của chúng ta 62 lần và gần như chỉ rộng bằng một tiểu bang Maine của Mỹ. Sau đó, dường như nó có thể tự đánh bóng bôi trơn, tạo thành hình cầu hơi phẳng và bắt đầu thu lấy năng lượng đã trốn thoát. Sau đó, không gian và thời gian lại tiếp tục im lặng một cách đáng sợ như chưa có chuyện gì xảy ra.

Những gợn sóng hấp dẫn được đẩy đi ra mọi hướng và càng đi xa càng suy yếu dần. Khi đó trên Trái Đất, khủng long đã phát sinh, đã phát triển và đã tuyệt chủng nhưng rồi những con sóng ấy vẫn tiếp tục được duy trì dù ngày càng yếu đi. Khoảng 50 ngàn năm trước đây, những con sóng hấp dẫn này đã đi vào thiên hà Milky Way của chúng ta, cũng trong khoảng thời gian đó, Homo sapiens bắt đầu lên thống trị hành tinh mang tên Trái Đất. Và rồi loài người cứ phát triển, xây dựng nền văn minh của họ cho tới cách đây khoảng 100 năm, Albert Einstein, một trong những thành viên cao cấp của Homo sapiens, đã dự đoán sự tồn tại của những con sóng hấp dẫn này và từ đó, ông đã truyền cảm hứng cho những suy đoán và tìm kiếm trong vô vọng suốt nhiều thập kỷ nay.

Lần đầu phát hiện ra sóng hấp dẫn, thế giới rúng động với sự phấn khích và hoài nghi của chính người phát hiện

Lại nói tới chuyện cách đây 22 năm, người ta bắt đầu xây dựng Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế ( LIGO). Sau đó tới 14/9/2015, một con sóng hấp dẫn đã đi tới Trái Đất và khi đó, Marco Drago, một nghiên cứu sinh tiến sĩ người Ý 32 tuổi đã trở thành người đâu tiên thông báo điều này. Khi đó, ông đang ngồi trước màn hình máy tính tại học viện Albert Einstein ở Hannover, Đức và theo dõi dữ liệu từ LIGO.

Những con sóng khi đó xuất hiện trên màn hình như sóng bị nén lại, nhưng với đôi tai thính nhất mà con người tạo ra của LIGO, những rung động tinh tế chưa tới 1 phần ngàn tỷ cm đã được nghe bởi các nhà khoa học và họ gọi đây là tiếng hót mờ nhạt của vũ trụ. Ngày 12/02/2016, tại một cuộc họp báo tại Mỹ, nhóm nghiên cứu LIGO chính thức tuyên bố đó thật sự chính là tín hiệu của sóng hấp dẫn - lần đầu tiên trong lịch sử nó được quan sát trực tiếp, nghe tận tai.

Khi Drago nhìn thấy tín hiệu này, ông đã không khỏi choáng váng: "Thật là khó để biết tôi phải làm gì tiếp theo khi chứng kiến điều đó". Khi đó ông đã thông báo với một đồng sự, người đã nhanh trí gọi điện cho phòng vận hành LIGO ở Livingston, Louisiana. Giới khoa học bắt đầu lan truyền với nhau và ngày càng có nhiều người tham gia vào dự án. Tại California, Mỹ, David Reitze, giám đốc điều hành của LIGO cho biết: "Tôi không nhớ là lúc đó đã nói gì nữa. Hình như là chết tiệt, cái quái gì đây".

Vicky Kalogera, giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học Northwestern cho biết: "Chồng tôi gọi nhưng tôi bỏ mặc. Tôi hoàn toàn lờ đi và chỉ chạy tới lướt qua hàng loạt các email lạ và nghĩ rằng, điều gì đang xảy ra vậy." Trong khi đó, Rainer Weiss, nhà vật lý học đã lần đầu tiên đề xuất xây dựng LIGO vào năm 1972 lúc đó đang đi nghỉ mát nhận được tin đã đăng nhập vào hệ thống, nhìn thấy tín hiệu và hét lên "Chúa ơi". Tiếng hét đủ lớn để con trai và vợ của ông phải chạy đến hỏi xem có chuyện gì khủng khiếp đã xảy ra. Thật sự quá khủng khiếp.

Một phát hiện phi thường cần những bằng chứng phi thường

Vui đủ rồi, đội ngũ phòng thí nghiệm bắt đầu tiến hành một quá trình gian khổ để kiểm tra dữ liệu, không chỉ 1 lần mà 2 lần, 3 lần, 4 lần,... Reitze cho biết: "Chúng tôi thường nói với nhau rằng chúng ta đã thực hiện những phép đo chỉ bằng 1 phần nhiều ngàn đường kính của một proton và điều đó sẽ kể với chúng ta câu chuyện về 2 lỗ đen sáp nhập với nhau cách đây hàng tỷ năm. Đây là một tuyên bố phi thường và nó cần phải có những bằng chứng phi thường để xác thực."

Cùng lúc đó, các nhà khoa học tại LIGO đã tuyên thệ tuyệt đối giữ bí mật quá trình nghiên cứu của họ. Tuy nhiên, không tránh khỏi những tin đồn lan rộng ra trong giới khoa học từ tháng 9 năm ngoái cho tới mới đây, các phương tiện truyền thông, các báo khoa học cứ lâu lâu lại đưa tin và có khi, người ta còn dự đoán về một giải Nobel được trao cho nhóm nghiên cứu. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu vẫn tiếp tục âm thầm làm việc và nếu có ai hỏi thì câu trả lời cứ là "vẫn đang phân tích dữ liệu, chưa có gì để thông báo". Thậm chí, các nhà nghiên cứu còn không được nói với chồng hoặc vợ của họ.

Sơ qua một chút về LIGO

LIGO bao gồm 2 cơ sở cách nhau gần 3000 km, khoảng 3,5 giờ bay bằng máy bay chở khách nhưng đối với sóng hấp dẫn, nó chỉ mấy khoảng 10 phần vài nghìn giây để bay tới. Một máy dò được đặt ở Livingston, Louisiana, nằm trong một khu đầm lầy ở phía đông Baton Rouge, bao quanh là những rừng thông. Cái còn lại đặt ở Hanford, Washington, nằm ở rìa phía tây nam của một trong những khu vực sa mạc bị ô nhiễm hạt nhân cao nhất ở Hoa Kỳ mặc dù các lò phản ứng ở đây đã ngừng hoạt động.

Ở cả 2 khu vực, một cặp ống bê tông cao 3,6 mét kéo dài về 2 phía gần như vuông góc với nhau, do đó nhìn từ trên cao xuống trông như một cái eke mà chúng ta hay dùng để vẽ góc vuông. Mỗi đường ống dài khoảng 4 km và phải được nâng lên khỏi mặt đất khoảng 1 mét ở mỗi đầu để giữ cho chúng nằm thẳng trên mặt đất vốn dĩ cong ở bên dưới. Xây ra công trình lớn và đầy tốn kém như thế nhưng mục đích cuối cùng là khám phá ra thêm bằng chứng về thuyết tương đối phổ quát của Einstein. Lý thuyết được Einstein đưa ra một cách đơn giản nhưng ông nào biết quá trình chứng minh nó khó khăn đến thế. Theo ông thì không thời gian sẽ bị bẻ cong khi có sự hiện diện của khối lượng và độ cong này sẽ tạo ra một hiệu ứng gọi là sự hấp dẫn.

Khi 2 lỗ đen đi vào quỹ đạo của nhau, chúng sẽ kéo căng và siết chặt không thời gian giống như trẻ em đang chạy chơi trên một tấm đệm lò xo, hình thành nên những rung động rất mạnh và những rung động này được gọi là sóng hấp dẫn. Các sóng này luôn du hành từ nguồn phát tới khắp vũ trụ, tới cả chúng ta và về cơ bản thì nó yếu hơn rất nhiều so với các lực cơ bản khác, do đó chúng ta không bao giờ cảm nhận được chúng. Chính Einstein còn nghĩ rằng gần như không bao giờ phát hiện ra được sóng hấp dẫn. Thậm chí có 2 lần Einstein còn cho rằng nó không tồn tại, sau đó lại đổi ý và cho rằng nó tồn tại. Nói vậy chứ chỉ riêng thiết kế và xây dựng nên LIGO cũng mất của các nhà khoa học vài thập kỷ gian khổ chứ chẳng chơi.

Gần 5 thập kỷ sau tuyên bố của Einstein, chưa có ai nghĩ tới chuyện sẽ xây dựng một công cụ để phát hiện sóng hấp dẫn. Người đầu tiên nghĩ tới chuyện đó là giáo sư Joe Weber tại Đại học Maryland. Ông đã đặt tên cho thiết bị này ăng ten cộng hưởng. Đó là một ống bằng nhôm, về cơ bản hoạt động như một cái chuông và ông tin rằng nó sẽ giúp khuếch đại tín hiệu yếu ớt của sóng hấp dẫn. Khi sóng hấp dẫn chạm vào ống này, nó sẽ rung động rất nhẹ và bằng cách sử dụng những cảm biến xung quanh nó để chuyển thành tín hiệu điện để quan sát được.

Nhằm đảm bảo triệt tiêu hết những dao động khác như xe chạy, động đất nhẹ,... có thể gây nhiễu kết quả, Weber đã phát triển một số biện pháp bảo vệ: ông đặt các ăng ten vào trong chân không, đồng thời chế ra 2 cái để cùng nhau chạy ở 2 vị trí riêng biệt. Nếu cả 2 cùng có phản ứng giống nhau trong gần như cùng một thời điểm thì ông sẽ kết luận rằng đó có thể là sóng hấp dẫn. Vào tháng 6/1969, Weber tuyên bố rằng ăng ten của ông đã có một phát hiện gì đó. Khi đó giới vật lý và báo chí tưởng chừng như Weber đã thành công. Tờ Time giật tít "một chương mới trong quá trình quan sát vũ trụ của con người đã mở ra".

Sau đó, Weber công bố những tín hiệu mà ông thu thập được. Tuy nhiên, những nghi ngờ bắt đầu xuất hiện khi mà các phòng thí nghiệm khác cũng chế tạo thiết bị dò giống như Weber nhưng không đạt được kết quả như ông. Vào năm 1974, nhiều người kết luận rằng Weber đã sai lầm. Mặc dù vậy, ông tin rằng mình vẫn đúng và vẫn tiếp tục các thử nghiệm cho tới khi qua đời hồi năm 2000. Mặc dù thất bại, nhưng Weber đã để lại một di sản cho những nghiên cứu đi sau ông. Nó cung cấp một lời cảnh báo cho những "thợ săn sóng hấp dẫn" sau này rằng "tất cả chỉ là lừa dối, hãy cẩn thận và chỉ có Chúa mới biết điều gì đã xảy ra."

Và quên kể với các bạn rằng mặc dù mặc dù các nhà khoa học đã không thu được kết quả khi thử chế tạo ra thiết bị giống như của Weber nhưng họ đã được kích thích phải làm cái khác tốt hơn. Một trong số đó chính là nhà vật lý học tại MIT Rainer Weiss và ông chính là người đã bắt đầu thiết kế cái mà bây giờ chúng ta gọi là LIGO. Ông cho biết: "Tôi không thể hiểu những gì Weber đã đạt được. Tôi không nghĩ là nó đúng. Do đó tôi quyết định tự làm một cái khác."

Theo nhà nghiên cứu Fred Raab, lãnh đạo phòng thí nghiệm tại LIGO tại Hanford thì trong quá trình tìm kiếm sóng hấp dẫn "hầu hết các hoạt động diễn ra bằng điện thoại." Hàng tuần có một cuộc họp để thảo luận dữ liệu và mỗi 2 tuần có thêm một cuộc họp để phối hợp dữ liệu thu được từ 2 máy dò với sự cộng tác của các nhà nghiên cứu đến từ Úc, Ấn Độ, Đức, Anh,... Raab cho biết: "Khi thức dậy vào lúc nửa đêm, cái chúng ta tôi mơ đều là máy dò. Các bạn có thể hiểu được sự thân quen của nó đối với chúng tôi."

Để đảm bảo độ chính xác của LIGO, Weiss đã sử dụng ánh sáng như một chiếc thước đo. Weiss đã cho đặt bộ tia laser vào trong chỗ gấp khúc của chữ L và nó sẽ phát ra tia laser chạy dọc theo chiều dài của mỗi ống. Tia laser này sẽ chiếu vào một cái gương đặt ở cuối đầu ống, sau đó phản xạ lại máy dò. Tốc độ của ánh sáng di chuyển trong lòng ống là cố định nên không cần biết là nó dài bao nhiêu, chỉ cần đảm bảo không có không khí lọt vào bên trong thì ở điều kiện bình thường, 2 tia phản xạ lại sẽ cùng gập nhau ở góc chữ L. Khi có sóng hấp dẫn bước vào, chiếc gương và tia laser sẽ bị xô lệch đi một chút, dẫn tới sự mất đồng bộ khi phản xạ lại và đây chính là tín hiệu mà người ta tìm kiếm.

Tuy nhiên, trên đây chỉ là ý tưởng mà Weiss đã viết trong một báo cáo vào mùa xuân năm 1972 và thật sự nó chưa bao giờ được công bố rộng rãi. Tuy nhiên, theo Kip Thorne, giáo sư danh dự tại Caltech thì đây là một trong những tờ giấy vĩ đại nhất từng được viết ra. Tuy nhiên, ban đầu Thorne đã xem nhẹ thiết kế của Weiss và thậm chí ông còn từng ra bài tập cho sinh viên của ông, yêu cầu chứng minh rằng việc đo lường sóng hấp dẫn bằng laser kế là phi lý.

2 người đàn ông trong cùng một phòng khách sạn - cuộc nói chuyện định mệnh giữa đêm khuya

Dù vậy, Thorne đã nhanh chóng thay đổi quan điểm khi ông có cuộc gặp gỡ với Weiss vào năm 1975, khi 2 người cùng được mới tới một cuộc trao đổi do NASA tổ chức. Vào đêm đó, 2 người đàn ông đã nói chuyện với nhau. Weiss hồi tưởng lại: "Tôi không nhớ nó đã xảy ra như thế nào nhưng chúng tôi đã ở chung phòng vào đêm đó. Chúng tôi đã ngồi với nhau trên một chiếc bàn nhỏ, cùng nhau viết nên những tờ phác thảo và các phương trình. Không có nhiều người trên thế giới này có thể nói chuyện như Thorne, nói về cái mà cả 2 đều suy nghĩ trong nhiều năm nay."

Tuy nhiên, Thorne đã bị Weiss dụ thành công. Vào năm 1981, một nguyên mẫu thiết bị dò đã được Thorne chế tạo ở Caltech với 2 ống dò dài tới 40 mét. Đồng thời, một nhà vật lý người Scotland đã theo dõi toàn bộ quá trình và ông tiến hành cải thiện thiết kế ban đầu của Weiss.

Vào năm 1990, sau 1 năm nghiên cứu, nhóm 3 người là Weiss, Thorne và Drever đã cùng nhau thuyết phục quỹ khoa học quốc gia (NSF) để tài trợ xây dựng LIGO. Tổng chi phí ước tính của dự án là khoảng 272 triệu đô la, số tiền nhiều hơn bất cứ nghiên cứu nào được tài trợ bởi quỹ này. Và điều này lại tiếp tục là một cuộc chiến khi mà nhiều nhà khoa học cho rằng dự án LIGO rồi cũng chẳng đi tới đâu và cuối cùng chỉ là phí tiền. Khi đó giám đốc của NSF là Rich Isaacson đã rất đắn đó xem có nên tài trợ cho dự án hay không.

Rich Isaacson cho biết: "Nó không nên được xây dựng. Một vài thiết bị điên khùng chạy xung quanh nhưng không có tín hiệu nào được phát hiện, đồng thời nó còn phải sử dụng những thiết bị tạo chân không, triệt tiêu xung động địa chấn, hệ thống phản hồi... và có những thứ mà chưa bao giờ được phát minh ra." Tuy nhiên, may mắn là Isaacson đã từng viết một nghiên cứu về bức xạ hấp dẫn và ông tin rằng LIGO có thể là chìa khóa của vấn đề. Sau quá trình thuyết phục day dẳn, cuối cùng thì dự án cũng được chấp nhận và khởi công vào năm 1994.

Xây LIGO: ống chân không tinh khiết nhất thế giới, thiết bị đo nhạy nhất thế giới và còn nhiều cái nhất nữa,...

Thật ra chuyện chưa dừng lại ở đó và người ta phải mất nhiều năm tiếp theo để phát triển đầy đủ những thiết bị dò nhạy nhất trong lịch sử nhân loại với khả năng không bắt được bất cứ thứ gì khác ngoài sóng hấp dẫn. Đơn cử việc rút không khí ra khỏi ống đã mất hết 40 ngày và kết quả là một ống chân không tinh khiết nhất từng được tạo ra trên Trái Đất. Chưa hết, người ta còn phải tìm cách loại bỏ ảnh hưởng của gió, của sóng biển, biến động trong lưới điện, nhiễu jitter của bản thân các nguyên tử, các cơn bão, sấm sét từ rất xa,... vốn có thể làm sai lệch kết quả đo, gây nhầm lẫn với sóng hấp dẫn.

Tất cả mọi thứ đều được loại bỏ hoặc kiểm soát tuyệt đối. Một hệ thống giảm sốc cực nhạy được trang bị cho gương phản chiếu để triệt tiêu các chấn động địa chấn. Các hệ thống cảm biến nhận diện chuyển động gây nhiễu của xe cộ, máy bay, động vật,... cũng được trang bị để tạo nên thứ tinh khiết nhất trên hành tinh này. Nếu được lựa chọn thì có lẽ đây là một trong những nơi yên tĩnh nhất hành tinh chúng ta.

Weiss chia sẻ: "Có hàng chục ngàn thứ, tôi nhấn mạnh là hàng chục ngàn thứ cần phải được kiểm soát. Mọi thứ đều phải được thực hiện một cách hoàn hảo nhất để không gì có thể gây nhiễu tín hiệu. Khi cần tiến hành tinh chỉnh, chúng tôi phải làm việc trong một căn phòng cực kỳ sạch sẽ, khử trùng tất cả mọi thứ, mặc những bộ đồ đảm bảo kín 100% bởi dù một tế bào da hoặc một hạt bụi nhỏ cũng vô tình phá hủy thí nghiệm."

Cuối cùng vào năm 2001, phiên bản đầu tiên của LIGO đã chính thức đi vào hoạt động. Và trong 9 năm tiếp theo đó, các nhà khoa học liên tục theo dõi hiệu suất hoạt động của các thiết bị, đồng thời không ngừng cải thiện thuật toán phân tích dữ liệu của họ. Bên cạnh đó, 2 phòng thí nghiệm tại Caltech và cơ sở ở Đức liên tục phát triển những thiết bị mới, nâng cao độ nhạy của gương, laser, các công nghệ loại bỏ địa chấn, khử nhiễu,... để ngày càng hoàn thiên LIGO. Tới năm 2010, LIGO tạm dừng hoạt động để nâng cấp trong 5 năm với tổng chi phí 200 triệu đô la. Sau lần nâng cấp này, khả năng của LIGO đã được nâng lên gấp hàng nghìn lần so với trước đó.

Tính riêng cái gương thôi đã rất kỳ công rồi. Mỗi bộ phận gương chỉ rộng khoảng 30 cm, nặng gần 40 kg và mỗi inch vuông trên đó được đánh bóng hàng trăm triệu lần để đảm bảo tạo ra một chiếc gương cầu hoàn hảo. Tiết lộ nhỏ thôi, mỗi chiếc có giá khoảng nửa triệu đô la để hoàn thành. Ban đầu thì những chiếc gương này được treo lên bằng dây thép nên mặc dù đã được xử lý giảm chấn nhưng vẫn chưa hoàn hảo. Sau lần cập nhật, người ta đính nó vào một hệ thống con lắc để hoàn toàn cách ly nó khỏi các chấn động.

Thành công

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại LIGO đã lập hẳn một đội ngũ khách quan kiểm chứng lại kết quả này. Mặc dù rất tin tưởng vào kết quả, nhưng nhóm 4 thành viên này phải xem như mù, độc lập kiểm tra lại rất nhiều lần kết quả thu được và cuối cùng, họ xác nhận rằng các sóng hấp dẫn này đến từ đâu đó ở chòm sao Đại Khuyển (Canis Major). Dù vậy, họ vẫn chưa công bố vội và vẫn tiếp tục củng cố bằng chứng. Thậm chí, họ tự đặt ra câu hỏi rằng "có phải ai đó trong nhóm đã làm giả tín hiệu mà chúng ta không biết?". Và công tác kiểm chứng cứ tiếp tục cho tới khi các nhà khoa học đều tin rằng không một ai có thể qua mặt được các tính toán thực hiện bởi các hệ thống mạnh mẽ và những thuật toán chính xác thuộc hàng nhất thế giới này.

Nhóm quyết định lập hồ sơ tuyên bố kết quả, bao gồm cả nêu rõ cách họ canh chỉnh thiết bị, chia sẻ mã nguồn phần mềm họ sử dụng, lên danh sách những nhiễu loạn và cách loại bỏ chúng, bao gồm cả những cơn bão ở Thái Bình Dương, các dao động ở tầng điện ly, một trận bão sét lớn ở châu Phi,.... Cuối cùng, họ tuyên bố rằng loại bỏ các yếu tố gây nhiễu thì phát hiện lần này đạt ngưỡng 5 sigma (một tiêu chuẩn vàng khi tuyên bố một khám phá vật lý).

Quan trọng hơn nữa, họ khẳng định đây chính là sóng hấp dẫn đến từ một cặp lỗ đen va vào nhau. Bằng cách khai thác thêm thông tin từ sóng hấp dẫn, họ biết được thêm về kích thước, khối lượng của lỗ đen, tốc độ quỹ đạo của nó, thời điểm chính xác mà chúng va vào nhau và một lần nữa, khẳng định rằng lỗ đen có tồn tại 100%, không còn bất cứ nghi ngờ nào nữa. Phát hiện lần này đã chứng minh rằng Einstein đã đúng khi nó về khía cạnh vật chất của vũ trụ.

Mặc dù lý thuyết của Einstein nói về lực hấp dẫn nhưng trước giờ người ta mới kiểm chứng được trong khuôn khổ của Hệ Mặt Trời, bây giờ người ta mở rộng ra tính đúng đắn của nó trên phạm vi toàn vũ trụ. Weiss cho biết: "Bạn nghĩ rằng lực hấp dẫn của Trái Đất là cái khiến bạn mệt khi leo cầu thang. Chưa đâu! Khi mà vật lý ngày càng phát triển, đó chỉ là một hiệu ứng nhỏ, vô cùng nhỏ, cực kỳ nhỏ của lực hấp dẫn mà thôi." Vậy làm thế nào hồi năm 1916 Einstein có thể nghĩ ra được điều này, điều mà mãi 100 năm sau người ta mới thật sự quan sát được. Tưởng tượng gương mặt của Einstein sẽ ra sao khi ông biết được mình đã đúng sau 100 năm? Có lẽ ông đang mỉm cười dưới ngôi mộ kia.

Vật lý sẽ không chết, tương lai của vật lý học hiện đại đã khởi đi từ hôm nay




Kể từ thời của Galileo, người ta cho tới nay vẫn dựa vào ánh sáng để khám phá vũ trụ. Tuy nhiên, thành công lần này của LIGO đã cung cấp thêm một công cụ mới, vẫn đảm bảo tính sờ tận tay, nghe tận tai, thấy tận mắt của khoa học và đưa con người tiến xa hơn vào những bí ẩn của vũ trụ. Con người sẽ bớt sợ vũ trụ hơn, nhiều khám phá khác sẽ được thực hiện trong tương lai. Còn lần này, một điều mà khám phá lần này đã dẫn tới chính là chuyện du hành thời gian.


Theo khoahoc.vn