Sóng hấp dẫn hoạt động như thế nào?

Einstein từ lâu đã suy đoán về sự tồn tại của sóng hấp dẫn, nhưng nhân loại phải mất nhiều thập kỷ để chứng minh rằng chúng có thật.

Lực hấp dẫn không chỉ giữ mọi thứ lại với nhau. Ngay sau khi xây dựng thuyết tương đối rộng của mình, nhà bác học Albert Einstein suy đoán rằng loại lực cơ bản này còn có thể tạo ra những gợn sóng trong cấu trúc không-thời gian. Tuy nhiên, ông không chắc chắn về nhận định của chính mình.

Sóng hấp dẫn hoạt động như thế nào?
Einstein lần đầu dự đoán có sóng hấp dẫn vào năm 1916 dựa trên thuyết tương đối rộng. (Ảnh: UF).

Các phương trình của thuyết tương đối rộng nổi tiếng là khó giải, vì vậy không có gì ngạc nhiên khi ngay cả Einstein cũng thừa nhận điều đó. Phải mất nhiều thập kỷ nghiên cứu, các nhà vật lý mới đi đến kết luận ủng hộ thuyết tương đối rộng, hay nói cách khác, họ tin rằng sóng hấp dẫn thực sự có thật.

Hầu hết mọi thứ trong vũ trụ đều có thể tạo ra sóng hấp dẫn, chỉ cần chúng lắc lư một chút. Sóng hấp dẫn có điểm chung với nhiều loại sóng khác. Ví dụ, nếu lắc lư trong nước, bạn sẽ tạo ra sóng nước. Nếu thanh quản của bạn rung, nó sẽ tạo ra sóng âm thanh. Nếu bạn làm lung lay một electron, nó tạo ra sóng điện từ.

Sóng hấp dẫn truyền ra ngoài từ một nguồn nào đó với tốc độ ánh sáng và có hình gợn sóng theo đúng nghĩa đen. Mặc dù hiện diện ở khắp nơi, chúng ta rất khó cảm nhận chúng.

Nguyên nhân là bởi lực hấp dẫn rất yếu. Ngay cả khi tăng cường độ lên gấp một tỷ tỷ tỷ lần, nó vẫn là lực yếu nhất trong 4 lực cơ bản của vũ trụ, bên cạnh lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu. Do đó, sóng hấp dẫn gây ra bởi lực hấp dẫn bình thường là những nhiễu động cực nhỏ.

Sóng hấp dẫn hoạt động như thế nào?
Mô tả hai hố đen hợp nhất tạo ra sóng hấp dẫn trong cấu trúc không-thời gian. (Ảnh: NASA).

Để tạo ra nhiễu động đáng kể trong không-thời gian, chúng ta cần thứ gì đó vĩ mô cả về khối lượng và năng lượng, chẳng hạn như va chạm giữa hai hố đen, hố đen nuốt chửng ngôi sao, vụ nổ sao neutron, sự kiện siêu tân tinh, hoặc các lực hỗn loạn được giải phóng từ Vụ nổ Lớn (Big Bang).

Nếu ở trong phạm vi khoảng nửa dặm từ hai hố đen hợp nhất, sóng hấp dẫn phóng ra đủ mạnh để xé nát cơ thể bạn. Tuy nhiên, nếu ở cách xa hàng trăm dặm, nó yếu đến mức thậm chí không thể khiến bạn dựng tóc gáy.

Từ vị trí của chúng ta trên Trái Đất, cách xa những sự kiện mãnh liệt này hàng triệu đến hàng tỷ năm ánh sáng, sóng hấp dẫn có biên độ không lớn hơn chiều rộng của một proton.

Tính chất cực yếu của sóng hấp dẫn là lý do tại sao phải mất gần một phần tư thế kỷ, các nhà khoa học mới phát triển được công nghệ để phát hiện ra chúng. Vào năm 2015, Đài quan trắc sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế laser (LIGO) đã lần đầu tiên xác nhận sự hiện diện trực tiếp của sóng hấp dẫn. Nguồn gốc của tín hiệu đặc biệt đó đến hai hố đen hợp nhất cách chúng ta 1,4 tỷ năm ánh sáng.

Vì lực hấp dẫn rất yếu, sóng hấp dẫn hầu như không tương tác với vật chất, do đó chúng có thể truyền tự do khắp vũ trụ mà không bị tán xạ hoặc hấp thụ.

Kể từ lần phát hiện đầu tiên vào năm 2015, LIGO và Virgo - đài thiên văn anh em của nó ở Italy - đã xác nhận hơn bốn chục vụ va chạm hố đen. Các nhà khoa học đã đi từ phát hiện sóng hấp dẫn không thường xuyên đến một nhánh chính thức của thiên văn học. Những nhiễu động không-thời gian này đã mang đến cái nhìn sâu sắc về hoạt động bên trong của vũ trụ và mở đường cho các nhà thiên văn học khám phá những bí ẩn mới của vũ trụ trong tương lai.

Từ khóa liên quan: