(Ảnh minh họa)
Thuyết tương đối rộng của
Albert Einstein
là lý thuyết quan trọng nhất trong vật lý hiện đại. Tuy nhiên, trong
suốt 100 năm kê từ khi giới thiệu cho đến nay, người ta vẫn chưa thể tạo
ra các điều kiện thí nghiệm cực hạn nhằm kiểm chứng lý thuyết này một
cách trọn vẹn. Và giờ đây, các nhà khoa học tuyên bố rằng họ đã có đủ
công nghệ đễ thật sự chứng minh tính đúng đắn toàn vẹn của học thuyết
này.
Năm 1915, thiên tài vật lý Albert Einstein đã công bố thuyết tương đối rộng diễn tả
lực hấp dẫn
như một tính chất cơ bản của không thời gian. Đồng thời, ông dùng các
phương trình để biểu thị sự tương quan giữa năng lượng, động lượng của
vật chất và bức xạ trong một trạng thái cụ thể. Từ đó đến nay đã 100 năm
trôi qua, thuyết tương đối đã trở thành trụ cột của vật lý hiện đại và
bất cứ ai tiếp cận tới vật lý đều phải chấp nhận nó. Tuy nhiên, các nhà
khoa học luôn muốn tạo ra những điều kiện cực hạn nhằm kiểm chứng thuyết
tương đối một cách trọn vẹn.
Kiểm chứng học thuyết của Einstein
Giờ đây, các nhà khoa học cho biết rằng họ đã có trong tay đủ công nghệ
để bắt đầu truy tìm những bằng chứng của thuyết tương đối. Clifford
Will, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Florida đã phát biểu: "Đối với
tôi, những điều mà thuyết tương đối rộng đã làm trong suốt 100 năm qua
là thật sự tuyệt vời. Những gì Einstein viết chính là thứ mà chúng ta sử
dụng ngày nay." Will cho biết, thuyết tương đối diễn tả sự hấp dẫn
không phải là một lực như thuyết cổ điển của Isaac Newton, là một sự uốn
cong không gian và thời gian do khối lượng của vật thể.
Theo đó, nguyên nhân Trái Đất có quỹ đạo quay quanh Mặt Trời không phải
vì nó hút Trái Đất, mà là do Mặt Trời đã bẻ cong không - thời gian. Có
thể hình dung như bạn bỏ một quả bóng bowling vào một tấm chăn đang căng
ra và tấm chăn sẽ uống cong theo hình dạng của quả bóng. Bên cạnh đó,
thuyết tương đối còn đưa ra những dự đoán về lỗ đen, nơi mà không thời
gian bị bẻ cong đến mức độ không có gì ở bên trong nó kể cả ánh sáng có
thể thoát ra ngoài. Ngoài ra, thuyết tương đối rộng còn cung cấp cơ sở
lý thuyết cho tiến trình dãn nỡ ngày càng nhanh của vũ trụ.
Trên thực tế, thuyết tương đối rộng đã được xác nhận qua nhiều vấn đề
thực tiễn. Chính bản thân Einstein đã nổi tiếng bằng cách dự đoán chính
xác quỹ đạo chuyển động của sao Thủy, điều mà các định luật vật lý của
Newton không thể diễn tả chính xác. Thuyết của Einstein còn dự đoán rằng
nếu một vật thể có khối lượng đủ lớn thì nó sẽ có thể uốn cong ánh
sáng. Đây là hiệu ứng thấu kính hấp dẫn và thường được các nhà thiên văn
học dùng trong việc dò tìm các ngoại hành tinh.
Tuy nhiên, nhà nghiên cứu Will cho biết rằng "Vẫn còn thiếu một mảnh
bằng chứng để khảo sát có gì sai với thuyết tương đối rộng hay không.
Điều quan trọng là phải kiểm chứng học thuyết trong những điều kiện chưa
từng được thực hiện trước đây." Về cơ bản, lập luận của thuyết tương
đối rộng hoàn toàn có thể lý giải được những tính chất của lực hấp dẫn
thông thường, những hoạt động của con người trên Trái Đất hoặc của những
hành tinh. Tuy nhiên, chưa từng có thử nghiệm nào đặt thuyết tương đối
vào trong những trạng thái cực hạn, những vùng nằm trong ranh giới của
vật lý.
Do đó, các nhà nghiên cứu quyết định kiểm chứng thuyết tương đối rộng
bằng các gợn của độ cong của không thời gian. Đây được gọi
sóng hấp dẫn
và được sinh ra trong những sự kiện dữ dội như trong lúc 2 vật thể đang
hợp nhất, bên trong lỗ đen hoặc các đối tượng vô cùng dày đặc như sao
neutron. "Những trận pháo hoa vũ trụ này" sẽ sản sinh ra những đốm sáng
rất nhỏ trong không - thời gian. Điển hình như một sự kiện như vậy có
thể thay đổi những khoảng cách tưởng chừng như tĩnh trên Trái Đất. Nếu 2
hỗ đen va chạm và sáp nhập trong thiên hà Milky Way, sóng hấp dẫn sinh
ra sẽ kéo dài và nén 2 vật thể trên Trái Đất cách nhau 1 mét, khiến
khoảng cách giữa chúng giảm đi khoảng 1/1000 đường kính của hạt nhân
nguyên tử.
Theo Will, giờ đây các nhà khoa học đã có thể thực hiện thử nghiệm với
khả năng phát hiện ra phát hiện ra gợn sóng không thời gian từ các sự
kiện trên. Ông cho biết: "Trong vài năm tới, chúng ta sẽ có rất nhiều cơ
hội trực tiếp phát hiện ra sóng hấp dẫn." Hiện tại, hệ thống
giao thoa kế laser nhằm quan sát sóng hấp dẫn (
LIGO)
đặt tại thành phố Richland, Washington, và Livingston, Louisiana đang
được sử dụng để phát hiện ra sóng hấp dẫn thông qua những biến dạng cực
nhỏ trong 2 bộ dò dài, hình chữ L. Khi những gợn sóng không thời gian đi
qua hệ thống này, chúng sẽ kéo dài và nén không gian, làm thay đổi độ
dài của cảm biến và LIGO sẽ đo được sự thay đổi này.
Hệ thống LIGO đã đi vào hoạt động từ năm 2002 nhưng sau đó chưa thể phát
hiện ra bất cứ gợn sóng hấp dẫn nào. Vào năm 2010, nó tạm ngừng hoạt
động để tiến hành nâng cấp lên phiên bản mới mang tên Advanced LIGO và
theo dự kiến sẽ tái khởi động vào cuối năm nay. Ngoài LIGO, các nhà khoa
học cũng đang thực hiện hàng loạt các thí nghiệm nhằm phát hiện ra sóng
hấp dẫn như dùng sự giao thoa của các nguyên tử siêu lạnh, xác định
chênh lệch thời gian đi tới Trái Đất của những tín hiệu từ sao xung hoặc
xác định tác động của sóng hấp dẫn nguyên thủy trên nền vi sóng vũ
trụ,…
Mục tiêu dài hạn hơn của vật lý hiện đại: Hợp nhất thuyết tương đối và cơ chế lượng tử
Tuy nhiên, Will cho rằng nếu các nhà khoa học phát hiện ra sóng hấp dẫn
thì điều đó chỉ tiếp tục củng cố cho lập luận của thuyết tương đối:
"Theo tôi, chúng ra sẽ tiếp tục chứng minh tính đúng đắn của thuyết
tương đối rộng." Nếu là vậy thì cần gì phải tiếp tục thực hiện nó? Xin
thưa một trong những mục tiêu dài hạn của vật lý hiện tại còn là hợp
nhất thuyết tương đối rộng và cơ chế lượng tử. Nói cách khác là hợp nhất
khoa học của thế giới vĩ mô với thể giới cực nhỏ.
Tuy nhiên, Will cho rằng nếu người ta phát hiện ra những thứ khác, thí
dụ như hấp dẫn lượng tử, thì thuyết tương đối rộng phải tiếp tục được
điều chỉnh và củng cố lại. Mặt khác, bất cứ thử nghiệm khả thi nào có
khả năng phát hiện ra các hiệu ứng của hấp dẫn lượng tử đều đòi hỏi một
lượng năng lượng cực kỳ lớn và đây chính là điều bất khả thi. "Nhưng bạn
sẽ không bao giờ biết được rằng, có thể có những hiệu ứng kỳ lạ trong
thế giới lượng tử vốn cực kỳ nhỏ nhưng có thể phát hiện được."
Tham khảo Mashable, Space, LS (1), (2)
https://www.tinhte.vn/threads/cac-nha-khoa-hoc-da-co-du-cong-nghe-de-kiem-chung-thuyet-tuong-doi-rong-cua-einstein.2437741/
![[IMG]](https://photo.tinhte.vn/store/2014/10/2605588_Windows_10_update.jpg)
