Wednesday, October 4, 2017

Giải Nobel Vật lý 2017


Năm nay Ủy ban Nobel lựa chọn ba "cụ già" để trao giải Vật lý, vì những đóng góp quyết định vào máy dò LIGO và việc quan trắc sóng hấp dẫn. Vẫn theo thông lệ, tuyên bố chính thức của Ủy ban Nobel khá là mơ hồ đối với bạn đọc đại chúng. May thay trên website, họ đăng thêm một bài báo dạng khoa học thường thức để bọn não mịn như tôi có thể hiểu được.

Các nhà vật lý đã cho chúng ta biết, thế giới vận hành dựa trên 4 lực cơ bản nhất, đó là lực điện từ, lực hấp dẫn, lực tương tác mạnh và tương tác yếu.  Bình thường chúng ta quan sát được hai lực đầu tiên, còn hai lực sau chỉ có thể quan sát trong phòng thí nghiệm, vì khoảng cách tác dụng của chúng quá ngắn. 

Hiểu một cách đơn giản, mỗi lực cơ bản đi kèm theo trường lực của nó, và biến động của trường lực này sinh ra sóng tương ứng. Ví dụ khi bạn xoay một thanh nam châm, bạn đã tạo ra sóng điện từ. Hoàn toàn tương tự, nếu bạn nâng hạ một quả tạ, bạn đã tạo ra sóng hấp dẫn. Lý thuyết là thế. Song chứng minh cho chặt chẽ về mặt lý thuyết và thực nghiệm lại là cả một vấn đề.

Khoảng 20 năm trước khi cụ già nhất (trong số 3 cụ nhận giải năm nay) ra đời, thì "cụ cố" Einstein đã công bố Thuyết tương đối, mà một hệ quả tất yếu là sóng hấp dẫn tồn tại. Trong khi chúng ta biết rằng lực điện từ và sóng điện từ đi cặp với nhau, thì lực hấp dẫn và sóng hấp dẫn lại có vẻ không hiển nhiên như vậy. Dễ hiểu tại sao giới vật lý thực nghiệm không chịu bó tay trước một thách thức - mà thoạt nhìn chỉ ở tầm cỡ tiểu học như thế. Họ tìm mọi cách để phát hiện sóng hấp dẫn trong thực tế.

Dù rất nhiều bộ óc kiệt xuất đã tham gia vào, và tiền của đổ ra không ít, nhưng việc dò bắt sóng hấp dẫn vẫn như bóng chim tăm cá. Vấn đề là năng lượng của sóng hấp dẫn rất bé, bé lắm, bé hơn hạt anh túc, bé hơn cả hạt nhân nguyên tử. Mà để dò được một thứ bé đến thế thì phải có máy dò hàng siêu khủng, phải có công nghệ hàng siêu khủng để chế tạo nó, và phải có nhiều chuyên gia lăn lộn với nó năm này qua tháng khác để lo những việc thượng vàng hạ cám. Việc to ví dụ như khử nhiễu môi trường, việc bé như vận hành một cái máy hút chân không cho một cặp ống dài 4km mỗi chiếc, mà lại phải không gây ra nhiễu môi trường (ấy là đoán thế thôi nhé!)

Túm lại sau 40 năm kể từ lúc khởi công, thì năm 2015, loài người đã chế ra một cặp máy như thế, gọi là Đại giao thoa kế hấp dẫn lade, hay tên tiếng Anh là LIGO. Chiếc thứ nhất đặt ở Mỹ, và chiếc thứ hai, như các bạn đã đoán ra, cũng đặt ở Mỹ - cách nhau độ hơn 3 ngàn km. Bất kỳ phát hiện nào về sóng hấp dẫn đều phải được ghi nhận độc lập bởi cả hai máy, cách nhau một khoảng thời gian tương thích, thì mới được coi là hợp lệ.

Tình cờ cũng đúng năm đó, cặp LIGO này ghi lại được luôn một chớp sóng hấp dẫn (may thế!) Các nhà khoa học đã tính toán cụ thể là sóng này sinh ra từ vụ đụng độ của 2 hố đen loại bé, một cái tầm 29 lần khối lượng Mặt trời, cái kia tầm 36 lần. Nhẽ hố đen sau đụng độ phải bằng 65 lần khối lượng Mặt trời, nhưng không phải – tầm 3 lần khối lượng Mặt trời đã bị ném tung vào không gian dưới dạng sóng hấp dẫn chỉ trong vài phần giây (còn lại 62 lần khối lượng mặt trời ở hố đen mới). Về thời gian, vụ đụng độ này xảy ra khoảng 1.3 tỷ năm về trước – dạo đó sinh vật trên Trái đất của ta đang bận tiến hóa từ loại đơn bào lên loại đa bào.

Cho đến khi viết bài này, trong khoảng thời gian từ 2015 đến 2017, người ta đã ghi nhận được thêm 4 chớp hấp dẫn khác – chớp cuối cùng vào tháng Tám năm 2017.  Một vài quốc gia như Ấn độ và Nhật bản đang bày tỏ ý định xây dựng đài quan trắc hấp dẫn của mình. Đây có vẻ như một cuộc đua tranh, khi mà mỗi quốc gia đều hy vọng dẫn đầu trong khám phá vũ trụ thông qua sóng hấp dẫn.

Thử hình dung bức tranh như sau. Ta đang đi vào rừng, bạn nghe được tiếng chim hót, tiếng nước chảy, tiếng gáy của chú gà gô và tiếng sột soạt của con rắn đang trườn trên đám lá. Đồng hành với bạn là một người khiếm thính, anh ấy chỉ nghe được nếu có ai đó hú gọi hoặc bắn súng báo hiệu.

Với máy dò LIGO hiện tại, chúng ta đang ở mức độ khiếm thính như anh bạn kể trên. Ta chỉ có thể phân biệt được người hú là nam hay nữ, và áng chừng được hướng phát ra tiếng hú. Ta điếc đặc với tiếng chim tiếng suối, và nếu ta liều mạng đi bừa, có thể ta sẽ bị con rắn kia đớp cho một phát.

Song với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, chúng ta hoàn toàn có thể hy vọng vào việc một ngày nọ nghe thấy đủ mọi lời thì thầm của vũ trụ, đến dưới dạng các sóng hấp dẫn. Vũ trụ có thể kể cho ta về hành tinh,  về hố đen, về vật chất tối – là những thứ mà hiện giờ ta đang mù tịt, vì chúng không phát sáng. Sau bao nhiêu thế kỷ quan sát vũ trụ bằng mắt, giờ đây loài người có thêm một giác quan nữa – ta đã biết nghe.

Biên giới về tầm hiểu biết vừa được nâng lên một cấp độ mới. Liệu bạn có sẵn sàng lắng nghe?


2 comments:

  1. Thuyết tương đối đã sụp đổ rồi.
    Tại đây
    http://diendan.lyhocdongphuong.org.vn/chu-de/34694-tranh-luận-về-thuyết-tương-đối/?page=3

    ReplyDelete