Vào ngày 11 tháng 2 năm 2016, các nhà khoa học đã đưa ra một thông báo phi thường: con người đã phát hiện thành công sóng hấp dẫn lần đầu tiên trong lịch sử.

Những làn sóng này, được Albert Einstein dự đoán hơn 100 năm trước trong thuyết tương đối rộng, là những gợn sóng trong không-thời gian lan truyền với tốc độ ánh sáng.

Hãy tưởng tượng chúng như những gợn sóng trên mặt nước khi bạn ném một hòn đá xuống ao. Sóng hấp dẫn chính là “những gợn sóng” của không-thời gian trong vũ trụ. Đây là một khoảnh khắc vĩ đại trong lịch sử vật lý học. Phát hiện này đánh dấu một cột mốc khổng lồ trong hành trình khám phá những lực lượng bí ẩn và vô hình của vũ trụ.

Những làn sóng được phát hiện là do hai hố đen va chạm và hợp nhất cách Trái Đất 1,3 tỷ năm ánh sáng. Khối lượng của chúng tương đương 29 và 36 lần khối lượng Mặt Trời, và khi hợp nhất, chúng tạo thành một hố đen mới có khối lượng bằng 62 lần Mặt Trời.

Sóng hấp dẫn có ý nghĩa gì đối với chúng ta?

Trong một cuộc phỏng vấn với Đài BBC, nhà vật lý lừng danh Stephen Hawking, chuyên gia về hố đen, đã bày tỏ niềm phấn khích trước phát hiện này.

Ông gọi đây là một bước ngoặt trong lịch sử khoa học. Hawking giải thích: “Sóng hấp dẫn mang đến cho chúng ta một cách hoàn toàn mới để nhìn vào vũ trụ. Phát hiện này có thể cách mạng hóa ngành thiên văn học. Đây là quan sát trực tiếp đầu tiên về sự hợp nhất của các hố đen, một điều vô cùng đột phá”.

Ông tiếp tục: “Vượt ra ngoài việc kiểm chứng lý thuyết của Einstein, chúng ta có thể dùng sóng hấp dẫn để nhìn ngược về thời điểm rất sớm của vũ trụ, thậm chí phát hiện dấu vết của Vụ Nổ Lớn (Big Bang)”.

Sóng hấp dẫn được phát hiện bởi Đài Quan Sát Sóng Hấp Dẫn giao thoa kế laser (LIGO) — một dự án tiên phong được thiết kế đặc biệt để bắt giữ những gợn sóng cực kỳ nhỏ trong không-thời gian. Phát hiện này là kết quả của nhiều năm nghiên cứu tỉ mỉ, bắt đầu từ dữ liệu thu thập vào tháng 9 năm 2015, sau đó được kiểm chứng trong nhiều tháng trước khi công bố vào tháng 2 năm 2016.

Làm thế nào mà phát hiện này xảy ra?

Hai hố đen hợp nhất tạo ra những làn sóng này nằm trong một chòm sao rất xa xôi, và năng lượng phát ra từ sự kiện đó cực kỳ mạnh mẽ. Tuy nhiên, khi đến Trái Đất, tác động của chúng lại vô cùng nhỏ, do đó công nghệ để phát hiện được phải rất nhạy cảm và chính xác. Các thiết bị của LIGO gồm hai trạm quan sát song song, một ở bang Washington và một ở bang Louisiana, cách nhau khoảng 2.900 km.

Chúng hoạt động bằng cách đo sự thay đổi cực nhỏ trong không-thời gian khi sóng hấp dẫn đi qua. Khi một làn sóng đi qua, nó kéo giãn và nén nhẹ khoảng cách giữa các gương được đặt ở hai đầu cánh tay của LIGO. Sự thay đổi này vô cùng nhỏ, nhưng LIGO được thiết kế đặc biệt để phát hiện chính xác đến mức vi mô này, cho phép các nhà khoa học ghi lại tín hiệu đầu tiên của sóng hấp dẫn.

Từ lý thuyết đến chứng minh

Con đường dẫn đến phát hiện này rất dài và gian nan. Ngay từ năm 1974, hai nhà vật lý Joseph Taylor và Russell Hulse đã quan sát thấy một sao xung trong hệ sao đôi, và nhận ra quỹ đạo của nó đang co lại — có thể là do sự phát ra sóng hấp dẫn. Họ dự đoán rằng những làn sóng này sẽ khiến hai ngôi sao va chạm và hợp nhất. Nhờ công trình đột phá này, họ đã được trao Giải Nobel Vật lý năm 1993.

Vào những năm 1960, nhà vật lý Joseph Weber của Đại học Maryland đã chế tạo thanh cộng hưởng – thiết bị đầu tiên được dùng để đo sóng hấp dẫn. Dù thí nghiệm này mang tính tiên phong, nhưng kết quả khó tái tạo, và các thử nghiệm sau đó không thành công.Mãi đến những năm 1990, dự án LIGO mới được hình thành với nguồn tài trợ từ Quỹ Khoa Học Quốc Gia Hoa Kỳ (NSF). Cơ sở này, được xây dựng từ cuối thập niên 1990, được thiết kế để phát hiện sóng hấp dẫn với độ chính xác cực cao. Năm 2002, các trạm bắt đầu thu thập dữ liệu, và đến năm 2015, họ cuối cùng đã ghi nhận được sóng hấp dẫn đầu tiên.

Phát hiện này thay đổi hiểu biết của chúng ta về vũ trụ như thế nào?

Điều khiến phát hiện này trở nên vĩ đại là vì sóng hấp dẫn mở ra một cách nhìn hoàn toàn mới về vũ trụ. Nếu sóng điện từ (như ánh sáng) chỉ cho phép ta quan sát vũ trụ khi nó đã hình thành 380.000 năm sau Vụ Nổ Lớn, thì sóng hấp dẫn lại cho phép ta nhìn thấy những khoảnh khắc đầu tiên ngay sau Vụ Nổ Lớn.

Đây là bước đột phá mở ra một cánh cửa hoàn toàn mới để hiểu những bí ẩn sâu thẳm nhất của vũ trụ. Đối với chúng ta, đây không chỉ là chiến thắng của cộng đồng khoa học, mà còn là một cái nhìn hé mở về tương lai. Các nhà khoa học tin rằng nghiên cứu sóng hấp dẫn sẽ giúp kiểm chứng các lý thuyết về hố đen, Vụ Nổ Lớn và cả cơ học lượng tử. Đây có thể là bước tiến quan trọng để hiểu cách lực hấp dẫn hoạt động ở cấp độ lượng tử, và hoàn thành giấc mơ của Einstein về một lý thuyết thống nhất kết hợp bốn lực cơ bản của tự nhiên.

Tương lai của thiên văn học: Một kỷ nguyên mới bắt đầu

Phát hiện này đã mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành thiên văn học. Không chỉ dừng lại ở việc chứng minh Einstein đúng, mà còn giúp chúng ta khám phá những bí mật có thể thay đổi cách nhân loại nhìn nhận vũ trụ.

Trong những năm tới, các nhà khoa học kỳ vọng sẽ hiểu rõ hơn về những sự kiện vũ trụ mạnh mẽ nhất, như vụ nổ siêu tân tinh, sự va chạm của các sao neutron, và sự hình thành của hố đen.

Vì thế, các bạn độc giả thân mến, các bạn có thấy phấn khích như chúng tôi không? Đây chỉ mới là khởi đầu. Ai biết được những bí ẩn nào khác của vũ trụ sẽ được hé lộ khi chúng ta tiếp tục khám phá những gợn sóng vũ trụ này!