TIN TÀI TRỢ.

Sóng hấp dẫn nguyên thủy: Tiếng vọng thuở hồng hoang

  • 0 Lượt chia sẻ
  • 2.61K Lượt đọc
  • 3 Trả lời

Cập nhật hằng ngày những tin tức chọn lọc từ Đọc Báo Giùm Bạn của Webtretho

Đến trả lời mới nhất
    • Avatar của hoa_mai
    • Thành viên Webtretho
      Offline
    • 10 năm
    • 15,982 Bài viết

    • 33,080 Được cảm ơn

    Thành viên cảm ơn nhiều 2018
    #1
    Sóng hấp dẫn nguyên thủy

    Tiếng vọng thuở hồng hoang


    TTCT - Tuyên bố về việc tìm ra sóng hấp dẫn nguyên thủy (Primordial gravitational waves) - kết quả nghiên cứu của trạm thiên văn BICEP2 tại Nam Cực - vừa được Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian công bố (ngày 17-3) ngay lập tức gây chấn động trong giới khoa học.


    Lần đầu tiên sóng hấp dẫn, tiên đoán chưa được kiểm chứng cuối cùng của thuyết tương đối rộng, được xác nhận.

    533559c323bdc181515
    Lược sử tiến hóa của vũ trụ từ Big Bang đến ngày nay - Ảnh: cam.ac.uk

    Đây cũng là lần đầu tiên con người biết được diễn tiến của vũ trụ từ thuở sơ khai, ngay sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Vì thế, nhiều nhà khoa học cho đây là một trong những khám phá khoa học vĩ đại nhất của con người, tương tự việc phát hiện năng lượng tối hoặc tìm ra hạt Higgs.

    Liệu chúng ta - những người không trong giới khoa học - có chút liên hệ gì trong những câu chuyện thế này?

    Kỷ niệm ấu thơ


    Khi còn thơ bé, bạn hẳn từng có lúc vừa đi vừa ngước mắt nhìn mặt trăng và thích thú nghĩ rằng mặt trăng đang đi theo mình. Bạn đi đâu, trăng theo đấy. Đó có lẽ là quan sát thiên văn đầu tiên của bạn.

    Tìm xem các thiên thể ở đâu đã và vẫn sẽ là một trong những câu hỏi quan trọng nhất của thiên văn học.

    Sau này, khi lớn lên, bạn được học rằng không phải mặt trời, mặt trăng đi theo mình. Sở dĩ có màn đêm là vì trái đất tự quay xung quanh trục của nó mỗi 24 giờ một vòng. Và chính trái đất quay xung quanh mặt trời chứ không phải là ngược lại. Điều hiển nhiên ấy, loài người phải mất hàng chục nghìn năm mới phát hiện ra.

    So với lịch sử hình thành con người hiện đại từ khoảng 200.000 năm về trước, thì thời điểm để chúng ta biết được điều này quả thật chỉ là phần thừa của con số lẻ. Nhưng đây chính là bước tiến dài đầu tiên của ngành thiên văn học.

    Những người tiên phong trong nhận thức mới mẻ này đã phải trả giá. Bruno đã phải lên giàn hỏa thiêu vì cổ vũ cho nhận thức mới này. G. Galileo, người ủng hộ thuyết nhật tâm sau khi đã hướng kính thiên văn lên bầu trời, đã phải công khai rút lui ý kiến trước tòa án giáo hội để bảo toàn mạng sống, dù niềm tin khoa học của ông không hề lung lay.

    “Nhưng dù sao trái đất vẫn quay (Eppur si muove)” - câu nói nổi tiếng của ông đã trở thành điển hình về sức sống không gì có thể dập tắt được của chân lý khoa học.

    Sau Galileo là J.Kepler với ba định luật thiên văn khẳng định chính trái đất và các hành tinh khác quay xung quanh mặt trời, với quỹ đạo elip thay vì hình tròn. Đặc biệt sau đó là I. Newton với thuyết vạn vật hấp dẫn, với những tính toán và tiên đoán chính xác về chuyển động của các thiên thể, thời điểm nhật thực, nguyệt thực, hay sự lên xuống của thủy triều.

    Trí tuệ con người bước sang một giai đoạn mới trong việc khám phá bầu trời: mạnh mẽ, chắc chắn và tham vọng.

    Thế giới này được sinh ra như thế nào là một câu hỏi lớn, bí ẩn và hấp dẫn. Đông Tây kim cổ đã tốn nhiều công sức, đưa ra hàng trăm lý thuyết khác nhau, từ vũ trụ học phương Đông với những thái cực, lưỡng nghi, âm dương, tứ tượng, ngũ hành... đến những Big Bang, vũ trụ giãn nở, vận tốc ánh sáng, không - thời gian, lượng tử... - các khái niệm trụ cột của lý thuyết về sự hình thành vũ trụ của khoa học hiện đại.

    Về mặt nguyên tắc, tất cả các lý thuyết này đều bình đẳng với nhau. Nhưng chỉ lý thuyết nào được kiểm chứng, tức có thể đo đạc quan sát được bằng thực nghiệm, mới được thừa nhận. Chính vì thế, thực nghiệm là tiêu chuẩn của mọi lý thuyết khoa học. Chỉ cần có một ví dụ phản chứng thôi, lý thuyết khoa học đã bị loại bỏ.

    Đêm tối từ đâu?

    Chúng ta đã biết ngoài mặt trời mà ta thấy hằng ngày ra thì còn có vô vàn mặt trời khác nữa mà ta gọi là các ngôi sao. Chúng có ở khắp mọi nơi và cung cấp ánh sáng. Vậy nếu vũ trụ là hữu hạn thì tại sao bầu trời đêm không sáng rực lên? Tại sao vẫn có đêm tối để chúng ta trú ngụ? Sự kiện đêm tối hiện hữu với quan niệm vũ trụ hữu hạn đã đẩy chúng ta vào thế bí trong suốt mấy trăm năm. Chúng làm ta phải phiêu lưu đến những chân trời xa nhất để tìm câu trả lời khả dĩ.

    Người đầu tiên nhận ra nghịch lý này là Digges khoảng 500 năm về trước (1573). Phải đến gần 400 năm sau, khoa học mới làm sáng tỏ được một phần câu trả lời. Người có công đầu trong việc này không ai khác chính là A.Einstein với công trình về thuyết tương đối rộng.

    Nhờ thuyết tương đối mà lý thuyết về một vũ trụ giãn nở được hình thành. Thay vì tĩnh tại vĩnh cửu, vũ trụ thật sự đang giãn nở. Điều này đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm nhờ các quan sát của E. P. Hubble 90 năm về trước. Việc tìm ra sự dịch chuyển màu sắc về phía đỏ của ánh sáng phát ra từ các ngôi sao xa tít đã giúp Hubble đi đến nhận định rằng: vũ trụ đang giãn nở.

    Vũ trụ đang mở rộng. Hiện tượng ánh sáng dịch chuyển về phía đỏ cũng tương tự hiện tượng cao độ âm thanh giảm xuống ta lắng tai nghe tiếng còi xe lửa đang chạy, và ngược lại, khi xe chạy xa ta thì tiếng của nó càng trầm vì âm thanh có bước sóng dài hơn, khi xe chạy về phía ta thì tiếng còi chói hơn vì sóng âm trong trường hợp này có bước sóng ngắn hơn.

    Đo đạc sự thay đổi của bước sóng ánh sáng cũng chính là sự thay đổi của màu sắc ánh sáng, sẽ cho ta biết vật đang chạy lại gần hay chạy ra xa ta.

    Nhờ thuyết tương đối của Einstein mà nhận thức của ta về vũ trụ thay đổi hoàn toàn. Giờ đây, không gian và thời gian không tách rời nhau và trở thành tương đối. Chúng có thể co giãn tùy theo tốc độ chuyển động của vật thể. Chúng cũng không còn phẳng phiu trơn lì nữa. Sự cong của không gian là do vật chất gây ra. Sự cong này chính là bản chất của lực hấp dẫn.

    Hẳn nhiên, trong một không - thời gian có khả năng co giãn uốn dẻo như thế, sự cong đi này sẽ được lan truyền dưới dạng sóng như sóng nước trên mặt hồ. Đó chính là sóng hấp dẫn, tiên đoán cuối cùng của thuyết tương đối rộng, cho đến tuần trước, vẫn chưa được kiểm chứng là tồn tại.

    Nhưng có gì quan trọng từ việc vũ trụ giãn nở? Ta có thể ngoại suy ngay lập tức rằng trước khi giãn nở, ắt nó phải bắt đầu từ một điểm rất nhỏ, tức vũ trụ ban đầu phải có một kích thước vô cùng nhỏ. Một trong những kết luận của thuyết tương đối là năng lượng và khối lượng hoàn toàn hoán chuyển được cho nhau, và ở trạng thái ban đầu đó chỉ có năng lượng thuần khiết ở một nhiệt độ cực cao là tồn tại được.

    Lý do: vì kích thước của vũ trụ quá nhỏ, mật độ năng lượng sẽ cực lớn, nên không vật chất nào giữ được hình hài ở điều kiện như vậy. Tất cả đều tan chảy thành năng lượng, dưới dạng bức xạ thuần khiết. Chỉ sau đó, khi giãn nở, vũ trụ mới nguội dần và vật chất như ta thấy mới dần hình thành.

    Đây chính là ý tưởng của G. Gamow (1948), người tiên phong trong việc xây dựng một lý thuyết về sự hình thành của vũ trụ giãn nở mà sau này được gọi là thuyết Big Bang. Theo giả thiết này thì mọi thứ mà ta thấy, các vì sao, mặt trăng, mặt trời, trái đất, bản thân chúng ta... đều được sinh ra từ Vụ Nổ Lớn. Theo tính toán lý thuyết, vụ nổ này cũng để lại một bức xạ nền, đồng nhất và đẳng hướng ở khắp mọi nơi trong vũ trụ.

    Có gì kiểm chứng điều này? Nhớ lại rằng thuyết Big Bang khi ra đời đã gặp nhiều phản đối (cả cái tên Big Bang cũng được đặt ra như một lời chế giễu) nên chẳng ai quan tâm đến tiên đoán về sự tồn tại của bức xạ nền để mà tìm kiếm.

    Phải mất gần 20 năm sau, hai nhà khoa học của phòng thí nghiệm Bell (Mỹ) là Penzias và Wilson (1964) đã tình cờ phát hiện ra bức xạ nền, khi tìm cách đo bức xạ nhiệt của tầng khí quyển. Phát hiện này thật sự gây chấn động trong giới khoa học đương thời, mang lại cho hai ông giải Nobel vật lý năm 1978.

    Nhờ việc đo nhiệt độ, của bức xạ nền, vào khoảng 2,727K (tức -270,4240C) mà người ta tính được tuổi của vũ trụ. Giống như đo nhiệt độ của một cốc nước nóng, ta sẽ ước lượng được cốc nước đã để nguội được bao lâu. Tuổi của vũ trụ vì thế tính ra được vào khoảng 13,8 tỉ năm.

    Vì sao bức xạ nền này lại đồng nhất và đẳng hướng ở khắp mọi nơi? Điều này giống như vì sao mọi cốc nước nóng lại có cùng một nhiệt độ? Câu trả lời hợp lý nhất là vì trước đó chúng được rót ra tức thời từ cùng một ấm nước sôi trong một thời gian cực ngắn. Đó chính là ý tưởng chủ đạo của giả thiết về vũ trụ lạm phát do Alan Guth đưa ra vào năm 1980.

    Theo đó, ngay sau vụ nổ lớn khoảng một phần tỉ tỉ tỉ tỉ giây (10-36 giây) đến đâu đó khoảng một phần triệu tỉ tỉ tỉ giây (~10-33-10-32 giây), từ trạng thái cân bằng nhiệt, vũ trụ đã giãn nở với vận tốc cực lớn, lớn hơn cả vận tốc ánh sáng. Chính sự giãn nở cực nhanh này, gọi là giãn nở lạm phát, đã làm cho nhiệt độ của mọi cốc nước ở mọi nơi đều như nhau, tức bức xạ nền là đồng nhất và đẳng hướng.

    Như vậy, về cơ bản, bức tranh về sự hình thành của vũ trụ theo thuyết Big Bang đã tương đối rõ ràng, ít nhất là từ khoảng thời gian ~10-36 giây sau vụ nổ lớn trở đi. Tuy nhiên, trước đó thì vẫn còn là bí ẩn. Mọi khám phá sâu xa hơn sẽ không thể thực hiện bằng thực nghiệm vì thời kỳ lạm phát đã xóa hết mọi dấu vết có thể đo đạc được.

    Câu hỏi về khoảng thời gian trước vũ trụ lạm phát, thậm chí cả trước Big Bang, vẫn lảng vảng trong đầu chúng ta. Nhiều nhà khoa học cho rằng trước Big Bang sẽ không là gì cả, tức là mọi thứ được sinh ra từ hư vô. Nghe thật kỳ lạ và huyền hoặc! Ngày nay, thuyết Big Bang đã chiếm địa vị chủ đạo trong khoa học vì các tiên đoán của nó rất phù hợp với thực nghiệm.

    533559c34aab8181515
    Minh họa về cách mà sóng hấp dẫn có thể lan tỏa - Ảnh: nasa.gov

    Tiếng vọng nguyên thủy

    Giai đoạn lạm phát của vũ trụ, nếu đúng là thật sự xảy ra, ngoài việc làm cho bức xạ nền là đồng nhất và đẳng hướng thì còn khuếch đại sóng hấp dẫn. Sóng hấp dẫn này sẽ tương tác đến bức xạ nền, dẫn đến một sự sắp xếp theo định hướng của phân cực bức xạ nền. Nếu tìm được cấu trúc này, tức di chỉ của tương tác giữa sóng hấp dẫn và bức xạ nền, thì giả thiết về vũ trụ lạm phát được kiểm chứng.

    Vì thế, truy tìm và hiển thị cấu trúc của phân cực bức xạ nền là một ưu tiên của thiên văn học trong những năm gần đây. Nó sẽ giúp chúng ta hiểu vũ trụ đã được hình thành như thế nào, đặc biệt ở khoảnh khắc đầu tiên ngay sau vụ nổ lớn. Nhưng việc này không dễ chút nào khi cường độ của nó lại nhỏ hơn bức xạ nền đến hàng tỉ lần.

    Nhưng không vì thế mà các nhà khoa học khoanh tay đứng nhìn. Họ mang máy móc thiết bị lên núi, vào không gian, xuống Nam Cực - nơi có khí hậu khô, lạnh và bầu khí quyển ổn định - để đo đạc và tìm kiếm cấu trúc của sự phân cực này.

    Một trong những cố gắng đó đã cho kết quả. Đó là trạm thiên văn BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) ở Nam Cực, sau ba năm thu thập và phân tích số liệu đã cho ra kết quả rằng cấu trúc B-mode của phân cực bức xạ nền đã được tìm ra.

    Điều này nếu được xác định là đúng thì vũ trụ lạm phát là có thực, và sóng hấp dẫn sinh ra trong thời kỳ lạm phát của vũ trụ đã tương tác với bức xạ nền và để lại dấu ấn là cấu trúc B-mode, hiển thị dưới dạng vặn xoắn trong sự định hướng phân cực của bức xạ nền.

    Kết quả của BICEP2 có độ tin cậy lên đến 5 sigma, tức là nếu không có sóng hấp dẫn thì xác suất thu được một kết quả tương tự từ nhiễu nền chỉ là 1 trong 10 triệu.

    Sóng hấp dẫn nguyên thủy từ lâu đã được coi là bằng chứng không thể chối cãi của vũ trụ lạm phát. Và cũng chỉ trong thời kỳ lạm phát này thì sóng hấp dẫn mới được khuếch đại đủ lớn để có thể đo đạc được. Vì thế, nếu được xác định là đúng thì đây là kết quả đột phá của ngành thiên văn học. Nó cũng là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên về hấp dẫn lượng tử, và còn gợi ý rằng vũ trụ mà chúng ta quan sát được chỉ là một miếng bọt nhỏ xuất hiện trong vô vàn vũ trụ khác mà chúng ta chưa nhận thức được.

    Đây là tiếng vọng từ thuở hồng hoang mà ít ai trong chúng ta dám nghĩ là còn có thể nghe được sau 13,8 tỉ năm. Tuy nhiên, với những kết quả lớn như vậy, sự cẩn trọng là cần thiết. Kết quả này chỉ có thể được khẳng định chắc chắn sau khi được kiểm chứng chéo bởi các đo đạc của vệ tinh Planck thuộc Cơ quan Hàng không vũ trụ châu Âu dự kiến công bố vào cuối năm nay.

    Dù gì đi nữa thì cả một chân trời hiểu biết mới đã được mở ra. Trí tuệ con người đã tiến thêm một bước lớn.

    “Kết quả này là bằng chứng không thể chối cãi về vũ trụ lạm phát vì các lý thuyết khác không tiên đoán như vậy. Đây là điều tôi đã chờ đợi 30 năm nay” - Andrei Linde, giáo sư vật lý tại Đại học Stanford, một trong những người tiên phong của thuyết vũ trụ lạm phát, nói.

    Michael Turne, giáo sư vật lý lý thuyết ở Đại học Chicago, đánh giá: “Nếu kết quả của BICEP2 được xác nhận thì đây là thành tích thật sự lớn - quan trọng như việc phát hiện ra năng lượng tối, bức xạ nền vũ trụ hay hạt boson Higgs”.

    Clem Pryke, một trong hai lãnh đạo của nhóm BICEP2, nói: “Nếu coi việc tìm ra sóng hấp dẫn nguyên thủy như tìm kim đáy bể, thì trên thực tế chúng tôi tìm ra cả chiếc xà beng!”.


    GIÁP VĂN DƯƠNG

    http://m.tuoitre.vn/tin-tuc//Tuoi-Tr...hong-hoang.ttm
    "Người Phụ Nữ và bông hoa là hai kỳ công tuyệt vời của Thượng Đế. Tuy nhiên bông hoa là kỳ công tuyệt vời hơn vì…nó không biết nói"
    3 thành viên đã cảm ơn vì bài viết hữu ích (xem)

  1. CHỦ ĐỀ NỔI BẬT


    • Avatar của contau
    • Thành viên Webtretho
      Offline
    • 11 năm
    • 5,893 Bài viết

    • 17,506 Được cảm ơn

    Thành viên tích cực 2018
    #2
    Rất thích đọc các đề tài như thế này. Tks bạn đã post bài.
    • Avatar của hoa_mai
    • Thành viên Webtretho
      Offline
    • 10 năm
    • 15,982 Bài viết

    • 33,080 Được cảm ơn

    Thành viên cảm ơn nhiều 2018
    #3
    Đã thấy bí mật sâu kín thời khởi thủy của tạo hóa


    “Điều quả không thể hiểu được ở vũ trụ là nó có thể hiểu được”

    (Albert Einstein)


    TTCT - Chúng ta đang sống trong thời của những ngọn gió vũ trụ thổi dồn dập vào hồn. Bản giao hưởng vũ trụ do con người viết có thêm những giai điệu mới.

    533784039634f094003
    TS Nguyễn Trọng Hiền và Jamie Bock (Caltech/JPL) trò chuyện với Robert Wilson (phải) tại cuộc họp báo ở Harvard. Wilson là một trong hai người phát hiện ra bức xạ nền 50 năm trước - Ảnh: Ảnh: TS Nguyễn Trọng Hiền cung cấp

    Hai năm trước, lần đầu tiên boson Higgs đã được con người nhìn thấy. Thế giới ăn mừng. Đó là hạt cơ bản cực kỳ nhỏ bé nhưng lại có nhiệm vụ “gia trì” cho mọi thứ vật chất thấy được trong vũ trụ để tồn tại, trong đó có bản thân chúng ta.

    Giai điệu đó chưa dứt thì ngày 17-3-2014, nhóm nghiên cứu BICEP2 dưới sự lãnh đạo của giáo sư John Kovac tuyên bố rằng sóng hấp dẫn từ buổi ban sơ của lịch sử vũ trụ (chính xác: từ thời điểm 10-34 giây sau Big Bang (Vụ Nổ Lớn) - hãy tưởng tượng giây phút vi phân này!) đã được con người nhìn thấy!

    Kinh ngạc và kỳ diệu thay! Đó là giai đoạn mà, theo thuyết Big Bang, vũ trụ từ một bào thai vô cùng nhỏ nhưng với một năng lượng cực lớn trong khoảnh khắc đã phát triển đột biến thành “lạm phát” và chuyển động với tốc độ hơn ánh sáng theo đủ mọi hướng.

    ● Làm sao con người có thể đứng trên quả đất bằng hạt bụi này giữa biển thiên hà trùng trùng điệp điệp lại có thể “nhìn thấy” những gì xảy ra ở lúc Big Bang cách đây 13,7 tỉ năm ánh sáng? Bức xạ của vũ trụ ban đầu, sau ngần ấy thời gian và khoảng đường, đã nhạt yếu đi nhiều và xoắn lại, nằm trong những mẫu vân bị phân cực của sóng viba vũ trụ, được biết dưới tên B-Mode. Vậy mà con người vẫn còn nhận ra được, giống như tìm được kim dưới đáy biển!

    Cho đến nay, các nhà vật lý chỉ quan sát được bức xạ viba nền ở dạng sóng điện từ của vũ trụ từ thời điểm năm thứ 380.000, một trạng thái thật ra vẫn còn là “sơ sinh” của vũ trụ. Đó là giai đoạn vũ trụ tiếp tục giãn nở nhưng nguội dần để cho các nguyên tử hydro và helium hình thành và vật chất kết tinh lại thành sao, thiên hà. Do sự kết tinh đó, các đám mây bức xạ trở thành “quang đãng” hơn trong vũ trụ, và người ta có thể quan sát dễ dàng hơn.

    Bức xạ nền này được quan sát - hết sức tình cờ - bởi hai nhà vật lý Mỹ Arno Penzias và Robert Wilson của phòng thí nghiệm Bell (Mỹ) 50 năm trước. Hai ông được tưởng thưởng giải Nobel sau đó. Tại cuộc họp báo ở Harvard, các nhà khoa học hàng đầu nói lên sự đồng tình của mình: khám phá sóng hấp dẫn ban sơ của nhóm nghiên cứu BICEP2 rất xứng đáng với giải Nobel.

    Ai phát hiện ra sóng hấp dẫn đầu tiên? Đó là Albert Einstein, dựa trên các phương trình trường của thuyết tương đối rộng của ông. Theo ông, vật chất ở dạng khối lượng hay năng lượng gây ra độ cong của không - thời gian bốn chiều, làm cho nó không còn là hình học phẳng Euclid nữa, mà là phi-Euclid cong.

    Nếu khối vật chất đó biến động, nó sẽ gây ra sóng của các độ cong và sóng đó truyền đi trong không - thời gian, giống một cô gái ngồi trên cầu đung đưa hai chân trên mặt nước gây ra các đợt sóng. Các biến động của lạm phát đã gây ra những sóng hấp dẫn được truyền đi trong không - thời gian. Các sóng này sẽ tạo nên sự phân cực trong bức xạ nền, và nhóm BICEP2 đã tìm thấy dấu ấn của chúng trong đó.

    Lịch sử vũ trụ học có ba thuyết khác nhau. Thuyết đầu tiên là thuyết Big Bang của Georges Lemaître và George Gamov những năm 1920 dựa trên thuyết tương đối rộng Einstein. Thuyết thứ hai của Fred Hoyle về một thế giới “tĩnh” mà TS Nguyễn Trọng Hiền gọi là “trạng thái vĩnh hằng”, không tiến hóa.

    Hoyle từ chối thuyết của Lemaître và Gamov mà ông gọi nó bằng cái tên “Big Bang”. Thuyết này chiếm được cảm tình của nhà thờ. Thuyết thứ ba của nhà vũ trụ học Cambridge Neil Turok là vũ trụ trải qua một chuỗi Big Bang không có khởi đầu và kết thúc, do đó không có sóng ban sơ. Cho nên khám phá sóng hấp dẫn ban sơ là một chứng cứ mạnh mẽ nhất cho thuyết Big Bang.

    Với khám phá sóng hấp dẫn, Stephen Hawking cho rằng mình đã “thắng cược” trước Turok. Mới năm rồi ông thua cược 100 USD vì ông cá rằng không thể nào có cái gọi là hạt Higgs.

    ● Vật lý từ thế kỷ 20 đầy những điều kỳ diệu, và còn tiếp tục. Khoảng một thế kỷ trước (1919), thế giới kinh ngạc khi các đoàn thám hiểm Anh công bố ánh sáng trên trời bị lệch đi trong vùng mặt trời bằng đúng góc lệch mà Einstein tiên đoán theo thuyết tương đối rộng!

    Tòa nhà vật lý Newton lung lay, và Einstein qua đêm đã trở thành người “anh hùng toàn cầu”. Khoa học đã lần lượt vén những bức màn huyền bí che mắt, từng lớp, lớp thô trước, lớp tinh sau, tạo ra những “cảm xúc vũ trụ” thi vị. “Chúng ta không là gì cả” - như nhà thơ Đức F. Hölderlin nói - nhưng những gì chúng ta đi tìm là tất cả”.

    Khám phá sóng hấp dẫn diễn ra trước thềm kỷ niệm 100 năm thuyết tương đối rộng vào năm 2015 tới. Đối với cộng đồng vật lý Việt Nam, khám phá này càng làm tăng thêm cung bậc cảm hứng khi một thành viên của nhóm BICEP2 là người Việt Nam - TS Nguyễn Trọng Hiền của Đại học Caltech. Xin chúc mừng anh.

    NGUYỄN XUÂN XANH

    http://m.tuoitre.vn/tin-tuc//Tuoi-Tr...ua-tao-hoa.ttm
    "Người Phụ Nữ và bông hoa là hai kỳ công tuyệt vời của Thượng Đế. Tuy nhiên bông hoa là kỳ công tuyệt vời hơn vì…nó không biết nói"
    1 thành viên đã cảm ơn vì bài viết hữu ích (xem)
    • Avatar của hoa_mai
    • Thành viên Webtretho
      Offline
    • 10 năm
    • 15,982 Bài viết

    • 33,080 Được cảm ơn

    Thành viên cảm ơn nhiều 2018
    #4
    TS Nguyễn Trọng Hiền - thành viên nhóm BICEP2:

    "Vũ trụ quan của chúng ta sẽ thay đổi cơ bản"



    TTCT - Phát hiện sóng hấp dẫn về lâu dài củng cố khái niệm lạm phát và vì thế sẽ thay đổi vũ trụ quan của chúng ta ở tầng mức cơ bản nhất, như nhà vật lý Alan Guth từng nói: “Lạm phát chính là “vụ nổ” trong “vụ nổ lớn”.


    533a271cc2f23094028
    Con đường đi làm mỗi ngày của tiến sĩ Hiền và đồng nghiệp. Từ trạm Amundsen-Scott ra đến DSL (Phòng thí nghiệm khu vực tối) chừng một cây số. Họ đi bộ ra DSL mỗi buổi sáng, trở vào trạm ăn trưa, tối và nghỉ ngơi. Người từ đằng xa đang đi lại là Andrew Lange đi lấy nước về cho cả nhóm dùng. - Ảnh do TS Nguyễn Trọng Hiền cung cấp

    Ba điểm mấu chốt

    * Thưa ông, phát hiện ra sóng hấp dẫn có ý nghĩa như thế

    - Sóng hấp dẫn xảy ra khi có sự co giãn của không - thời gian. Có lẽ diễn tả hiệu ứng của sóng thế này cho dễ hiểu: Ví dụ nếu để một miếng bấc trên mặt nước, sóng nước đi qua làm miếng bấc nhấp nhô theo sóng nhưng với sóng hấp dẫn thì khác và yếu hơn rất nhiều lần, nếu thả một vòng tròn các miếng bấc, khi sóng đi qua sẽ làm vòng tròn co lại thành hình bầu dục, rồi giãn ra thành hình tròn, rồi nén lại thành hình bầu dục...

    Việc phát hiện sóng hấp dẫn mang lại ba điều mấu chốt trong vật lý cơ bản. Một là, sóng hấp dẫn là có thật. Trước đây ta chỉ phỏng đoán dựa trên lý thuyết tương đối của Einstein.

    Hai là, sóng hấp dẫn là bằng chứng đặc thù của cơ chế giãn nở lạm phát, chứng tỏ vũ trụ ở kỷ nguyên ban sơ đã trải qua quá trình lạm phát, tức là ngay vừa lúc vũ trụ hình thành, một phần tỉ tỉ tỉ tỉ giây sau đó, vũ trụ đã giãn nở một cách “thần tốc”, từ cỡ nhỏ hơn proton sang đến gần 3 năm ánh sáng (0,8 parsec).

    Ba là, sóng hấp dẫn là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên của sự lượng tử hóa hấp dẫn - đây là cơ sở mấu chốt của lý thuyết hấp dẫn lượng tử (quantum gravity) - để lực hấp dẫn có thể hòa nhập vào “câu lạc bộ” các lực cơ bản khác.

    Những điều này xác định tính đúng đắn của những ý tưởng vật lý cho mức năng lượng cao, cùng với bức tranh lớn về quá trình phát triển của vũ trụ ở giai đoạn ban sơ. Đây là tiền đề mở ra kỷ nguyên mới, hi vọng là sôi động và hứng khởi, cho nghiên cứu vật lý trong tương lai.

    Nói một cách nôm na, phát hiện sóng hấp dẫn về lâu dài củng cố khái niệm lạm phát và vì thế sẽ thay đổi vũ trụ quan của chúng ta ở tầng mức cơ bản nhất, như nhà vật lý Alan Guth từng nói: “Lạm phát chính là “vụ nổ” trong “vụ nổ lớn”.

    * Dự án BICEP2 đã bắt đầu từ khá lâu, có nhiều nhà khoa học ở nhiều cơ quan, viện nghiên cứu cùng tham gia. Ông có thể cho biết vai trò của mỗi cơ quan, mỗi nhà khoa học như thế nào trong dự án?

    - Tôi trình dự án BICEP2 lên Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực (JPL) thuộc NASA hồi tháng 5-2006. Lúc ấy nhóm JPL gồm có tôi (trong cương vị trưởng nhóm), Jamie Bock, Darren Dowell và Chao-lin Kou (nghiên cứu sau tiến sĩ, trẻ nhất trong nhóm, hiện là phó giáo sư tại Đại học Stanford).

    BICEP2 là thế hệ thứ hai của chuỗi thí nghiệm bức xạ nền vi ba, do Caltech/JPL lãnh đạo. BICEP, hay BICEP1 như vẫn thường gọi sau này, là thế hệ đầu tiên. Jamie Bock là người nêu ý tưởng thực hiện thí nghiệm này và là người chỉ đạo công trình chế tạo hệ cảm biến có tên là NTD bolometer (*) tại JPL. Lúc ấy tôi và Jamie cùng thử nghiệm hệ cảm biến cho đài thiên văn không gian Herschel và Planck do Jamie chế tạo.

    Jamie Bock, lúc ấy đang là thành viên nhóm chúng tôi ở JPL (và là giáo sư tại Caltech), là người lãnh đạo công việc thiết kế hệ cảm ứng biên chuyển TES, cũng là người lãnh đạo thí nghiệm BICEP2 cùng giáo sư Andrew Lange ở Caltech. Jamie Bock có lẽ là một trong những nhà thực nghiệm xuất chúng nhất của thế hệ chúng tôi mà tôi được cơ hội cộng tác.

    Đã nắm trong tay kỹ thuật cảm biến tiên tiến bậc nhất thời ấy, nên quyết định sử dụng chúng cho việc phát hiện sóng hấp dẫn là điều rất tự nhiên, Jamie rủ tôi cùng làm. Chúng tôi đi trước các nhóm nghiên cứu khác khoảng 3-5 năm, nắm được lợi thế ban đầu. Kế tiếp chúng tôi có thêm Chao-lin Kuo, John Kovac - người đã từng ở qua mùa đông với tôi tại Nam Cực hồi năm 1994.

    John mới xong luận án tiến sĩ tại Chicago và về Caltech làm nghiên cứu sau tiến sĩ với giáo sư Andrew Lange ở Caltech. John là người rất cần cù và cực kỳ thông minh. Ngôi sao vàng trên lá cờ VN mà tôi cắm ở Nam Cực hồi năm 1994 là do John gấp xếp khéo léo để tôi chỉ cắt một nhát là được hình ngôi sao năm cánh.

    Cả Chao-lin và John có vai trò tích cực trong việc phát triển BICEP2. John đề xuất ý tưởng nên chế tạo BICEP2 để thay cho BICEP1. Chao-lin là người thiết kế hệ cảm biến TES cho BICEP2 sau này. Chúng tôi có thêm Clem Pryke (giáo sư Đại học Minnesota) đảm nhiệm việc phân tích dữ liệu.

    Sau thời gian nghiên cứu sau tiến sĩ, Chao-lin được Stanford phong phó giáo sư, John được Harvard phong phó giáo sư. Vì thế, Stanford, Harvard và Minnesota trở thành thành viên trụ cột của BICEP2 cùng Caltech/JPL từ đầu. Các học viện khác cung cấp những bộ phận điện và nhiệt cho công trình.

    533a271d1043b094029
    TS Nguyễn Trọng Hiền - Ảnh: Trường Đăng

    3 năm bằng 30 năm

    * Giới vật lý trong nước đang rất tự hào vì trong dự án này có sự tham gia của ông - một nhà khoa học gốc Việt. Ông có thể cho biết vai trò và đóng góp của mình trong nghiên cứu này?

    - Trong cương vị là Principal Investigator, tức là người chủ trì dự án BICEP2 tại JPL, tôi đảm nhiệm hai vai trò chính: Một là chịu trách nhiệm chế tạo thiết bị cũng như chế tạo các bộ phận cơ, nhiệt. Hai là lãnh đạo công việc thử nghiệm hệ cảm ứng siêu dẫn biên chuyển TES.

    BICEP1 dùng hệ cảm biến NTD bolometer, có chừng 50 đơn vị cảm biến. BICEP2 dùng TES bolometer với 512 đơn vị. Cả hai hệ hình cảm biến này được xem như là kỹ thuật “state-of-the-art” (tiên tiến) trong lĩnh vực vật lý thiên văn. Planck - đài thiên văn không gian của châu Âu để quan sát bức xạ nền - cũng sử dụng NTD bolometer do JPL cung cấp. TES là sản phẩm cảm biến siêu dẫn mới nhất của JPL do chính nhóm chúng tôi chế tạo. Nhờ hệ cảm biến TES này mà chúng tôi rút ngắn đáng kể đoạn đường về đích. Ba năm của BICEP2 tương đương 30 năm của BICEP1.

    * Kế hoạch tiếp theo của dự án BICEP2 và nhóm nghiên cứu là gì?

    - Chúng tôi cần phải kiểm chứng kết quả. Giống như mình muốn biết kết quả cuộc bầu cử, trước thì mở đài CNN xem, sau mở thêm đài BBC. Nếu cả hai cùng cho kết quả như nhau thì có thể tin cậy được. Hiện tại chúng tôi hoàn tất dữ kiện ở băng tần 150 GHz, sắp tới sẽ hoàn tất việc quan trắc ở băng tần 100 GHz. Trễ lắm là cuối năm nay hay đầu năm tới thế giới sẽ nghe lời phán quyết cuối cùng.

    * Ông có thể chia sẻ những kỷ niệm đáng nhớ mà ông và nhóm nghiên cứu đã trải qua?

    - Đề án BICEP2 được phê chuẩn cuối tháng 9-2006. Chúng tôi nhanh chóng triển khai công tác chế tạo thiết bị BICEP2 ngay trong tháng 10 (bắt đầu năm tài chính 2007). Tại thời điểm này BICEP vừa mới được đưa xuống Nam Cực. Lúc ấy chúng tôi đã lường trước là BICEP1 sẽ không đủ nhạy để phát hiện sóng hấp dẫn, nên đã tính đến chuyện phải gấp rút phát triển thêm BICEP2 trong khi sử dụng BICEP1 đi trước để dẫn đường.

    Khoảng đầu năm 2006, tôi xuống Nam Cực để tham gia quan sát với thí nghiệm đầu tiên BICEP. Chuyến đi này có giáo sư Andrew Lange - người lãnh đạo cao nhất của chuỗi các thí nghiệm BICEP/BICEP2/Keck. Buổi tối chúng tôi quây quần ăn tối trong trạm. Tôi gợi chuyện với giáo sư Andrew và các bạn sinh viên, nghiên cứu sinh.

    Andrew Lange, cùng học trò là Jamie Bock, trước đây đã tổ chức thí nghiệm Boomerang (**), dùng bóng thám không vượt ra khỏi bầu khí quyển để đo mức bất đẳng hướng trong bức xạ nền. Thí nghiệm Boomerang thiết lập bằng chứng là vũ trụ phẳng. Đây là một thành tích vang dội. Andrew Lange đã được đề cử giải Nobel cho thí nghiệm này.

    Kể từ khi bức xạ nền được phát hiện đến thời điểm chúng tôi nói chuyện đã là hơn 40 năm. Năm 2015 sẽ kỷ niệm 50 năm phát hiện bức xạ nền. Tôi được biết giáo sư Trần Thanh Vân sẽ tổ chức hội nghị về đề tài này tại Quy Nhơn (Hội nghị Gặp gỡ Việt Nam) vào năm tới.

    Các thí nghiệm về bức xạ nền đã lần lượt phát hiện ra những đặc điểm vật lý cơ bản, góp phần xây dựng nên bức tranh tổng thể của vũ trụ học hiện đại. Phát hiện của Boomerang là cố gắng mới nhất có ý nghĩa trong lĩnh vực này.

    Nhưng các thí nghiệm về bức xạ nền ngày càng tinh vi và phức tạp, cần một đội ngũ đông đảo nghiên cứu. Công việc phân tích dữ kiện không đơn giản như 15 năm trước đó mà trở nên nhiễu nhương, có phần đa dạng và tinh vi hơn cả bên vật lý hạt. Công việc này chỉ hợp với các bạn trẻ còn hăng hái. Những người đi tiên phong như chúng tôi đã bắt đầu thấm mệt, tổ thí nghiệm nào bây giờ cũng trên dưới 50 người.

    Ngày trước chúng tôi chỉ có vài người làm tất tần tật mọi chuyện. Cho nên tôi hỏi Andrew: “Này, nếu bắt đầu làm nghiên cứu sinh lúc này, anh - Andrew lớn hơn tôi bảy tuổi - có chọn đề tài bức xạ nền không?”. Cả đám học trò dỏng tai nghe.

    Andrew nhìn tôi nói: “Anh có thấy là tôi đang ngồi trước đám học trò của tôi không?”. Cả bọn phá ra cười. Andrew vẫn tiếp tục: “Có lẽ tôi sẽ không chọn bức xạ nền. Chắc tôi làm chuyện “ông” Sunil làm [về vật chất tối]. Bức tranh lớn của bức xạ nền coi như đã xong rồi. Bây giờ chỉ còn lại những tiểu tiết”.

    Andrew Lange hôm nay không còn với chúng ta nữa. Ông tự kết liễu cuộc đời mình vào đầu năm 2010, chỉ vài ngày sau khi BICEP2 vừa đưa vào hoạt động tại Nam Cực. Trong những ngày này chúng tôi mãi nhắc về ông. Chúng tôi luôn xem Andrew là linh hồn của thí nghiệm BICEP2.

    Dòng chữ cuối cùng trong công trình vừa công bố của chúng tôi dành để tri ân ông: “We dedicate this paper to the memory of Andrew Lange, whom we sorely miss” (tạm dịch: “Chúng tôi xin dâng bài viết này để tưởng niệm Andrew Lange, người chúng tôi hằng thương nhớ”).

    * Xin cảm ơn ông.

    HỒNG NHUNG thực hiện

    “Tôi rất quan tâm đến sự kiện này vì đây là một khám phá mang tính lịch sử của khoa học. Đặc biệt, công trình nghiên cứu này còn có sự đóng góp đáng kể của TS Nguyễn Trọng Hiền - một người bạn không xa lạ với cộng đồng khoa học trong nước.

    Trong khuôn khổ hợp tác giữa Tổ chức Gặp gỡ Việt Nam, Trường đại học Quốc tế - Đại học Quốc gia TP.HCM và Đại học Quy Nhơn, chúng tôi đã và đang cùng nhau tổ chức lớp học về vật lý thiên văn hằng năm tại Quy Nhơn nhằm đào tạo các nhà khoa học trẻ trong lĩnh vực này cho Việt Nam.

    Đây là một cú hích lớn, tạo sự quan tâm và đam mê nghiên cứu vật lý thiên văn cho những nhà khoa học cũng như các bạn sinh viên trong nước. Tôi tin rằng sẽ có thêm một số nhà khoa học và sinh viên sẽ đi theo hướng nghiên cứu về nguồn gốc vũ trụ sau sự kiện này”.

    PGS.TS PHAN BẢO NGỌC (Đại học Quốc gia TP.HCM)


    (*): Xạ nhiệt kế pha tạp biến đổi nơtron.
    (**): Quan sát địa lý và bức xạ milimet ngoài thiên hà bằng bóng thám không.

    http://m.tuoitre.vn/tin-tuc//Tuoi-Tr...doi-co-ban.ttm
    "Người Phụ Nữ và bông hoa là hai kỳ công tuyệt vời của Thượng Đế. Tuy nhiên bông hoa là kỳ công tuyệt vời hơn vì…nó không biết nói"