Khoa học sẽ làm sáng tỏ Thuyết tương đối của Albert Einstein

Năm 1915, Albert Einstein công bố Thuyết tương đối tổng quát, trong đó mô tả lực hấp dẫn là một thuộc tính cơ bản của không-thời gian. Ông đã đưa ra một tập hợp các phương trình mô tả sự biến dạng của không-thời gian liên quan đến năng lượng và động lượng. Tuy nhiên cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa thể tiến hành những thử nghiệm thực tế của Thuyết tương đối, mà vẫn chỉ nghiên cứu trên lý thuyết.

Một cách nhìn khác về trọng lực

Theo Einstein thì trọng lực không phải chỉ là một lực thông thường, như những gì nhà vật lý Isaac Newton khám phá ra nó. Trọng lực có thể được coi như là một độ cong của không-thời gian do khối lượng của các đối tượng gây ra.

Bạn có thể tưởng tượng đơn giản như Trái đất quay quanh Mặt Trời, thực chất không phải là do lực hấp dẫn của Mặt Trời khiến Trái đất quay quanh nó. Mà là lực hấp dẫn của Mặt Trời quá lớn khiến cho không gian xung quanh nó bị bẻ cong, và trong khi Trái đất quay quanh Mặt Trời thì thực chất nó đang đi thẳng trong một không gian bị uốn cong.

Cách miêu tả không gian trong vũ trụ của Newton và Einstein hoàn toàn khác nhau.

Lý thuyết của Einstein cũng giải thích tính chất của các hố đen vũ trụ, nơi mà có lực hấp dẫn lớn đến mức ánh sáng không thể thoát ra khỏi nó. Cũng theo thuyết tương đối thì lực hấp dẫn cùng làm biến dạng thời gian, nơi có lực hấp dẫn càng lớn thì thời gian trôi qua càng chậm.

Thuyết tương đối của Einstein đã từng được quan sát thấy nhiều lần trong thực tế, Einstein cũng nổi tiếng với việc sử dụng lý thuyết của mình để dự đoán quỹ đạo của một số hành tinh. Ông cũng dự đoán trước hiện tượng một đối tượng mà có khối lượng đủ lớn có thể bẻ cong ánh sáng của chính nó và gây ra một hiệu ứng gọi là thấu kính hấp dẫn.

Ánh sáng có thể bị uốn cong bởi đối tượng có lực hấp dẫn rất lớn, tuy nhiên bản chất là do không gian bị uốn cong chứ không phải lực hấp dẫn làm biến dạng ánh sáng.

Hiện tượng này đã từng được quan sát thấy trong vũ trụ, các nhà thiên văn học cũng dựa trên hiện tượng này để tìm kiếm những hành tinh bên ngoài dải Ngân hà, dựa trên độ lệch của ánh sáng từ một hành tinh nào đó. Độ lệch ánh sáng này chính là do có một hành tinh với khối lượng rất lớn gây ra, nó bẻ cong ánh sáng phát ra từ những hành tinh xung quanh.

Tuy nhiên chúng ta mới chỉ quan sát được các hiện tượng mà có thể giải thích bằng Thuyết tương đối. Trên thực tế các nhà khoa học vẫn chưa thể tiến hành các thử nghiệm thực tế của Thuyết tương đối này.

Thử nghiệm lý thuyết của Einstein

Các nhà khoa học cần một thử nghiệm thực tế mà có thể chứng minh lý thuyết của Einstein là đúng. Họ đã tìm đến một hiện tượng có tiềm năng nhất để tiến hành thử nghiệm, đó là một dạng sóng trong không-thời gian gọi là sóng hấp dẫn. Sóng hấp dẫn được sản sinh ra từ những sự kiện rất lớn trong vũ trụ, như một vụ va chạm của hai đối tượng có khối lượng vô cùng lớn, như hai lỗ đen hoặc hai ngôi sao neutron (những ngôi sao có kích thước không lớn nhưng dày đặc vật chất bên trong khiến cho khối lượng của chúng rất lớn).

Sóng hấp dẫn này có thể làm biến dạng không thời gian tại điểm mà nó đi qua. Giống như hiện tượng sóng biển, bạn có thể tưởng tượng mặt nước biển là không gian trong vũ trụ và sóng hấp dẫn là các đợt sóng biển. Hai điểm trên mặt nước biển có khoảng cách cố định, nhưng khi sóng biển đi qua, nó làm dâng mặt nước biển lên và khiến cho khoảng cách giữa hai điểm đó thay đổi.

Ví dụ nếu như hai hố đen va chạm với nhau trong phạm vi dải Ngân Hà, nó sẽ tạo ra sóng hấp dẫn mà nếu truyền đến Trái đất, có thể khiến khoảng cách 1 m giữa hai đối tượng bị nén lại một khoảng rất nhỏ, chỉ 1/1000 đường kính hạt nhân nguyên tử.

Do đó, các nhà khoa học đã phải chế tạo ra một chiếc máy dò bằng laser để phát hiện sóng hấp dẫn truyền đến Trái đất. Chiếc máy này có tên là LIGO và bắt đầu hoạt động từ năm 2002. Chiếc máy này sử dụng tia laser để phát hiện sự biến dạng không gian dù rất nhỏ, nếu sóng hấp dẫn đi qua Trái đất. Tuy nhiên cho đến nay LIGO vẫn chưa phát hiện được dấu vết nào của sóng hấp dẫn.

Toàn bộ hệ thống LIGO nhìn từ trên cao, nó đo khoảng cách giữa hai đầu của chữ L và có thể phát hiện những biến dạng rất rất nhỏ.

Năm 2010, chiếc máy LIGO đã bị ngừng hoạt động để nâng cấp, và một phiên bản hoàn toàn mới sẽ được ra mắt và đưa vào sử dụng trong năm 2015. Chiếc máy mới hứa hẹn sẽ phát hiện được sóng hấp dẫn trong vũ trụ, bằng cách mở rộng tầm rà soát rộng hơn.

Việc chứng minh được Thuyết tương đối có ý nghĩa rất lớn trong ngành vật lý thiên văn và vật lý nói chung, vì đây sẽ là nền móng vững chắc cho vật lý lượng tử sau này. Bên cạnh đó, với những thử nghiệm thực tế, các nhà khoa học có thể sửa đổi và bổ sung những thiếu sót trong lý thuyết của Einstein.

Tham khảo: mashable

>>Các nhà khoa học đặt giả thuyết quá khứ, hiện tại và tương lai cùng tồn tại trong vũ trụ