Sóng hấp dẫn có thể là chìa khóa trong việc khám phá những chiều không gian khác trong vũ trụ của chúng ta

Nếu chúng ta muốn tìm kiếm các chiều không gian khác đang ẩn nấp trong vũ trụ, thứ mà bấy lâu nay chúng ta vẫn cố giải thích, thì sóng hấp dẫn có thể là chìa khóa để xác định chúng, các nhà vật lý gợi ý.

Giải thuyết mới này giúp đưa ra câu trả lời cho bí ẩn lâu đời về lý do tại sao lực hấp dẫn dường như lại yếu hơn các lực cơ bản khác trong vũ trụ của chúng ta, các nhà vật lý cho rằng lực hấp dẫn thật ra đã bị “rò rỉ” ra các chiều không gian khác mà đến nay chúng ta vẫn chưa phát hiện.

“Các chiều không gian là vấn đề đã được bàn thảo trong một thời gian dài từ những quan điểm khác nhau”, Emilian Dudas từ trường Đại học École Polytechnique ở Pháp, người không tham gia vào nghiên cứu. “Sóng hấp dẫn có thể là một bước ngoặt mới trong việc tìm kiếm các chiều không gian khác.”

Hình ảnh sóng hấp dẫn, do LIGO thông báo phát hiện trực tiếp và công bố ngày 11/2/2016

Hiện nay, các nhà nghiên cứu trên thế giới khá thoải mái với ý tưởng về một vũ trụ gồm 4 chiều, bao gồm 3 chiều không gian và một thời gian là 4. Nhưng có rất nhiều thiếu sót trong hiểu biết của chúng ta về cách vật chất hoạt động trên những quy mô nhỏ nhất mà có thể có thêm 6 chiều không gian nữa. Thực tế, theo lý thuyết dây, vũ trụ sẽ tạo ra thêm nhiều chiều nếu nó được tạo nên bởi 10 chiều không gian khác nhau.

Là một trong những con đường hứa hẹn nhất để các nhà vật lý có thể thu hẹp khoảng cách giữa vật lý cổ điển và vật lý lượng tử, lý thuyết dây không dễ dàng bị bỏ qua.

Lý thuyết dây đề xuất rằng thứ nhỏ nhất tạo nên vật chất mà chúng ta đã phát hiện ra, được gọi là các hạt hạ nguyên tử (quark), thực ra được tạo thành từ một thứ thậm chí còn nhỏ hơn - một sợi năng lượng không gian trông giống như những sợi rung động.

Những “sợi” này hấp dẫn các nhà vật lý, bởi chúng thực sự có thể làm được những điều mà vật lý hiện tại không thể thực hiện - chúng có thể mô tả tất cả các lực tác động của tự nhiên cùng một lúc: trọng lực, điện từ và lực hạt nhân. Chúng cũng có thể giúp hợp lý hóa được thực tế sự mở rộng của vũ trụ.

Vấn đề duy nhất là, để có tính khả thi về mặt toán học, những sợi này đòi hỏi phải có ít nhất là 10 chiều không gian vật lý, mà cho đến hiện nay, chúng ta thậm chí chưa tìm ra một chiều không gian nào.

Nhưng nhà vật lý Gustavo Lucena Gómez và David Andriot từ Viện Vật lý Trọng lực Max Planck ở Đức lại cho rằng họ có một cách khá tốt để tìm kiếm các chiều không gian, đó là chính là các sóng hấp dẫn nổi tiếng của Einstein.

Sóng hấp dẫn từng là câu chuyện lớn nhất trong giới khoa học hồi năm ngoái, khi các nhà nghiên cứu tại LIGO đã thông báo rằng họ tìm thấy bằng chứng trực tiếp về những gợn sóng trong không-thời gian mà Einstein đã tiên đoán từ 100 năm trước.

Sóng hấp dẫn cũng giống như sóng âm thanh, chúng đi qua không gian với tốc độ ánh sáng, được thúc đẩy bởi một số sự kiện “bạo lực” nhất trong vũ trụ của chúng ta, chẳng hạn như việc các lỗ đen sáp nhập hoặc ngôi sao phát nổ.

Hình ảnh minh họa việc sát nhập của hai hố đen

Chúng cũng có thể chạy xuyên qua tất cả các chiều không gian trong vũ trụ - thậm chí cả những thứ quá nhỏ để chúng ta có thể phát hiện được.

“Nếu trong vũ trụ có các chiều không gian khác nhau, thì sóng hấp dẫn có thể đi xuyên qua chúng”, Gómez nói.

Gómez và Andriot đã đưa ra một mô hình toán học để mô tả những tác động của các chiều không gian ẩn lên sóng hấp dẫn trông như thế nào, và họ đã tìm ra hai yếu tố chính: sóng cực đại sẽ tồn tại ở tần số cao, và sóng hấp dẫn sẽ kéo căng bề mặt của vũ trụ theo các hướng khác nhau ngang qua các chiều không gian.

Họ mô tả yếu tố đầu tiên như một “tòa tháp khổng lồ” của các siêu sóng hấp dẫn với tần số cực cao, đến mức các thiết bị dò hiện tại của chúng ta không thể tìm ra chúng.

“Tần số lớn như vậy có thể là dấu hiệu rõ ràng của vật lý mới.”

Yếu tố thứ hai, thứ mà họ gọi là “chế độ thở” sẽ yêu cầu các nhà vật lý xem xét các dị thường trong các sóng hấp dẫn “bình thường” (tức là những gì chúng ta có thể phát hiện) kéo dãn hoặc rút lại không-thời gian.

“Chế độ thở làm biến dạng không gian một cách cụ thể, tạo ra một dấu hiệu khác biệt”, họ viết.

Để quan sát được thay đổi này, họ sẽ cần ba thiết bị phát hiện cùng hoạt động giống như LIGO từng làm để quan sát cùng một thứ vào cùng một thời điểm - một thứ gì đó “sẽ có mặt trong tương lai gần”, các nhà khoa học tiên đoán.

Có thể lực hấp dẫn đang bị “rò rỉ” ra 6 chiều không gian khác mà chúng ta không thể nhìn thấy, vì vậy mà chúng ta mới chỉ biết về một phần nhỏ ảnh hưởng của nó đối với vũ trụ qua 4 chiều mà chúng ta có thể đo đếm được.

Tất nhiên, chúng ta cũng cần phải lưu ý rằng giả thuyết này mới chỉ trong giai đoạn đầu, nó vẫn cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng và đón nhận các ý kiến từ cộng đồng vật lý về tính xác thực của nó. Tuy nhiên, nếu có bất kỳ ai tìm ra được một chiều không gian nào khác, đó sẽ thật sự là điều đáng mừng cho khoa học.

Tham khảo Sciencealert