Giải Nobel Vật Lý 2017 – Trích Các thế giới song song

DSC06403Năm nay giải Nobel Vật Lý được trao cho ba nhà vật lý đã có công xây dựng và vận hành trạm LIGO, là nơi đã dò tìm được sóng hấp dẫn. Dưới đây là trích đoạn nói về LIGO từ cuốn sách Các thế giới song song của tác giả Michio Kaku.

Chính Einstein, vào năm 1916, là người đầu tiên đề xuất sự tồn tại của các sóng hấp dẫn. Hãy xem xét điều gì sẽ xảy ra nếu Mặt Trời biến mất. Bạn còn nhớ ví dụ một quả bóng bowling lún vào tấm đệm chứ? Hay tốt hơn là một giàn nhún nhỉ? Nếu quả bóng đột nhiên bị lấy đi, giàn nhún sẽ ngay lập tức bật ngược trở lại vị trí ban đầu, tạo ra các sóng xung kích khẽ lan truyền ra phía ngoài dọc theo giàn nhún. Nếu quả bóng bowling được thay thế bằng Mặt Trời, thì chúng ta thấy rằng các sóng xung kích của hấp dẫn di chuyển theo một tốc độ cụ thể, là tốc độ ánh sáng.

Mặc dù sau đó Einstein đã tìm thấy một lời giải chính xác cho các phương trình của mình với sự có mặt của các sóng hấp dẫn, nhưng ông đã mất hết hy vọng trong đời được thấy dự đoán của mình được xác nhận. Các sóng hấp dẫn rất yếu. Ngay cả các sóng xung kích của các ngôi sao đang va chạm cũng không đủ mạnh để có thể đo đạc bằng các thực nghiệm hiện tại.

Hiện nay, các sóng hấp dẫn chỉ được phát hiện một cách gián tiếp. Hai nhà vật lý Russell Hulse và Joseph Taylor Jr. đã phỏng đoán rằng nếu phân tích các sao nơtron đôi đang xoay tròn và rượt đuổi nhau trong không gian, thì mỗi ngôi sao sẽ phát ra một luồng sóng hấp dẫn khi quỹ đạo của chúng từ từ suy sụp, tương tự như các vệt lằn được tạo ra khi ta khuấy mật đường. Họ đã phân tích đường xoắn ốc chết chóc của hai ngôi sao nơtron khi chúng từ từ quay xoắn lại với nhau. Đối tượng khảo sát của họ là sao nơtron đôi PSR 1913+16, nằm cách Trái Đất khoảng 16.000 năm ánh sáng, quay quanh nhau với chu kỳ 7 giờ 45 phút, và phát xạ các sóng hấp dẫn vào khoảng không vũ trụ.

Sử dụng thuyết của Einstein, họ thấy rằng hai ngôi sao sẽ nhích lại gần nhau một milimét sau mỗi vòng quay. Mặc dù đây là một khoảng cách vô cùng nhỏ, nhưng sau một năm nó tăng lên một yard (0,91 mét), khi quỹ đạo 435.000 dặm (700 km) từ từ thu nhỏ lại. Công trình tiên phong của họ đã chỉ ra rằng quỹ đạo hai ngôi sao suy sụp chính xác như thuyết của Einstein đã dự đoán trên cơ sở của sóng hấp dẫn. (Trên thực tế, các phương trình Einstein dự đoán rằng các ngôi sao cuối cùng sẽ lao vào nhau trong vòng 240 triệu năm, do mất đi năng lượng đã bức xạ vào không gian dưới dạng các sóng hấp dẫn.) Với công trình này, họ đã giành giải Nobel vật lý vào năm 1993.*

Continue reading

Advertisements

Vật chất tối, Fritz Zwicky và Vera Rubin – Trích Các thế giới song song

DSC06403Vera Rubin, nhà thiên văn học nữ hiếm hoi trong lịch sử, qua đời ngày 25 tháng 12 vừa qua. Trong những năm 1970, Vera Rubin và đồng nghiệp đã quan sát thiên hà Andromeda và xác nhận sự tồn tại của vật chất tối (dark matter) trong vũ trụ, một ý tưởng được Friz Zwicky ở Caltech đưa ra năm 1933. 

Vera Rubin hiểu hơn ai hết sự phân biệt giới trong khoa học, đặc biệt là thiên văn học, một lĩnh vực do nam giới thống trị hàng ngàn năm. No room for woman. Nhiều nhà vật lý đương đại cho rằng ủy ban Nobel bỏ quên Vera Rubin là việc rất đáng trách. 

Dưới đây là “Omega và Vật chất tối” trích từ Các thế giới song song của tác giả Michio Kaku (Nhã Nam, NXB Thế Giới, 2015).

OMEGA VÀ VẬT CHẤT TỐI

Câu chuyện về vật chất tối có lẽ là một trong những chương kỳ lạ nhất trong vũ trụ học. Trở lại thập niên 1930, nhà thiên văn người Thụy Sĩ không theo một khuôn phép nào là Fritz Zwicky của Cal Tech nhận thấy rằng các thiên hà trong quần thiên hà Tóc Tiên (Coma) không di chuyển chính xác theo học thuyết hấp dẫn của Newton. Ông thấy các thiên hà này di chuyển nhanh tới mức lẽ ra chúng phải bay tứ tán và đám thiên hà này phải tan rã, nếu tuân theo các định luật Newton về chuyển động. Ông nghĩ rằng cách duy nhất mà quần thiên hà Tóc Tiên có thể được giữ lại với nhau, thay vì bay tứ tán ra ngoài, là cụm này phải có lượng vật chất nhiều hơn hàng trăm lần so với lượng vật chất có thể nhìn thấy được bằng kính thiên văn. Hoặc là các định luật Newton vì lý do nào đó đã không còn đúng ở các khoảng cách tầm thiên hà hoặc đã có một lượng rất lớn vật chất vô hình bị bỏ sót trong quần thiên hà Tóc Tiên đã giữ nó lại cùng nhau.

Điều này là dấu hiệu đầu tiên trong lịch sử rằng có một cái gì đó hết sức không ổn liên quan tới sự phân bố của vật chất trong vũ trụ. Điều không may là các nhà thiên văn đã đồng loạt từ chối hoặc bỏ qua công trình tiên phong này của Zwicky, vì vài lý do.

Trước hết, các nhà thiên văn khó có thể chấp nhận rằng thuyết hấp dẫn của Newton, vốn đã thống trị vật lý trong vài thế kỷ, lại có thể không đúng. Có một tiền lệ để xử lý các khủng hoảng giống như vậy trong thiên văn học. Khi quỹ đạo của sao Thiên Vương được phân tích trong thế kỷ 19, người ta thấy rằng nó bị lắc lư – bị lệch một lượng nhỏ so với các phương trình của Isaac Newton. Vì vậy, hoặc là Newton sai, hoặc phải có một hành tinh mới mà lực hấp dẫn của nó đã lôi kéo sao Thiên Vương. Hóa ra điều thứ hai là đúng, và sao Hải Vương được tìm thấy ngay từ nỗ lực đầu tiên vào năm 1846 bằng việc phân tích vị trí dự đoán của nó theo các định luật Newton.

Thứ hai, có vấn đề liên quan đến tính cách của Zwicky và đến việc các nhà thiên văn đã đối xử với những “kẻ ngoại đạo” như thế nào. Zwicky là một người nhìn xa trông rộng nhưng thường hay bị chế giễu hay bị bỏ qua trong suốt cuộc đời. Năm 1933, cùng với Walter Baade, ông đã đặt ra từ “supernova” (“sao siêu mới”) và dự đoán đúng rằng một sao nơtron nhỏ, kích thước khoảng 14 dặm (22,5 km), sẽ là tàn tích cuối cùng của một ngôi sao nổ tung. Ý tưởng này kỳ dị tới mức nó đã bị đả kích trong một bức tranh biếm họa trên nhật báo Los Angeles Times vào ngày 19 tháng 1 năm 1934. Zwicky tức giận một nhóm nhỏ các nhà thiên văn thượng lưu, những kẻ mà ông nghĩ rằng đã ra sức không công nhận ông, đã ăn cắp các ý tưởng của ông và không cho ông làm việc trên các kính viễn vọng 100 và 200 inch (2,5 m và 5 m). (Ngay trước khi ông qua đời vào năm 1974, Zwicky tự xuất bản một danh lục liệt kê các thiên hà. Danh lục này mở đầu với tiêu đề: “Một lời nhắc nhở với các Tu sĩ Cao cấp của Thiên văn học Mỹ và những kẻ nịnh hót họ.” Bài tiểu luận này đã đưa ra lời phê phán nghiêm khắc bản chất bè phái, hẹp hòi của tầng lớp thượng lưu trong giới thiên văn học, những kẻ có xu hướng loại trừ những người không tuân theo khuôn phép như ông. “Ngày nay những kẻ nịnh hót và những kẻ trộm cắp rõ ràng dường như được tự do, trong hội Thiên văn học Mỹ nói riêng, chiếm đoạt các khám phá và các sáng kiến do những con sói cô độc và những kẻ không theo lề thói tạo ra,”* ông đã viết như vậy. Ông còn gọi các cá nhân này là “những kẻ chết tiệt béo tròn,” bởi vì “chúng là những kẻ chết tiệt theo bất kỳ cách nào bạn nhìn chúng.” Ông còn điên tiết vì đã bị gạt ra khi giải Nobel được trao cho người khác do thành tích phát hiện ra sao nơtron.*)

Continue reading

Các thế giới song song – Michio Kaku

Parallel Worlds: A Journey Through Creation, Higher Dimensions, and the Future of the Cosmos của Michio Kaku. Bản tiếng Việt: Các thế giới song song của Vương Ngân Hà.

Interstellar của đạo diễn Christopher Nolan là một bộ phim rất thành công năm 2014. Phim kể về một người cha chia tay đứa con gái bé nhỏ của mình rồi dùng tàu vũ trụ đi xuyên qua lỗ sâu đục (hay còn gọi là lỗ giun) để đi vào tương lai và tìm cách cứu nhân DSC05480loại. Bị mắc kẹt ở tương lai, ông tìm mọi cách để gửi thông điệp về cho con gái của mình. Cuối cùng, ông đã thành công nhờ sử dụng sóng hấp dẫn. Một bộ phim khoa học giả tưởng nói về tình cha con nhưng lại rất lý thú với các ý tưởng vật lý cao siêu và kỳ lạ vốn khá khó hiểu với đại chúng.

Sau khi  xem phim, giáo sư vật lý Đàm Thanh Sơn có viết trên blog của mình, rằng cố vấn khoa học của bộ phim là giáo sư vật lý Kip Thorne của Caltech, đồng thời đưa ra bốn bài báo khoa học và khuyến khích mọi người đọc để hiểu thêm các ý tưởng vật lý vũ trụ trong Interstellar.

Với hầu hết bạn đọc bình thường, việc đọc các bài báo khoa học kiểu này sẽ hơi mệt, mất thời gian, và có thể  còn rất chán. Thay vào đó, các bạn có thể tìm đọc một cuốn sách hấp dẫn hơn đã được dịch sang tiếng Việt: Các thế giới song song (Parallel Worlds) của nhà vật lý Michio Kaku.

Trong Các thế giới song song, các tên tuổi vật lý mà giáo sư Sơn nhắc đến trong bài viết của mình như Thorne, Misner, Wheeler sẽ xuất hiện cùng với hầu hết các nhà vật lý vĩ đại khác từ Newton đến Einstein. Cùng với các tên tuổi ấy là các ý tưởng khoa học của họ, được diễn giải một cách ngắn gọn, mạch lạc và tương đối dễ hiểu. Continue reading