HỘI NGHỊ CÁN BỘ VIÊN CHỨC KHOA NĂM 2017 ĐÃ THÀNH CÔNG TỐT ĐẸP  |   LỄ BẢO VỆ TIẾN SỸ CẤP HỌC VIỆN CỦA NCS LÊ THỊ VINH   |   LỄ CÔNG BỐ QUYẾT ĐỊNH BỔ NHIỆM BAN CHỦ NHIỆM KHOA NHIỆM KỲ 2017 - 2022  |  
TRANG CHỦ
GIỚI THIỆU KHOA
CÁC BỘ MÔN
CÔNG TÁC ĐÀO TẠO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
OLYMPIC
PHÒNG THÍ NGHIỆM
CLB TIẾNG ANH (BSEC)
LIÊN HỆ
jp.jpg
humg_ioffice.gif 
bsec1.jpg
50humg.jpg
Số lượt truy cập: 745093
Hiện tại có 49 khách
SÓNG HẤP DẪN LÀ GÌ? GIẢI THƯỞNG NOBEL VẬT LÝ NĂM 2017 In E-mail
Sunday, 08 October 2017
h4twostartsystem.png

Giải Nobel về vật lý là một trong những giải Nobel được trao hàng năm cho các nhà vật lý và thiên văn có những khám phá và những đóng góp nổi trội trong lĩnh vực vật lý hàng năm. Vậy trong năm 2017 các nhà vật lý đã có những đột phá gì trong lĩnh vực vật lý để mang lại cho mình giải thưởng danh giá này? Chúng ta cùng nhau tìm hiểu nhé!

Giải Nobel vật lý 2017
Giải thưởng Nobel Vật lý danh giá năm 2017 đã được trao tặng cho ba nhà khoa học người Mỹ về cống hiến phát hiện ra sóng hấp dẫn. Đó là các nhà khoa học: Rainer Weiss, Kip Thorne và Barry Baish, trong đó nhà khoa học Rainer Weiss vinh dự nhận một nửa, hai nhà khoa học còn lại vinh dự chia đều một nửa còn lại của tổng giá trị giải thưởng là 831.000£ (>~1.000.000USD). (hình 1)
h1nobelman.pngHình 1: Rainer Weiss, Kip Thorne, Barry Baish (từ trái qua)
Sóng hấp dẫn đã được nhà khoa học Albert Einstein dự đoán từ hệ quả  của thuyết tương đối rộng của ông cách hơn một thế kỷ về trước. Ba nhà khoa học đã đóng vai trò chủ đạo trong phòng thí nghiệm giao thoa laser (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory-LIGO) (hình 2). Vào năm 2015 tại phòng thí nghiệm này các nhà khoa học lần đầu tiên đã quan sát được sóng hấp dẫn gây ra bởi sự sáp nhập dữ dội của hai hố đen cách chúng ta một tỷ năm ánh sáng. Giáo sư Olaga Botner, một thành viên của ủy ban trao giải Nobel về lĩnh vực vật lý cho biết: "Đây là một phát hiện làm chấn động thế giới". Sự phát hiện của LIGO đã khẳng định dự đoán của nhà bác học Albert Einstein hơn thế kỉ trước rằng không thời gian có thể bị co lại hoặc giãn ra, kết quả có thể tạo nên sóng hấp dẫn trong vũ trụ giống như hiện tượng truyền gợn sóng nước trên mặt hồ.
h2ligolab.png
Hình 2: LIGO lab tại công trường Hanford, bang Washington. Livingston, Louisiana, bang Louisiana
Sóng hấp dẫn là gì?
Khái niệm cơ bản trong vật lý, sóng là sự lan tỏa pha của một nguồn dao động trong môi trường. Ở đây sóng hấp dẫn cũng tương tự như vậy, chỉ đặc biệt là môi trường dao động chính là không thời gian (trong một khoảng thời gian trước đây được các nhà khoa học gọi là ete của vũ trụ) và nguồn dao động là mọi vật chất trong vũ trụ. Như ta đã biết sóng là sự lan truyền dao động, có thể truyền pha và mang năng lượng. Khoảng cách truyền sóng phụ thuộc vào cường độ dao động của nguồn phát và tính chất của môi trường lan truyền.
h3sun.pngHình 3: Khối lượng của mặt trời làm cong không thời gian.
Trong trường hợp thí nghiệm của các nhà khoa học tại LIGO lại có thể phát hiện sóng hấp dẫn gây ra bởi sự tương tác của hai hố đen cách chúng ta 1 triệu năm ánh sáng, trong khi đó lại khó phát hiện được sóng hấp dẫn từ mặt trời hay các vì sao khác trong thiên hà? Về lý thuyết mặt trời của chúng ta có khối lượng tương đối đủ lớn để làm cong không thời gian (hình 3) (được chứng minh qua hiện tượng thấu kính hấp dẫn) tuy nhiên mặt trời của chúng ta tự quay với  dao động lệch tâm khá nhỏ-chu kỳ tự quay là 35 ngày tại xích đạo) do đó biên độ nén – giãn không thời gian xung quanh của mặt trời rất nhỏ. Do vậy mà sóng hấp dẫn từ mặt trời rất khó có thể xác định được so với các nguồn dao động khác.
Trong khi đó các hố đen có khối lượng vô cùng lớn chúng làm biến dạng không thời gian khá lớn đồng thời khi các lỗ đen tương tác với nhau chúng sẽ quay xung quanh một khối tâm chung trước khi sáp nhập vào nhau, do đó sự co – giãn không thời gian do chúng quay quanh nhau là rất mạnh mẽ. Hình 4 mô tả sóng hấp dẫn được tạo ra khi hai ngôi sao quay quanh nhau. Với nguồn phát có cường độ lớn như vậy, sóng hấp dẫn đã lan truyền qua không gian và tương tác với trái đất, từ đó thông qua các thiết bị khoa học tiên tiến chúng ta có thể phát hiện ra chúng.
h4twostartsystem.png
Hình 4: Sóng hấp dẫn tạo ra bởi hệ sao đôi.
Chúng ta phát hiện ra sóng hấp dẫn như thế nào?
Các bạn hãy tưởng tượng có một quả bóng bay nổi trên mặt nước, khi có gợn sóng truyền trên mặt nước, quả bóng cũng sẽ nhấp nhô theo từng gợn sóng. Sau đó ta giữ cố định quả bóng bay không cho nó nhấp nhô theo sóng, lúc này năng lượng của sóng sẽ tác động tới quả bóng bay làm hình dạng của nó bị co giãn theo biên độ của nguồn sóng. Tương tự như vậy hãy tưởng tượng  trong vũ trụ trái đất như quả bóng bay và “bàn tay” giữ cho trái đất không dao động tự do là lực hấp dẫn gây lên bởi mặt trời. Khi sóng hấp dẫn truyền qua trái đất, nó tác động làm trái đất bị biến dạng theo chu kỳ sóng. Từ hệ quả đó các nhà khoa học đã có ý tưởng xây dựng hai hầm ống  trục vuông góc với nhau mỗi ống trục dài 4km. Về cơ bản hệ thống bao gồm hai chiếc gương phản xạ đặt tại đầu cuối của hai nhánh hầm trục, một gương bán mạ để chia thành hai tia laser từ một máy phát laser, một cảm biến ánh sáng laser. Với cấu trúc này cỗ máy có thể phát hiện ra sự biết dạng rất nhỏ cỡ 1/1000 của đường kính hạt nhân bằng phương pháp giao thoa (hình 5).
h5ligo.png
Hình 5: Hệ thống thí nghiệm LIGO.
Khi hiệu chỉnh hệ thống, họ cho hai tia phản xạ từ hai gương giao thoa triệt tiêu nhau, cảm biến không nhận được ánh sáng laser chiếu tới (hình 6). Khi có sóng hấp dẫn tới làm cho trái đất và hệ thống cũng dao động theo, do đó giao thoa không còn triệt tiêu nữa, cảm biến sẽ nhận được tín hiệu ánh sáng laser. Từ độ lệch pha, các nhà khoa học sẽ dễ dàng tính toán được sóng hấp dẫn. (hình 7).
h6ligo.png
Hình 6: Giao thoa triệt tiêu trong LIGO
h7ligo.png
Hình 7: Kết quả tìm ra sóng hấp dẫn, (a) sóng hấp dẫn gây ra biến dạng theo phương dọc, (b) sóng hấp dẫn gây ra biến dạng theo phương ngang (phương so với màn hình của bạn), (c) giao thoa không triệt tiêu.
Như vậy  tìm hiểu sơ qua về khái niệm sóng hấp dẫn đã cho chúng ta một cái nhìn mới trong vật lý. Thật tuyệt vời với những thành quả của những bộ óc vĩ đại. Đi từ những thí nghiệm tưởng tượng cho đến hiện thực. Nhà khoa học Albert Einstein đã từng nói một câu nói nổi tiếng rằng: "Trí tưởng tượng quan trọng hơn kiến thức, kiến thức là hữu hạn, trí tưởng tượng là vô cùng và bao quát toàn thế giới". Qua kênh thông tin của “emyeukhoahoc” có một câu hỏi từ một em học sinh học lớp sáu giành cho độc giả trả lời giúp như sau:
“Khi nấu nước uống, em đổ nước vào trong xoong nhôm, mới bắt đầu bật bếp nấu thì em nhận thấy nước trong xoong giảm đi một chút ít (lượng nhỏ thôi). Sau đó, em đun một thời gian thì thấy mức nước trong xoong dâng lên. Tại sao lại có hiện tượng như vậy?”

Câu trả lời xin gửi về địa chỉ:  Mọi câu trả lời của độc giả là sự nhiệt tình đóng góp của các bạn đối với Bộ môn Vật lý, trường đại học Mỏ - Địa chất nói riêng và của lĩnh vực vật lý nói chung. Xin cảm ơn!

(emyeukhoahoc, tham khảo: theguardian.com, Nasa.com)
Visitor Counter
 
Tin mới hơn:
Tin cũ hơn: