Nobel Vật lý được trao cho bộ 3 đo được sóng hấp dẫn trong thực tế

3 nhà khoa học Rainer Weiss, Barry C. Barish và Kip S. Thorne. Ảnh: Lovisa Engblom

Bộ 3 nhà khoa học Mỹ này đã làm việc cùng với hơn 1.000 nhà nghiên cứu đến từ 20 quốc gia để tạo ra Đài quan trắc sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế laser (Laser Interferometer Gravitational - Wave Observatory; LIGO) là một thí nghiệm vật lý quy mô lớn nhằm phát hiện trực tiếp sóng hấp dẫn. 

Với LIGO, lần đầu tiên con người đo được trực tiếp sóng hấp dẫn đã diễn ra vào ngày 14.9.2015 nhưng sự kiện này chỉ được nhóm hợp tác LIGO và Virgo thông báo vào ngày 11.2.2016.

Sóng hấp dẫn là một khái niệm được nhà bác học vĩ đại Albert Einstein đưa ra cách đây 100 năm, và với LIGO thì lần đầu tiên con người mới thực sự đo được trực tiếp loại sóng này.

Trước đó, các nhà vật lý mới chỉ biết sự tồn tại của sóng hấp dẫn một cách gián tiếp thông qua ảnh hưởng của chúng lên thời gian đến của xung vô tuyến từ sao xung trong các hệ sao đôi. Hình dạng sóng thu được từ hai trạm thăm dò của LIGO khớp với dự đoán của thuyết tương đối rộng về sóng hấp dẫn phát ra từ cặp lỗ đen có khối lượng lần lượt vào khoảng 36 và 29 lần khối lượng Mặt Trời chuyển động xoáy tròn quanh nhau, tiến tới sáp nhập rồi dao động tắt dần ("ringdown") tạo thành một lỗ đen quay. 

Tín hiệu được đặt ký hiệu là GW150914 (viết tắt của Gravitational Wave và ngày phát hiện sự kiện). Đây cũng là lần đầu tiên đo được quá trình sáp nhập của hệ hai lỗ đen, chứng minh sự tồn tại của các hệ đôi lỗ đen khối lượng sao, và những sự kiện hợp nhất như thế có xảy ra trong độ tuổi của vũ trụ hiện tại.

Việc đo được trực tiếp sóng hấp dẫn được coi như là một thành tựu lớn của ngành Vật lý hiện đại. Nỗ lực nhằm chứng minh trực tiếp sự tồn tại của các sóng hấp dẫn đã trải qua trên 50 năm, khi mà cường độ của chúng đến Trái Đất là quá nhỏ khiến ngay cả Albert Einstein cũng phải hoài nghi về khả năng phát hiện ra sóng hấp dẫn. Các sóng thoát ra từ biến cố sáp nhập dữ dội GW150914 đến Trái Đất như là những gợn sóng lăn tăn của độ cong trong cấu trúc không thời gian làm thay đổi kéo giãn hay co ngắn ở các cánh tay dài 4 km của LIGO bằng khoảng 1/1000 đường kính của proton, tương đương tỷ lệ với sự thay đổi khoảng cách đến ngôi sao gần hệ Mặt Trời nhất bằng bề rộng của tóc người. 

Từ trái sang:  Rainer Weiss, Barry Barish and Kip Thorne. Ảnh: BBC

Năng lượng giải phóng ra trong thời gian ngắn của sự kiện là cực lớn, tương đương bằng 3 lần khối lượng Mặt Trời x c² (5,4×10⁴⁷ J) phát ra trong thời gian ít hơn nửa giây dưới dạng sóng hấp dẫn, đạt tốc độ bức xạ cực đại bằng khoảng 3,6×10⁴⁹ watt - lớn hơn hàng chục lần năng lượng ánh sáng phát ra từ tất cả các sao trong vũ trụ quan sát được kết hợp lại.

Phép đo này đã xác nhận một trong những dự đoán cuối cùng còn chưa được kiểm nghiệm của thuyết tương đối tổng quát và công nhận dự đoán của lý thuyết về sự biến đổi của độ cong không thời gian trong các sự kiện vũ trụ quy mô lớn (gọi là các kiểm tra trong trường hấp dẫn mạnh - strong field tests) và động lực phi tuyến tính. 

Nó cũng mở ra một ngành mới đó là thiên văn học sóng hấp dẫn, cho phép thu thập được dữ liệu từ các biến cố thiên văn vật lý mà trước đó không thể phát hiện được, và có khả năng đưa các nhà vũ trụ học tới những thời điểm sơ khai nhất trong lịch sử của Vũ trụ.

Giải Nobel Vật lý và Hóa học do Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đề cử và quyết định. Viện Hàn lâm Thụy Điển phụ trách giải Nobel Văn học.

Tính đến thời điểm hiện tại, trong tổng cộng 914 chủ nhân (cá nhân hoặc tổ chức) của giải Nobel, có 48 phụ nữ. Trong số này, nhà khoa học người Pháp, bà Marie Curie được tôn vinh tới 2 lần, với giải thưởng Vật lý năm 1903 và giải Hóa học năm 1911.

Thiên Hà