Sóng hấp dẫn là gì?
Sóng hấp dẫn (gravitational wave) là những dao động nhấp nhô bởi độ cong của cấu trúc không-thời gian thành các dạng sóng lan truyền ra bên ngoài từ sự thăng giáng các nguồn hấp dẫn (thay đổi theo thời gian) và những sóng này mang năng lượng dưới dạng bức xạ hấp dẫn. Albert Einstein, vào năm 1916 dựa trên thuyết tương đối rộng của ông lần đầu tiên dự đoán có sóng hấp dẫn có thể phát ra từ một hệ sao đôi chứa sao lùn trắng, sao neutron hoặc lỗ đen. Trong cơ học Newton tất cả các tương tác tức thì với nhau vì vậy không có sóng hấp dẫn trong lí thuyết cổ điển này.
Với lực hấp dẫn là hiệu ứng của biến dạng không-thời gian, và không-thời gian là tĩnh theo Thuyết Tương đối, vậy nên để tạo ra sóng hấp dẫn (gravitational waves) sẽ phải có sự chuyển động của các khối lượng, chúng sẽ gây ra những biến đổi tuần hoàn trong trường hấp dẫn. Hay nói cách khác, sóng hấp dẫn chính là những gợn sóng trong kết cấu không-thời gian, giống như sóng nước là những gợn sóng trên mặt nước.
Chúng ta đã biết LIGO đã phát hiện ra sóng hấp dẫn (tháng 9/2015), mở ra một cửa sổ mới để nghiên cứu vũ trụ. So với các tương tác khác thì hấp dẫn là tương tác yếu nhất. David Andriot phát biểu rằng điều này có thể có nguyên nhân là lực hấp dẫn đã tương tác trong một không-thời gian có nhiều chiều hơn 4.
Andriot và Lucena Gómez đã đi đến kết quả là khi \(N\) chiều vào không-thời gian 4 chiều thì điều này cho hai kết quả quan trọng:
Phát sinh ra một dao động gọi là “breathing-mode, mode sinh động” trong sóng hấp dẫn
Một kết quả thứ hai là xuất hiện một tập gián đoạn các tín hiệu tần số cao (trên \(1000Hz\)) đi kèm sóng hấp dẫn.
Không gian \(D-\) chiều
Hai tác giả trên xét một không-thời gian \(D-\) chiều
$$D=4+N$$
Như vậy, không gian \(D\) (index MN) chiều được phân thành không gian 4-chiều quen thuộc của GR (index\(_{\mu\nu}\)) và không thời gian với extra dimensions N-chiều (index\(_{mn}\)). Vậy ta có những thành phần như sau:
\(h_{\mu\nu\}=) tensor
\(h_{\mu n}=\) vector
\(h_{mn}=\) scalars
Sau đó, các tác giả nghiên cứu các phương trình trong \(D-\) chiều và tìm ra các sai khác nghiên cứu các hệ quả do các chiều dư \(N\) gây nên.
Phương trình Einstein trong \(D-\) chiều
$$S=\dfrac{1}{2k^D}\int d^D x\sqrt{|g_D|}(R_D-2\Lambda_D)$$
\(|g_D|=\) determinant
\(R_D=\) Ricci tensor
\(\Lambda_D=\) cosmological constant
Các hệ quả gây nên bởi \(N-\) chiều dư
Quan trắc thực nghiệm
Hệ quả thứ nhất có thể nằm trong tầm tay phát hiện của thực nghiệm nhờ hệ VIRGO nối liền hai detector LIGO.
Song hệ quả thứ hai (các tín hiệu tần số cao trên \(1000Hz\) ) gặp nhiều khó khăn để được phát hiện vì các detector sóng hấp dẫn hiện nay chưa đủ độ nhạy với các tần số này.
Kết luận
Nếu phát hiện các hệ quả trên thì vấn đề các chiều dư không-thời gian sẽ được khẳng định, điều mà trên máy LHC người ta vẫn chưa đạt được kết quả nào cho đến hiện nay. Ngoài ra có thể nói rằng sóng hấp dẫn chứng minh thêm sự đúng đắn của lí thuyết dây là lí thuyết tiên đoán sự tồn tại của những chiều dư.
Tài liệu tham khảo
- Wikipedia (tiếng Việt). Sóng hấp dẫn. Xem tại đây
- Vật Lý Thiên Văn. Sóng hấp dẫn là gì?. Link bài viết
- KhoaHoc.tv. Sóng hấp dẫn hoạt động như thế nào?. Đọc tại đây
- TED Talk – Allan Adams. What the discovery of gravitational waves means. Bài nói chuyện
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét