Đôi nét về sóng hấp dẫn và hệ thống đo LIGO
bk9sw
11 nămBình luận: 16
Từ lâu, những chiếc kính thiên văn đã giúp các nhà khoa học quan sát sự dao động của không gian và thời gian trong vũ trụ. Ban đầu, kính thiên văn được sử dụng để phát hiện và đo đạc các sóng ánh sáng thấy được. Qua thời gian, các nhà thiên văn hiểu rằng vũ trụ không hề đơn điệu bởi ngoài sóng ánh sáng, vũ trụ còn bao gồm nhiều loại sóng khác như sóng radio, sóng tử ngoại, tia x và mới đây nhất là sóng hấp dẫn.

[​IMG]

Năm 1916, Albert Einstein đã tiên đoán sự có mặt của sóng hấp dẫn trong vũ trụ như 1 phần của thuyết tương đối. Ông mô tả không gian và thời gian theo nhiều khía cạnh khác nhau. Nhưng để hiểu đơn giản, chúng ta có thể hình dung không gian thời gian trong vũ trụ là một tấm vải đang bị kéo căng. Hành tinh và các ngôi sao trên tấm vải này bị kéo dãn làm biến dạng, mọi thứ đặt gần chúng tiến lại gần hơn. Nếu chủ thể là các sao nơtron hay lỗ đen với một nguồn năng lượng phân giải vô cùng lớn, tấm vải sẽ tạo nên các nếp gợn xung quanh chúng và đây cũng chính là sóng hấp dẫn.

[​IMG]
LIGO với cơ sở tại Livingston, Louisiana.

Hiện nay, 1 trong những bộ máy có khả năng đo được sóng hấp dẫn có tên LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Hệ thống được thiết lập tại Livingston, bang Louisiana và vùng Columbia Basin, phái đông nam bang Washington. LIGO sẽ phát hiện các nếp gợn trong không gian thời gian bằng một thiết bị đo giao thoa laser. Hệ thống LIGO gồm 2 đường ống dài hơn 4km gọi là 2 cánh tay và nhìn từ trên cao, 2 cánh tay này tạo thành một chữ "L" khổng lồ. Trong mỗi ống có gắn 2 tấm kính cách xa nhau.

[​IMG]
LIGO với cơ sở tại Columbia Basin, Washington.

Quy trình thực hiện bắt đầu bằng một tia laser. Tia laser được phóng qua một bộ phân chùm nằm ở góc chữ L, tại đây, tia laser được chia làm 2 chùm phân vào mỗi ống. Trong ống, chùm laser được phản chiếu qua lại liên lục giữa 2 tấm kính trước khi được trả về bộ phân chùm. 2 chùm laser được hợp nhất và toàn bộ nguồn sáng của tia laser được phục hồi. Tuy nhiên, nếu có một sự sai khác nào đó giữa độ dài 2 đường đi của 2 chùm laser, một số chùm sáng bị biến đổi sẽ được chuyển tới bộ phận tách sóng quang. Mặc dù cùng được tạo ra từ một tia laser nhưng vì lý do trên, 1 trong 2 chùm sẽ có đường đi dài hơn. Tia laser không giữ được bản chất ban đầu nữa và nguyên nhân gây nên sự thiếu hụt này chính là sóng hấp dẫn. Khi sóng hấp dẫn truyền đi trong vũ trụ, chúng kéo dãn hoặc nén chặt các vật thể đi qua và điều này có nghĩa, sóng hấp dẫn đã tác động đến 1 trong 2 chùm laser trong ống khiến 1 chùm bị ngắn hoặc dài hơn chùm kia.

Nếu độ sai lệch giữa 2 chùm laser càng nhiều, sẽ có nhiều chùm sáng hơn được chuyển đến bộ phận tách sóng. Bộ phận tách sóng sẽ ghi lại và phân tích các chùm sáng cho biết số lượng, bước sóng ánh sáng và độ mạnh của sóng hấp dẫn đã tác động. Bộ phận đo giao thoa laser sẽ đóng vai trò như một microphone để chuyển đổi sóng hấp dẫn thành các tín hiệu điện tử. Từ đây, các nhà khoa học có thể dễ dàng phân tích sóng hấp dẫn.

Vì sóng hấp dẫn khá yếu nên để đảm bảo đo được chính xác sóng hấp dẫn, hệ thống LIGO phải đảm bảo một số yếu tố. Trước tiên, để đảm bảo các tia laser không bị tán xạ, áp suất trong ống phải ở mức 10^-12atm. 2 tấm kính trong mỗi ống đều được chống rung. Ngoài ra, LIGO cũng được trang bị 2 bộ dò hoạt động cùng lúc để xác định sóng hấp dẫn đang di chuyển qua trái đất.

Nguồn: io9; LIGO
Ảnh: National Science Foundation
16 bình luận
đúng là bác AE có bộ óc thiên tài, nhìn trước cả tương lai sau 100 năm, đọc thì đúng là chẳng hiểu gì hết nhưng thấy rất hay.
thấy hay hay , gần đây nhiều thông tin khoa học ngoài sức tưởng tượng quá, hy vọng có cơ hội trải nghiệm những phát minh mới....
Hoàng tráng ghê 😃 ...........
dễ hiểu hơn thật.... :|
Mấy hôm nay sao mà các bài viết về Vật lý xuất hiện dồn dập thế nhỉ?!

Đúng là sự tồn tại của sóng hấp dẫn được dự đoán trong thuyết tương đối rộng của Einstein, cũng như sóng điện từ trong thuyết của Maxwell vậy. Tuy nhiên, do cường độ của lực hấp dẫn quá bé (cỡ 10^(-38) so với lực điện), nên việc bắt được sóng hấp dẫn là cực kỳ khó. Theo mình LIGO dù có trang thiết bị hiện đại đến mấy cũng chưa thể làm được việc này (trừ khi các nhà khoa học cố tình 'gò' dữ liệu;)).

Bài viết này làm mình nhớ đến giáo sư Nguyễn Ngọc Giao. Hồi đó mình học môn Trường hấp dẫn - Lý thuyết tương đối rộng của giáo sư. Trong buổi học về sóng hấp dẫn rút ra từ phương trình trường của Einstein, GS có kể về một thí nghiệm của người Nga để đo sóng hấp dẫn. Nhóm các nhà thí nghiệm tuyên bố là thiết bị của họ sau khi đã khử hết mọi nhiễu loạn thì thu được một tín hiệu rất lạ, không phải là tín hiệu điện (sóng điện từ). Các vị người Nga sau đó mạnh dạn khẳng định đây chắc chắn phải là sóng hấp dẫn chứ không thể nào khác được. Rồi thì các nhà khoa học bắt đầu kiểm chứng qui trình làm thí nghiệm của mấy vị Nga ngố. Kết quả 'thẩm định' của các nhà khoa học thật bất ngờ: tín hiệu mà các vị người Nga cho là sóng hấp dẫn đó được phát ra từ đôi dày của ông bảo vệ phòng thí nghiệm, người vẫn hằng đêm xách đèn pin đi kiểm tra khắp phòng lab :p. Sau câu chuyện, mấy thầy trò được một trận cười hả hê.
nclamvn
TÍCH CỰC
11 năm
Đúng là rất khó để dò tìm được sóng hấp dẫn một cách trực tiếp tuy nhiên người ta có thể làm được điều này một cách gián tiếp nhờ vào công trình của Hulse và Taylor về các Pulsar vào năm 1974 (nhờ công trình này, cả hai đã được trao giải Nobel vào năm 1993). Hầu hết các hệ thống dò tìm sóng hấp dẫn (như LIGO, LISA,...) đều dựa trên những kết quả của Hulse và Taylor nhằm tìm kiếm dấu vết của sóng hấp dẫn một cách gián tiếp.

Theo cách nói của phó giám đốc Viện công nghệ LIGO tại California, Albert Lazzarini thì "Với những kỹ thuật tối tân tại LIGO, sẽ rất ngạc nhiên về khía cạnh "tương đối" nếu như chúng tôi không thu được gì".
JDung
TÍCH CỰC
11 năm
Cám ơn bác, chuyện vui quá.
Đường băng đẹp quá....đường này mà cho dân bay vít ga thì đã lắm ^^

Sry chẳng liên quan gì xD
cuongcuTKH
ĐẠI BÀNG
11 năm
Cao siêu quá, mình chả hiểu quái gì cả.
bài viết hay quá, các nhà khoa học giỏi thiệt
orionviva
ĐẠI BÀNG
11 năm
cái này hoạt động giống mấy cái máy đo khoảng cách của mấy bác xây dựng hay địa chất nè,dùng giao thoa ánh sáng để tính độ dài, nhưng cái này ngược lại là biết độ dài rồi tính sự giao thoa
Mình đọc mà không hiểu gì cả, thật là cao siêu.
Sóng hấp dẫn có tác dụng gì không nhỉ?
xitlun
ĐẠI BÀNG
11 năm
Mình nghe nói sóng này mà mang vào người thì hấp dẫn người khác phái lắm đó. Có điều hiện tại sóng này rất yếu nên mức độ tăng thêm đó vẫn chưa thể nhận ra. 😁
Ngày xưa hồi còn là học sinh mình cũng rất mê tìm hiểu những thứ này. Nhưng về sau, do điều kiện thực tế học tập và làm việc chỉ có thể đi sâu vào những lĩnh vực thực tế hơn, như cơ học và điện từ học. Bây giờ thi thoảng được đọc những bài như vậy, ko chỉ thích đọc mà còn như tìm lại được bạn bè để thảo luận "vu vơ" nữa. Có vẻ ở đây vài bạn nghiên cứu khá rộng và sâu về vật lý lý thuyết?
ufdb
CAO CẤP
11 năm
tóm lại đo được sóng này để làm gì ?
Để hỗ trợ cải tiến antena cho Iphone. Giúp Iphone hấp dẫn hơn và các Ifan thôi khóc nhè ;p

Đùa chút. Có ai biết cho mình hỏi luôn: về phần hệ thống laser đo tác động của sóng hấp dẫn chuyển thành tín hiệu có thể nghiên cứu được thì mình suya rồi. Nhưng về khái niệm sóng hấp dẫn là sóng có yếu tố thời gian thì mình chưa thấy đề cập trong bài viết. Ai có kiến thức về vật lý lý thuyết giải thích giùm mình với.
Many thanks !







  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2021 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: 209 Đường Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Phường 7, Quận 3, TP.HCM
  • Số điện thoại: 02862713156
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019