Một phương pháp mới để phát hiện sóng hấp dẫn
(nature.com)- Việc quan sát sóng hấp dẫn đã trở thành một lĩnh vực thực nghiệm quan trọng của vật lý hiện đại, với cột mốc là lần phát hiện trực tiếp đầu tiên vào năm 2015
- Tín hiệu được quan sát vào tháng 9 năm 2015 khi đó là một dao động kéo dài một phần năm giây, và đã trở thành bước ngoặt lịch sử của vật lý
- Tín hiệu này dẫn đến lần phát hiện trực tiếp đầu tiên của sóng hấp dẫn, có ý nghĩa lớn ở chỗ con người đã trực tiếp quan sát được sự nhiễu loạn của không-thời gian
- Sóng hấp dẫn là sự nhiễu loạn trong hình học không-thời gian, di chuyển xuyên vũ trụ với tốc độ ánh sáng
- Phần trích dẫn có trong đầu vào không bao gồm tên gọi hay cơ chế hoạt động của năm phương pháp phát hiện mới mà tiêu đề đã báo trước
Lần phát hiện trực tiếp đầu tiên năm 2015
- Vào tháng 9 năm 2015, một dao động kéo dài một phần năm giây được xem là sự kiện đã làm thay đổi lịch sử vật lý
- Dao động này là lần phát hiện trực tiếp đầu tiên của sóng hấp dẫn
- Sóng hấp dẫn là sự nhiễu loạn xuất hiện trong cấu trúc hình học của không-thời gian
- Sự nhiễu loạn này lan truyền trong vũ trụ với tốc độ ánh sáng
Phạm vi nội dung có thể xác nhận
- Tiêu đề báo trước năm phương pháp mới để bắt được sóng hấp dẫn và những bí mật mà chúng sẽ hé lộ
- Phần trích dẫn được cung cấp không bao gồm tên của từng phương pháp, cách chúng hoạt động, đối tượng quan sát hay kết quả khoa học
- Phần văn bản còn lại có thể xác nhận chủ yếu là các mục ngoài nội dung chính như tùy chọn truy cập, hướng dẫn đăng ký và tài liệu tham khảo
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Có vẻ máy dò sóng hấp dẫn thế hệ đầu tiên, với thiết kế hoàn toàn khác các giao thoa kế hiện nay, gần như đã bị lãng quên trong lịch sử
Thiết bị khi đó không hoạt động, và việc Weber tuyên bố năm 1987 rằng ông đã phát hiện sóng hấp dẫn từ SN1987A cũng đã mất uy tín rộng rãi
https://en.wikipedia.org/wiki/Weber_bar
Trong các bài viết về Weber bar, tôi không thấy nhiều phản đối đối với chính lý thuyết nền tảng của thí nghiệm, nên muốn biết theo hiểu biết hiện nay thì có thể kỳ vọng một hiệu ứng có thể phát hiện được hay không
Tôi nghĩ có lẽ làm hàng trăm đến hàng nghìn Weber bar rồi xử lý tín hiệu sẽ rẻ hơn xây thêm một LIGO nữa, và cũng có thể tưởng tượng việc đặt Weber bar ngoài không gian
Weber bar không chỉ đơn giản là không hoạt động; theo tiêu chuẩn của đa số nhà vật lý thì nó được xem là không thể hoạt động, và dĩ nhiên bản thân Weber không đồng ý
Nếu đi từ một dải tần rất hẹp, tối đa 1000Hz, sang một phạm vi rộng hơn nhiều, về lý thuyết có thể đưa thông tin vào bằng các cách như điều chế tần số
Tôi tự hỏi liệu một nền văn minh đủ phát triển có thể cân nhắc liên lạc bằng hấp dẫn hay không, và liệu ta có nên tìm Hello, world ở một “tần số tự nhiên” nào đó như với sóng điện từ không
Năng lượng cần cho mỗi bit truyền đi có vẻ sẽ khổng lồ, và dù về lý thuyết có thể làm được, cho mục đích liên lạc thì dường như chỉ toàn nhược điểm và hầu như không có ưu điểm
Tuy vậy tôi nhớ đến một tập PBS Space Time bàn về việc liệu có thể tìm nền văn minh ngoài hành tinh bằng sóng hấp dẫn sinh ra khi một con tàu vũ trụ khổng lồ tăng tốc gần bằng tốc độ ánh sáng hay không
https://www.pbs.org/video/could-ligo-find-massive-alien-spac...
Nó có thể đi vòng qua chướng ngại vật không? Thay vì đường ngắm thẳng, các biến dạng hấp dẫn lớn như hố đen hay sao chỉ trở thành nguồn gây nhiễu, nhưng bản thân sự nhiễu có vẻ vẫn có thể xảy ra
Điều khoản khiêm tốn: tôi không thật sự biết mình đang nói gì
Loài chúng ta và nhiều loài trên Trái Đất chỉ nhìn thấy một dải rất hẹp của phổ bức xạ
Một nền văn minh phát triển nào đó có thể đã không phát triển giác quan kiểu đó, mà thay vào đó tiến hóa gắn bó mật thiết hơn nhiều với năng lượng hấp dẫn. Dù sao thì ta đang nói về vũ trụ mà
Có phải họ sẽ di chuyển các vật thể cỡ hành tinh để tạo sóng hấp dẫn không?
Tất nhiên, câu trả lời né tránh kiểu “họ dùng công nghệ cao mà chúng ta chưa biết” có thể thực sự là đúng
Vấn đề là điều chế tín hiệu, và cách duy nhất là di chuyển những khối lượng lớn thật nhanh
Có thể tham quan cơ sở LIGO miễn phí
Vài năm trước tôi đã đến cơ sở Hanford; chuyến đi có cả bài nói chuyện trước, tham quan toàn bộ cơ sở và còn vào được cả phòng điều khiển. Họ là những người thật tuyệt vời
https://www.ligo.caltech.edu/WA/page/lho-public-tours
Đó là lò phản ứng hạt nhân quy mô thực tế đầu tiên
Thật ngạc nhiên là LISA không được nhắc tới
Đây là máy dò sóng hấp dẫn đặt trong không gian, dùng 3 vệ tinh bay theo đội hình cách nhau 2,5 triệu km, và là một dự án kỹ thuật thực sự tuyệt vời dự kiến phóng năm 2035
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Laser_Interferometer_Space_A...
Đó là đoạn nói rằng “các nhà nghiên cứu hiện đang phát triển nhiều đài quan sát kiểu LIGO thế hệ tiếp theo cả trên mặt đất lẫn trong không gian, và phía không gian có Laser Interferometer Space Antenna”
Tôi nhớ hồi nhỏ đã đọc về LISA, khi đó nó được lên kế hoạch phóng vào năm 2015, một thời điểm rất xa trong tương lai
Giờ nếu nó thực sự được phóng vào năm 2035 thì tôi lại thấy ngạc nhiên hơn
Tôi mới biết một đề xuất mới về việc dùng một tàu thăm dò đã được lên kế hoạch làm máy dò sóng hấp dẫn
Nếu tôi không bỏ sót thì có vẻ bài viết không đề cập đến việc này
“Bridging the micro-Hz gravitational wave gap via Doppler tracking with the Uranus Orbiter and Probe Mission: Massive black hole binaries, early universe signals and ultra-light dark matter”
https://arxiv.org/abs/2406.02306
“Practically Free Primordial Gravitational Waves Detector”
https://www.youtube.com/watch?v=XfOxNJvSvf4
Có thể là một câu hỏi ngớ ngẩn, nhưng nếu vậy thì có phải thực chất đã chứng minh rằng trọng lực không tồn tại không?
Nếu hiệu ứng của trọng lực thực ra là kết quả đến từ hình học của không-thời gian, thì các thí nghiệm về sóng hấp dẫn dường như cho thấy không-thời gian tồn tại và có một hình học có thể đo được.
Nhưng khi nói đến cơ học lượng tử, người ta vẫn bảo rằng chưa tìm ra hạt truyền lực của trọng lực, nên nếu trọng lực không tồn tại mà chỉ là kết quả của hình học không-thời gian thì tôi không hiểu câu đó.
Cũng như các phương trình Maxwell là đủ cho sóng có cường độ vĩ mô, thuyết tương đối rộng cũng đủ cho sóng hấp dẫn ở quy mô vật lý thiên văn.
Câu hỏi riêng biệt là lý thuyết cơ học lượng tử nào có thuyết tương đối rộng làm giới hạn cổ điển của nó.
Trong điện từ học, điện động lực học lượng tử, được hiểu rõ vào thập niên 1940, là phiên bản lượng tử hóa của lý thuyết Maxwell, và dự đoán rằng kết quả đo năng lượng điện từ xuất hiện dưới dạng những “gói” gọi là photon.
Ngược lại, với hấp dẫn lượng tử, người ta biết khá nhiều đặc điểm cho thấy graviton có lẽ là hạt spin 2 không khối lượng, nhưng vẫn chưa có đồng thuận về lý thuyết chính xác.
Cách khớp bức tranh hạt truyền lực với bức tranh không-thời gian là: ngay cả về mặt cổ điển, ta cũng có thể xét hình học không-thời gian nền do toàn bộ Trái Đất tạo ra rồi nhìn vào các dao động nhỏ trên đó.
Nói một cách trực giác, graviton là các dao động nhỏ như vậy được bật lên theo những lượng đã lượng tử hóa.
Cách bản thân nền được hình thành như một “đống graviton khổng lồ” phụ thuộc vào lý thuyết hấp dẫn lượng tử chính xác; lý thuyết dây có một phần câu trả lời, nên có thể mô hình hóa các đối tượng như hố đen theo cách lượng tử.
Điều này tương phản với việc các lực cơ bản khác được giải thích bằng lý thuyết trường lượng tử.
Cách hiểu hiện nay về trọng lực không vận hành theo cùng cách với những lực kia, và chúng ta vẫn chưa tìm được một lý thuyết có thể kiểm chứng khiến hai hệ thống cùng hoạt động ở mọi thang đo.
Theo tôi hiểu, lý thuyết dây từng được đề xuất như một cách tạo ra lý thuyết lượng tử của hấp dẫn và đồng thời giải thích phần còn lại, nhưng nó đã trở nên kém được ưa chuộng vì giống một khung toán học có thể điều chỉnh để khớp quan sát, thiếu năng lực dự đoán.
Vì vậy, dự đoán về hạt truyền lực có thể có của trọng lực, tức graviton, thường xuất phát từ đó.
Trong các lý thuyết như hấp dẫn lượng tử vòng, bản thân không-thời gian được lượng tử hóa, để có thể ăn khớp với cách tiếp cận kiểu hàm sóng mà các lý thuyết lượng tử khác dùng.
Tuy nhiên chỉ riêng điều này dường như không dự đoán được nhiều về trường lượng tử của hấp dẫn.
Ngoài ra, trong thuyết tương đối, các phương trình và kết quả xuất hiện nhiều đại lượng vô hạn, và để ngăn điều đó người ta dùng toán học gọi là tái chuẩn hóa, nhưng tôi biết rằng vấn đề cũng nảy sinh khi chuyển qua lại giữa lý thuyết lượng tử và thuyết tương đối.
Nhưng vẫn chưa thể hợp nhất hoàn toàn hai hệ thống đó.
Có một vài bài liên quan đáng đọc là “Kerr-enhanced optical spring for next-generation gravitational wave detectors” và “Physicists Have Figured Out a Way to Measure Gravity on a Quantum Scale”.
Bài sau là bài năm 2024 dùng bẫy từ siêu dẫn làm bằng Tantalum.
https://news.ycombinator.com/item?id=39957123
https://news.ycombinator.com/item?id=39495482
Từ góc nhìn của một người rất bình thường, tôi bỗng tò mò liệu có thể phát hiện một sự kiện của hàm sóng lượng tử hay không.
https://physics.stackexchange.com/questions/275556/can-you-d...
Tôi muốn bổ sung LIGO nhạy đến mức nào.
Sóng hấp dẫn mà LIGO phát hiện tương đương với việc đo khoảng cách từ Trái Đất đến Alpha Centauri với sự thay đổi cỡ bề rộng một sợi tóc người.
Tuy nhiên các công nghệ như vậy không chỉ nhằm tăng độ nhạy, mà còn để phát hiện các loại sóng hấp dẫn khác nhau.
Tôi không rõ điều gì quyết định tần số của sóng hấp dẫn.
Nói thật thì tôi vẫn chưa hiểu sự giãn nở của không gian hay sóng hấp dẫn thực sự là gì, nhưng ngay từ đầu tôi cũng chỉ là kẻ ngốc không hiểu tractor calculus.
https://www.math.auckland.ac.nz/mathwiki/images/c/cf/Staffor...
Nếu máy kéo di chuyển với vận tốc không đổi V_tractor m/s, ta có thể nhân bề rộng của cái cày hoặc máy gieo hạt với thời gian làm việc (giây) để tính tổng diện tích cánh đồng theo m^2.
Điều này cũng có thể mở rộng cho máy kéo có vận tốc V(t), chỉ cần cộng diện tích trong từng khoảng thời gian vi phân dt.
Đây là định lý cơ bản của giải tích máy kéo, và là nền tảng của Tractor Field Theory ;)
Một phương pháp hẹp hơn nhưng thú vị mà tôi đã mong bài viết đề cập là từ trường.
Trước đây tôi từng nghe một giáo sư vật lý nói rằng trong từ trường mạnh, sóng hấp dẫn được dự đoán sẽ phân rã thành photon.
Khi đó tôi còn hiểu được phần nào toán học, nhưng giờ thì chịu.
Dù vậy, có vẻ vẫn có những người đang khám phá hướng này.
https://indico.cern.ch/event/1074510/contributions/4519384/a...