Cách hiểu đơn giản về sóng hấp dẫn

Nguyễn Tiến Dũng  

Giáo sư toán, Đại học Toulouse, Pháp

Trước hết, sóng là cái gì?

Trong vật lý có rất nhiều thứ được gọi là sóng.

Khi ném đá xuống nước thì nó tạo thành sóng lan tỏa từ chỗ đá chạm nước ra xung quanh.

Khi phát wifi trong nhà thì nó cũng là sóng (điện từ) từ chỗ phát ra xung quanh. Khi nói thì nó cũng là sóng âm thanh từ mồm ta phát ra xung quanh. Hay như động đất cũng thành các đợt sóng lan tỏa.

Tất cả các thứ "sóng" khác nhau đó có chung mấy đặc điểm:

• Có nguồn phát
• Có chuyển động lan truyền (và như vậy có vận tốc lan truyền)
• Có thể hiểu như là một "biến dạng" của không gian / môi trường, và sự biến dạng đó hay có tính tuần hoàn (dạng đồ thị hàm sinus) tuy không phải nhất thiết lúc nào cũng vậy
  

Vì sao sóng thường có tính tuần hoàn?

Nói nôm na là do năng lượng và vật chất có hạn, phải bù trừ cho nhau chỗ này lồi ra thì chỗ kia phải lõm vào để bù lại, rồi chỗ lõm vào lại sinh ra chỗ lồi ra để bù lại, và cứ thế (sao cho tổng bù trừ cho nhau chỉ còn một số nhỏ, chứ nếu không năng lượng cần thiết sẽ quá lớn).

Một khi tuần hoàn thì người ta nói đến các tần số, có thể là từ 10 mũ âm bao nhiêu đó Hertz cho đến 10 mũ bao nhiêu đó Hertz.

Sóng "gravitational" cũng vậy.

Gọi là "gravitational" (hấp dẫn?) là vì nó ứng với không-thời gian space-time có độ cong (không phẳng) theo lý thuyết tương đối của Einstein (vật chất làm cong không-thời gian, mật độ vật chất càng cao thì càng cong, làm bẻ cong ánh sáng v.v).

Khi mà nó cong một cách "mềm mại" (chỗ nào cũng bằng nhau, hoặc thay đổi một cách đều đặn như kiểu giảm dần hay tăng dần) thì ta không cảm thấy có sóng.

Ta (tức là các máy đo) thấy có sóng khi độ cong của không-thời gian thay đổi nhấp nhô lên xuống, tương tự như là các gợn sóng trên mặt nước vậy.

Khi hai "lỗ đen" "đâm vào nhau" thì chúng làm méo mó cái không thời gian tại khu vực của chúng một cách khủng khiếp, và sự méo mó đó nó lan toả dần ra xung quanh dưới dạng sóng gravitational, cũng tương tự như là hòn đá ném xuống nước thì tạo sóng.

Hiện tượng sóng gravitational từ hai lỗ đen đâm nhau dễ "bắt sóng" được vì nó rất lớn, năng lượng tỏa ra kinh khủng. (Có đến 1/20 toàn bộ khối lượng của hai lỗ đen bị tỏa ra ngoài?)

Chứ thực ra rất nhiều hiện tượng hết sức bình thường trong vũ trụ cũng đều tỏa sóng gravitational, chỉ có điều chúng dễ bị lẫn, khó bắt và khó xác định là từ đâu.

Ví dụ là bản thân việc Trái Đất quay quanh Mặt Trời cũng tạo sóng hấp dẫn, nhưng sóng đó rất nhỏ, mức năng lượng tỏa ra đâu có mỗi 200 wat (bằng một cái máy tính để bàn?)

Nguyễn Tiến Dũng  

Giáo sư toán, Đại học Toulouse, Pháp

Nguồn:

http://www.bbc.com/vietnamese/forum/2016/02/160211_song_hap_dan_nguyentiendung_fb