Đường dẫn truy cập

Ðo lường độ cong của không gian. - 2004-04-23


Ngày 20 tháng Tư vừa qua, một phi thuyền gọi là Vệ tinh thăm dò Trọng lực B của Cơ quan Không gian Hoa Kỳ, gọi tắt là NASA, đã được phóng lên quỹ đạo từ Căn cứ Không quân Vandenberg thuộc bang California. Trong thời gian 16 tháng, vệ tinh này sẽ tìm cách kiểm nghiệm hai tác động vật lý rất tế vi mà nhà bác học Đức Albert Einstein đã suy đoán theo Thuyết Tương đối của ông, một lý thuyết cung cấp nền tảng cho việc tìm hiểu cấu trúc đại quy mô của vũ trụ.

Vệ tinh Thăm dò Trọng lực B gồm 2 phần: phi thuyền, và phần tải trọng hữu ích, cả hai đều do các cơ sở khác nhau của công ty Lockheed Martin chế tạo. Phần trọng tải hữu ích gồm có bộ phận cấu trúc và bộ phận thăm dò được chế tạo bởi Trung tâm Công nghệ cao cấp tại thành phố Palo Alto. Nhưng các máy móc thiết bị bên trong bộ phận thăm dò thì do Trường Đại học Stanford chế tạo.

Thế là 35 năm sau khi được bắt đầu thai nghén, cuối cùng Vệ tinh Thăm dò Trọng lực B sắp có cơ hội tiến hành công tác đo đạc vũ trụ một cách tinh vi nhất từ trước tới nay. Với những dữ kiện thu thập được, các nhà khoa học hy vọng sẽ chứng minh được sự đúng đắn của lý thuyết do Einstein đưa ra về cách hoạt động của trọng lực. Theo Einstein, những thiên thể to lớn như hành tinh của chúng ta làm cong thời gian và không gian. Nhà khoa học kiệt xuất người Anh trong thế kỷ 17, ông Isaac Newton, quan niệm trọng lực như một lực nằm giữa hai vật thể tác động cùng một lúc, bất kể là hai vật thể này ở cách nhau bao xa. Nhưng Einstein đã bác bỏ lý thuyết này của Newton bởi vì giờ đây người ta tin rằng không có gì, kể cả trọng lực, có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng, mà ánh sáng thì phải mất thời gian di chuyển giữ hai vật thể.

Nhà vật lý học Francis Everitt tại Trường Đại học Stanford ở bang California nói rằng, thay vào đó, Einstein có quan niệm hoàn toàn khác biệt về trọng lực. Ông Everitt giải thích:

“Nói một cách ngắn gọn, Einstein nhận ra rằng người ta không còn có thể xem trọng lực như một lực theo quan niệm của Newton, mà phải xem nó như một điều gì đó làm méo mó không gian và thời gian.”

Để tạm giải thích cho khái niệm này, xin quý vị tưởng tượng ra một quả cầu bowling được đặt nằm trên một tấm nệm giường ngủ. Trọng lượng của quả cầu làm cho giường lún xuống, cho nên nếu có một vật nào khác được đặt trên tấm nệm này thì nó cũng sẽ lăn về phía quả cầu đó.

Einstein cũng gợi ý rằng một vật thể xoay tròn có một tác động khác nữa đối với không gian và thời gian, như ông Kip Thorne, một nhà vật lý học tại Viện Công nghệ California, giải thích sau đây:

“Động tác quay tròn của Trái Đất hay mặt trời, hoặc của bất kỳ thiên thể nào cũng làm cho không gian chuyển động chung quanh thiên thể đó, như không khí trong một cơn lốc vậy. Nhưng chúng ta chưa bao giờ được trông thấy điều đó một cách dứt khoát. Đã có một số lời gợi ý rằng có người đã quan sát được hiện tượng đó, nhưng không có gì dứt khoát, và tuyệt đối là không có gì có tính cách định lượng.”

Để đo lường độ lệch và cong của không gian và thời gian, hai nhà vật lý học Thorne và Everitt đã giúp thiết kế Vệ tinh Thăm dò Trọng lực B để nó duy trì được tình trạng vững chắc tối đa trong không gian.

Để đạt được mục tiêu này, phi thuyền thăm dò được trang bị 4 con quay hồi chuyển có độ chính xác lớn nhất từ trước tới nay. Con quay hồi chuyển là những thiết bị xoay tròn và được dùng để giữ cho các phi thuyền nằm ở vị trí ổn định. Cơ sở của các con quay hồi chuyển này là 4 khối cầu gần như là toàn hảo lớn bằng một quả bóng bàn, làm bằng kính và được bọc một lớp kim khí nobium mỏng. Các khối cầu này tròn và nhẵn đến độ, để có một ý niệm so sánh, ta co thể tưởng tượng rằng nếu Trái Đất của chúng ta cũng nhẵn như thế, thì đương nhiên là nó sẽ không có đồi núi gì cả, và điểm cao nhất trên bề mặt của nó sẽ không cao tới 3 mét.

Do tình trạng gần như toàn hảo về hình dạng và sự cân đối của chúng, động tác xoay tròn của các khối cầu này sẽ giữ cho một phi thuyền đứng vững ở một vị trí ổn định khi nó nhắm vào một vì sao làm chuẩn vào giai đoạn sơ khởi. Theo phương pháp này, thi bất cứ lúc nào các con quay hồi chuyển đi chệch ra khỏi vì sao làm chuẩn, thì động tác đó cũng không phải là do kết quả của cấu trúc của chúng, mà là do không gian bị bẻ cong và xoáy quanh Trái Đất đang quay tròn. Sau đây là giải thích của nhà vật lý học Kip Thorne:

“Động tác quay cuồng của không gian chung quanh Trái Đất buộc các con quay hồi chuyển phải thay đổi trục quay của chúng giống như một cọng rơm trôi trên mặt nước của một dòng sông. Ở nơi nào mà dòng nước ở giữa sông chảy nhanh hơn ở chỗ gần bờ thì cọng rơm này sẽ quay tròn. Đó cũng chính là hiện tượng xảy ra đối với các con quay hồi chuyển. Vì không gian ở gần Trái Đất di chuyển nhanh hơn không gian ở xa hơn, cho nên trục quay của các con quay hồi chuyển xoay tròn.”

Nhưng người ta tin rằng sự xê dịch của trục của các con quay hồi chuyển sẽ hết sức nhỏ. Trong thời gian 1 năm, khoảng cách xê dịch chắc sẽ không hơn 1/10 của bề ngang của một sợi tóc, được đo bằng các máy dò cực nhạy trên Vệ tinh Thăm dò Trọng lực B.

Từ khi được thai nghén cho đến khi được phóng lên quỹ đạo, quá trình phát triển của Thăm dò Trọng lực B đã phải mất 35 năm. Đây là thời gian phát triển dài nhất đối với bất cứ một sứ mạng không gian nào của Hoa Kỳ. Mục tiêu của sứ mạng này có vẻ như hơi khó hiểu và không thực tế. Nhưng ông Brad Parkinson, một kỹ sư tại Trường Đại học Stanford nói rằng các quy luật về điện năng và từ tính của nhà vật lý học người Scotland James Maxwell hồi thế kỷ 19 thoạt đầu cũng có vẻ như vậy, cho tới khi thế giới được điện khí hóa. Kỹ sư Maxwell nhận định:

“Môn vật lý học khám phá ra những quy luật cơ bản, và ít khi thế hệ của quý vị được thụ hưởng những lợi ích trực tiếp của những quy luật đó. Những người sẽ được hưởng lợi là các thế hệ con cháu của quý vị. Vì vậy tôi nghĩ rằng cuộc thử nghiệm này là vì cháu chắt của chúng ta.”

Vệ tinh Thăm dò Trọng lực B sẽ bay quanh Trái Đất trong 16 tháng. Nếu các máy dò của nó không ghi nhận được sự thay đổi nào trong hướng của trục các con quay hồi chuyển, thì các nhà lý luận có thể sẽ phải bắt đầu xây dựng những khái niệm mới về trọng lực và hình dáng của không gian.

XS
SM
MD
LG