Cách hiểu đơn giản về hố đen vũ trụ và sóng hấp dẫn

Biết rằng việc tìm ra sóng hấp dẫn là một sự kiện lịch sử, nhưng rốt cục sóng hấp dẫn là gì?

Vừa qua, giới khoa học đã chính thức công bố về việc phát hiện ra sóng hấp dẫn phát ra từ một vụ va chạm "kinh thiên động địa" giữa hai hố đen vũ trụ khổng lồ.

Nhưng sóng hấp dẫn và hố đen vũ trụ là những khái niệm chỉ có những người đam mê vật lý mới có thể am tường. Vậy còn người bình thường, chúng ta sẽ phải hiểu hai khái niệm này như thế nào?

1. Hố đen Vũ trụ

Hố đen là nơi có trọng lực vô cùng lớn trong vũ trụ, có thể hút tất cả mọi thứ xung quanh bao gồm cả ánh sáng.

Tại sao hố đen lại có lực hút mạnh đến vậy? Trước tiên, cần biết rằng hố đen được hình thành sau khi một ngôi sao có khối lượng cực lớn sụp đổ.

Một ngôi sao sẽ có các giai đoạn sau đây: hình thành, trương nở thành sao khổng lồ đỏ, và rồi khi đến "cuối đời" sẽ phát ra vụ nổ siêu tân tinh (supernova). Vụ nổ sẽ khiến khối vật chất trong ngôi sao sụp đổ, nén vào trong một không gian rất hẹp, và đây là lúc hố đen được hình thành.

Để đơn giản hơn, hãy thử tưởng tượng bạn cầm... Trái đất trong lòng bàn tay rồi bóp vặn, nhồi nhét vào trong một chiếc hộp có kích cỡ chỉ bằng một hạt cát. Để làm được điều đó sẽ cần một lực nén vô cùng lớn, đủ sức nghiền nát mọi dạng vật chất lọt vào.

Trong khi đó, điều kiện để hình thành hố đen là ngôi sao đó phải có khối lượng lớn gấp 10 lần Mặt trời. Việc "nhồi" một khối lượng vật chất khổng lồ như vậy vào không gian quá hẹp là lý do vì sao hố đen lại có lực hút vô cùng khủng khiếp.

2. Sóng hấp dẫn

Tiếp theo, chúng ta sẽ cùng đến với sóng hấp dẫn. Đây là một khái niệm trong Thuyết tương đối được Einstein đưa ra vào năm 1915, trong đó Einstein cho rằng vũ trụ là một khoảng không-thời gian không hề cố định, và có tính chất giống như... bể bơi vậy.

Khi ta chạm tay vào nước và di chuyển, ta sẽ thấy từng đợt sóng dao động lan tỏa đi khắp mặt nước. Vũ trụ cũng vậy. Theo Einstein, hiện tượng tương tự sẽ xảy ra khi một vật thể có khối lượng lớn di chuyển trong vũ trụ. Sự di chuyển đó sẽ phát ra các năng lượng dưới dạng sóng, và chúng ta gọi đó là sóng hấp dẫn.

Về lý thuyết, các vật thể có khối lượng lớn di chuyển trong vũ trụ như Trái đất và các tinh cầu đều tạo ra sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, cũng giống như khi ta chạm nhẹ đầu ngón tay xuống mặt nước: năng lượng phát ra là quá nhỏ và không thể quan sát.
Chỉ đến khi sự kiện hai hố đen vũ trụ "hợp thể" xảy ra, tạo thành một nguồn năng lượng gấp 50 lần tổng năng lượng của tất cả ngôi sao trong vũ trụ này, nhân loại mới có thể xác nhận được sự tồn tại của hiện tượng này.

Với việc xác nhận sự tồn tại của sóng hấp dẫn, chúng ta cũng chính thức xác nhận luôn một điều: không-thời gian có thể bị bẻ cong. Giờ hãy hãy tưởng tượng đơn giản bạn ở Việt Nam và muốn sang Mỹ chơi. Thông thường, khoảng cách ngắn nhất là đường chim bay thẳng cánh. Nhưng với lý thuyết bẻ cong được không gian, ta có thể "gập" bản đồ thế giới, đưa Mỹ và Việt Nam sát lại. Đó cũng chính là lời giải cho ước mơ du hành vũ trụ của con người.