Sóng hấp dẫn - những gợn sóng của không-thời gian - có thể giúp ích cho việc làm sáng tỏ những bí mật của giai đoạn khởi đầu của thời gian, chỉ một khoảng khắc ngắn ngủi sau Big Bang, theo một nghiên cứu mới cho biết. Các nhà vật lý nói rằng họ có thể biết thêm về những sóng hấp dẫn nguyên thủy bằng cách sử dụng những lò phản ứng nhiệt hạch ngay trên Trái Đất.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà vật lý đã sử dụng các phương trình mô tả chuyển động của sóng điện từ xuyên qua plasma trong những lò phản ứng nhiệt hạch để qua đó xây dựng mô hình lý thuyết về cách mà sóng hấp dẫn tương tác với vật chất. Thông qua đó, họ có thể có được bức tranh rõ nét hơn về những giai đoạn sớm nhất của thời gian.
Vào thời điểm ngay sau Big Bang, vũ trụ tràn ngập một hỗn hợp plasma nguyên thủy nóng và siêu đặc, tạo ra những gợn sóng hấp dẫn di chuyển khắp không gian.
Những sóng hấp dẫn cổ đại này đã lan truyền trong khắp vũ trụ và có thể vẫn còn cho tới ngày nay, và như vậy có lẽ vẫn còn dấu vết của những tương tác giữa vật chất và sóng hấp dẫn này. Tìm kiếm những dấu vết có thể quan sát được này sẽ có khả năng dẫn tới một bức tranh hoàn chỉnh hơn về giai đoạn sơ khai của vũ trụ.
Tác giả chính của nghiên cứu là Deepen Garg, một sinh viên đã tốt nghiệp tại Chương trình Vật lý plasma Princeton, cho biết: "Chúng ta không thể trực tiếp nhìn vào vũ trụ sơ khai, nhưng có lẽ chúng ta có thể thấy nó gián tiếp nếu như nhìn vào cách mà sóng hấp dẫn hình thành từ giai đoạn đó tác động lên vật chất và bức xạ mà chúng ta có thể quan sát ngày nay.
Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, các vật thể lớn tương tác hấp dẫn bằng cách bẻ cong không-thời gian quanh chúng, gây ra những gợn sóng của không-thời gian truyền đi với vận tốc ánh sáng, được gọi là sóng hấp dẫn.
Cho tới nay, các nhà vật lý đã sử dụng những máy dò mà nổi tiếng nhất là LIGO (Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế laser) để truy lùng sóng hấp dẫn sinh ra từ những vụ va chạm của các lỗ đen. Những sự kiện dữ dội này của vũ trụ tạo ra sóng hấp dẫn mạnh nhất, và chúng di chuyển từ nơi xảy ra vụ va chạm tới Trái Đất thông qua không gian chân không, có nghĩa là để mô tả chúng thì các nhà vật lý chỉ cần lập mô hình vật lý về những gợn sóng này trong không gian trống rỗng.
Tuy nhiên, khi vũ trụ mới ở thời kỳ sơ khai, một lượng lớn vật chất lấp đầy trong nó, khiến sóng hấp dẫn phải truyền xuyên qua plasma nguyên thủy, do đó bản thân nó cũng bị tác động ngược lại, khiến nó bị biến dạng và thay đổi quỹ đạo.
Để tính xem plasma nguyên thủy đã tác động ra sao tới sóng hấp dẫn cổ đại đó, Garg và người hướng dẫn là Ilya Dodin đã phân tích cẩn thận các phương trình của thuyết tương đối Einstein. Những phương trình này mô tả sự biến đổi dạng hình học của không gian khi vật chất di chuyển bên trong nó. Kết hợp với một số điều kiện giả định, họ có thể tính được tương tác giữa sóng hấp dẫn và vật chất ở giai đoạn này.
Các phương trình của nhóm nghiên cứu dựa một phần trên quá trình lan truyền của sóng điện từ trong plasma. Quá trình này không chỉ xảy ra phía dưới bề mặt của các ngôi sao mà còn xảy ra ngay ở các lò phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất.
"Về cơ bản, chúng tôi sử dụng sóng plasma của máy móc để giải quyết bài toán về sóng hấp dẫn", Garg nói.
Mặc dù các nhà khoa học đã tiến được một bước quan trọng trong việc đo được hiệu ứng mà sóng hấp dẫn và plasma nguyên thủy gây ra khi tương tác với nhau, họ vẫn còn rất nhiều việc cần làm. Các nhà khoa học vẫn cần những tính toán chi tiết và chính xác hơn để có được bức tranh rõ nét về những sóng hấp dẫn cổ đại còn tới ngày nay.
Nghiên cứu này đã được công bố trên Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (Tạp chí Vũ trụ học và Vật lý hạt thiên văn).
Bryan
Theo Livescience
