Sóng hấp dẫn có thể hé lộ sự tồn tại của chiều không gian mới

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Sự tồn tại của các chiều không gian mới bên ngoài vũ trụ 3 chiều vẫn luôn là câu hỏi lớn đối với các nhà vật lý. Sóng hấp dẫn có thể là chìa khóa để quan sát tác động của các chiều không gian kỳ dị.

Sóng hấp dẫn tạo bởi sự sát nhập của hai siêu lỗ đen ẩn giấu thông tin về các chiều không gian mới. Ảnh: SXS.

Các chiều không gian ẩn giấu bên trong vũ trụ có thể chính là nguyên nhân tạo ra các gợn sóng trong không gian 3 chiều bằng cách tác động lên sóng hấp dẫn, theo New Scientist. Các nhà vật lý từ lâu đã tự hỏi tại sao lực hấp dẫn lại yếu hơn nhiều so với các lực cơ bản khác. Một trong những nguyên nhân có thể xảy ra là sự rò rỉ của lực hấp dẫn ra ngoài 3 chiều không gian thông thường mà chúng ta quan sát được.

Một số lý thuyết tìm cách giải thích sự tương thích của lực hấp dẫn và các hiệu ứng lượng tử, bao gồm cả lý thuyết dây với sự xuất hiện của lực hấp dẫn lan truyền qua các chiều không gian mới. Việc tìm ra bằng chứng về những chiều không gian dị thường như vậy có thể giúp xác định lực hấp dẫn, tìm ra cách kết hợp lực hấp dẫn và cơ học lượng tử và lý giải sự nở ra của vũ trụ.

Tuy nhiên, tìm kiếm sự tồn tại của các chiều không gian mới không hề đơn giản. Mọi dấu hiệu nếu tồn tại đều rất tinh tế đến nỗi chúng không gây ra bất cứ xáo trộn nào đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Cho đến giờ, chưa có bất cứ bằng chứng nào về những dấu hiệu vật lý bên ngoài không - thời gian 4 chiều.

Tuy nhiên, trong hai năm gần đây, một khả năng mới xuất hiện. Các sóng hấp dẫn, những gợn sóng trong thời gian - không gian gây ra bởi sự chuyển động của siêu lỗ đen được phát hiện lần đầu tiên năm 2015. Vì trọng lực là lực duy nhất có thể chiếm tất cả các chiều không gian mà chúng tồn tại, sóng hấp dẫn chính là đối tượng đặc biệt hứa hẹn để phát hiện bất kỳ chiều không gian nào nằm ngoài những hiểu biết hiện tại của chúng ta.

"Nếu có thêm các chiều không gian trong vũ trụ, sóng hấp dẫn có thể đi theo bất kỳ chiều nào", Gustavo Lucena Gómez, thuộc Viện Vật lý hấp dẫn Max Planck ở Potsdam, Đức, cho biết.

Lucena Gomeez và đồng nghiệp David Andriot đã tính toán thành công sự ảnh hưởng của các chiều không gian mới lên sóng hấp dẫn mà chúng ta quan sát trong không gian 3 chiều. Kết quả cho thấy hai hiệu ứng đặc biệt xuất hiện trên các sóng hấp dẫn khi có thêm các chiều không gian mới: sóng lạ ở tần số cao và sự co giãn của sóng hấp dẫn thay đổi trong không gian.

Khi các sóng hấp dẫn lan truyền qua một chiều không gian ngoài 3 chiều đã biết, chúng tạo ra một "tháp" của sóng hấp dẫn ở tần số cao bên cạnh các phân bố đều đặn thông thường. Tuy nhiên, các trạm quan sát hiện nay không thể phát hiện sóng hấp dẫn ở tần số cao, và hầu hết các trạm quan sát được xây dựng trong tương lai gần cũng tập trung vào vùng tần số thấp.

Hiệu ứng thứ hai của các chiều không gian mới có nhiều cơ hội để được phát hiện hơn vì nó làm thay đổi các sóng hấp dẫn chúng ta quan sát được thay vì tạo ra các sóng phụ ở tần số cao.

"Nếu các không gian khác nằm trong vũ trụ của chúng ta, điều này sẽ làm giãn hoặc thu hẹp không - thời gian hiện tại theo một cách khác mà các sóng hấp dẫn thông thường sẽ không bao giờ làm được", Lucena Gomez cho biết.

Khi các sóng trọng trường lan truyền qua vũ trụ, chúng làm giãn và thu hẹp không gian một cách rất cụ thể. Nó giống như kéo một dải cao su: hình elip được hình thành bởi một chiều bị kéo dài hơn còn một chiều bị kéo ít hơn, và sau đó quay trở lại hình dạng ban đầu khi bạn ngừng kéo.

Tuy nhiên, các chiều không gian mới sẽ tạo ra thêm một cách khác cho sóng hấp dẫn để làm thay đổi hình dạng không gian, có tên gọi là chế độ "thở". Hiện tượng này giống như phổi của bạn khi thở, không gian nở ra và co lại khi các sóng trọng lực đi qua, ngoài việc kéo dài như mọi khi.

"Với nhiều máy dò hơn, chúng tôi sẽ có thể xem liệu chế độ thở có đang diễn ra hay không", Lucena Gomez nói.

Emilian Dudas, nhà khoa học tại Đại học Bách Khoa của Pháp cũng cho rằng lực hấp dẫn có thể là chìa khóa để tìm kiếm những chiều không gian mới như vũ trụ song song. "Nó có thể không phải là dấu hiệu duy nhất, nhưng sẽ là một thứ vô cùng thú vị", Dudas nói.

Nguồn

  • Thanh Tùng, VnExpress