Thuyết tương đối của Einstein chính xác tới đâu?

(GD&TĐ) - Các nhà khoa học vừa xúc tiến một dự án thuộc hàng siêu “khủng”, nhằm kiểm tra độ chính xác của thuyết tương đối - một trong những lý thuyết vật lý làm thay đổi hầu như toàn bộ nền khoa học hiện đại. Có điều, để thực hiện được một dự án như vậy, ngoài trình độ tổ chức, năng lực của các nhà khoa học, cần có khoản tiền không dưới 760 triệu đô la. 

Dự án đã được các nhà khoa    học công bố trong cuộc họp báo tại Washington cuối tháng Tư vừa qua. Các nhà khoa học thuộc Đại học Stanford đã lên tiếng khẳng định giá trị và độ chính xác khoa học được nêu ra trong lý thuyết tương đối của nhà bác học Einstein. Tuy nhiên, để kiểm định cụ thể trong thực tế, cần triển khai một dự án nghiên cứu khoa học khổng lồ, kéo dài trong nhiều năm với sự tham gia của nhiều chuyên gia thuộc các lĩnh vực khác nhau. “Tư tưởng của Einstein vẫn sống - giáo sư Francis Everitt, Giám đốc chương trình Gravity Probe B, tự tin tuyên bố. Trái đất và các hành tinh thực sự uốn cong không gian xung quanh chính nó - chính điều này đã tuân thủ đầy đủ các phương trình của thuyết tương đối!”.

Cần nhớ lại rằng vào năm 2004, NASA đã cho phóng vệ tinh mang tên Gravity Probe B lên quỹ đạo. Nó có nhiệm vụ đo lường hiệu ứng các tác động tinh tế của Trái đất tới cấu trúc Không-Thời gian xung quanh hành tinh này. Gravity Probe B chính thức làm việc từ 2005 và truyền về mặt đất vô số thông tin không thể nào ngờ trước đó… Vấn đề ở chỗ, người ta đã thiết kế trên vệ tinh này những con quay hồi chuyển chính xác chưa từng có, và bộ máy đã được định vị thường trực khi nhắm vào một ngôi sao rất xa (như một điểm tham chiếu). Thiết bị vệ tinh siêu nhạy này đã “chộp bắt” được trục trôi của các con quay hồi chuyển để báo “lỗi” trong khoảng 1/10.000 giây cung (arcseconds).

Trong năm 2007, các nhà bác học Mỹ đã chính thức công bố các kết quả phân tích đầu tiên từ các dữ liệu Gravity Probe B thu thập được. Đối với thuyết tương đối rộng, các chuyên gia đã nhìn nhận với tinh thần lạc quan. Nhưng khi ấy cũng nảy sinh vấn đề khi người ta phát hiện ra có các lực bổ sung nào đó, liên quan đến cấu trúc của vệ tinh. Việc tính toán để điều chỉnh sao cho các yếu tố “phát sinh” ấy không ảnh hưởng tới đối tượng đang theo dõi đã lấy đi “vèo” 5 năm trời bóp đầu bóp trán của các nhà vật lý thiên văn! Trong thực tế, các nhà nghiên cứu đã gắng lưu lại toàn bộ dự án, các thông số và xử lý, phân tích lại hàng tỷ gigabyte thông tin nguồn. Và công trình tưởng “dã tràng xe cát” này đã không phải vô ích: Einstein đã đúng.

Ở độ cao 642 km (tính từ Trái đất), độ dài chu vi quỹ đạo của vệ tinh là trên 40 ngàn km. Đường bay của vệ tinh Gravity Probe B cho thấy: giá trị chính xác về độ dài của quỹ đạo này ngắn hơn khoảng 3 cm - so với thông số tính theo quỹ đạo hình học Euclide. Độ “lệch” chuẩn này thật thú vị, vì nó cho thấy độ lõm biến dạng trong thực tế (do bị “uốn cong”…). Vấn đề “lệch” chuẩn xảy ra do thực tế là khối lượng của Trái đất giống như một không gian uốn cong, tạo ra “hốc” và vi phạm tới nguyên lý các hình học phẳng của không gian.

“Khối lượng của Trái đất đã kéo hút Không-Thời gian, nói một cách ‘tương đối’, vào một hình cong nông như chiếc nón, - giáo sư Everitt giải thích. Biến dạng này có thể được biểu diễn như là cắt ra một miếng hình nêm nhỏ của chiếc bánh. Kết quả là, bề mặt vòng tròn “uốn cong” đến 2,8 cm. Trong trường hợp của các vệ tinh, con quay hồi chuyển quay quanh trục của nó khi nó đi vào quỹ đạo, và tất cả các thời gian đã bị từ chối bởi một góc ‘lệch’ rất nhỏ. Có điều, sau cả một năm, lỗi này đã liên tục tích lũy thêm tới mức các thiết bị đã có thể ‘chộp bắt’ tận tay được nó. Hiệu ứng thứ hai - “sức hút khung”, đó là hiện tượng phối hợp quán tính hệ thống tọa độ kéo cho Trái Đất quay. “Điều này tựa như việc hành tinh của chúng ta đã được đắm mình trong mật ong” - Francis Everitt so sánh một cách hình ảnh. Hiệu ứng này dẫn đến một độ “lệch” chậm chạp của trục các con quay trong mặt phẳng xích đạo. Bằng những trang bị tối tân nhất, Gravity Probe B đã tìm thấy độ “lệch” của hiệu ứng này. Độ chính xác của số đo hai hiệu ứng “lệch” được mô tả ở trên là 0,25% và 19%. Hầu như nỗ lực của các nhà khoa học đã gần đạt được mục tiêu, khi các giá trị thu được về độ “lệch” của trục con quay hồi chuyển rất khớp với tiên lượng thiên tài của Alber Einstein...

Những kết quả phát hiện do Gravity Probe B đem lại - về cơ bản, đã xua tan nghi ngờ của không ít nhà nghiên cứu lâu nay với những câu hỏi hóc búa “phản biện” thuyết tương đối. Dù chương trình thẩm định trên được triển khai khi không còn nhà vật lý thiên tài, nó vẫn sẽ mang lại kết quả hởi lòng hởi dạ cho những tín đồ của Thuyết tương đối. Vấn đề là phải tiêu tốn ngót tỷ đô - cái giá để xóa đi nỗi ngờ vực hằng ám ảnh, kể từ ngày nhà bác học thiên tài đưa ra lý thuyết nghe quá ư “tương đối” của mình.  

Tam Dương (Dịch theo nguồn Komsmolskaya Pravda)