How the Universe Works

Đầu tiên là ánh sáng, ánh sáng nhìn thấy được.

Sau đó, chúng tôi quan sát vũ trụ bằng sóng vô tuyến và tia X.

Kể từ khi có thiên văn học,

chúng ta đã xem xét các loại ánh sáng khác nhau

và hiểu biết về vũ trụ nhiều hơn một chút theo thời gian.

Nhưng sau đó, vào năm 2015...mọi thứ thay đổi.

Một điều gì đó đã xảy ra làm thay đổi mọi thứ,

khả năng nhìn thấy sóng trong chính không gian và thời gian.

Sóng hấp dẫn.

Chúng giúp chúng ta quay ngược đồng hồ về thuở bình minh của thời gian,

khám phá các vụ va chạm vũ trụ sử thi,

thực hiện các khám phá chấn động địa cầu.

Sóng hấp dẫn là nhân tố thay đổi cuộc chơi lớn nhất

kể từ khi kính thiên văn được phát minh.

Chúng ta có một vũ trụ hoàn toàn mới để khám phá ngay bây giờ.

Một cuộc khám phá mới về không gian chỉ mới bắt đầu.

Từ rất lâu, cách chúng ta 17 tỷ năm ánh sáng,

một trận đại hồng thủy đã diễn ra.

Hai hố đen khóa chặt nhau

trong một vũ điệu vũ trụ chết chóc.

Hố đen là những vật thể dày đặc không thể tưởng tượng được

với lực hấp dẫn mạnh đến mức nếu bạn đến quá gần chúng,

bạn sẽ biến mất.

Lực hấp dẫn khổng lồ của chúng

khiến chúng chuyển động xoắn ốc về phía nhau.

Khi các hố đen va chạm,

chúng không chỉ lao vào nhau.

Chúng đang ở trong quỹ đạo của nhau.

Vì vậy, những gì chúng ta đang nói đến là một quỹ đạo xoắn ốc

ngày càng nhanh hơn.

Cho đến khi cuối cùng chúng va chạm trong một vụ nổ chết người.

Nhưng các nhà thiên văn học không nhìn thấy điều gì.

Vấn đề khi quan sát các hố đen va chạm

chính bởi tên gọi, các hố đen, chúng không phát ra ánh sáng.

Làm thế nào mà các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy một thứ

mà không kính thiên văn nào có thể phát hiện được?

Trên khắp vũ trụ,

những sự kiện phi thường diễn ra.

Nhưng chúng ta đôi khi bỏ lỡ chúng, bởi vì chúng ta dựa vào ánh sáng.

Giờ đây, các nhà thiên văn học có một bộ công cụ mới

tiết lộ vũ trụ theo một cách hoàn toàn khác ...

...sử dụng chính kết cấu của vũ trụ

mà chúng ta gọi là không-thời gian.

Tất cả mọi thứ có khối lượng, như các ngôi sao,

hành tinh và hố đen, tất cả đều làm cong vênh kết cấu này.

Vật thể càng có khối lượng lớn

thì sự biến dạng của không-thời gian càng lớn.

Một sự so sánh cổ điển

là tấm phủ kéo dài này, phải không?

Và một khối lượng như mặt trời sẽ như một quả bóng trên tấm phủ này,

và nó làm biến dạng, làm cong vênh tấm phủ này

thành một thung lũng phải không?

Và nếu bạn thả một viên bi ngang qua nó,

viên bi giống như một hành tinh,

nó sẽ bị kéo vào quỹ đạo xung quanh quả bóng

vì độ cong vênh của tấm phủ.

Nhưng đó chỉ là một nửa bức tranh.

Nếu một vật thể có khối lượng và đang gia tốc trong không-thời gian,

nó sẽ tạo ra những gợn sóng

trong kết cấu không-thời gian đó,

và chúng ta gọi đó là sóng hấp dẫn.

Sóng hấp dẫn cung cấp cho chúng ta những manh mối quan trọng

về các vật thể ở xa mà chúng ta không thể nhìn thấy.

Vật thể tạo ra chúng càng lớn và chuyển động càng nhanh

thì các gợn sóng càng lớn.

Những gợn sóng này đi qua các hành tinh, ngôi sao và thiên hà

một cách dễ dàng.

Khi một sóng hấp dẫn truyền qua một vật thể

như một ngôi sao, một hành tinh hoặc một người,

nó sẽ kéo giãn và nén chúng lại,

giống như với quả bóng tennis này.

Bây giờ, nếu bạn đang ở gần

một nguồn sóng hấp dẫn mạnh mẽ,

chẳng hạn như hợp nhất các hố đen siêu lớn,

những làn sóng đó cực kỳ mạnh

và chúng có khả năng thực sự phá hủy một hành tinh.

Nhưng giống như những gợn sóng trên ao,

sức mạnh và kích thước của chúng giảm dần theo khoảng cách.

Bạn càng ở xa, chúng càng yếu đi.

Và khi ở cách chúng ta hàng trăm triệu năm ánh sáng,

chúng thực sự nhỏ hơn kích thước của một nguyên tử.

Vì vậy, để lắng nghe sóng hấp dẫn,

các nhà khoa học đã chế tạo thiết bị đo

nhạy nhất hành tinh.

Đây là LIGO,

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,

hai máy dò khổng lồ nằm cách nhau gần 2.000 dặm

ở Louisiana và tiểu bang Washington

Mỗi máy dò có cánh tay hình chữ L, dài 2.5 dặm.

Bên trong các máy dò LIGO,

bên trong các đường hầm bê tông này, có một hệ thống laser.

Nó được gọi là giao thoa kế, vì vậy ánh sáng đi vào từ một chùm tia laze

và được chia thành hai đường.

Thông thường, chiều dài của hai chùm tia là như nhau.

Điều đó thay đổi khi sóng hấp dẫn

đập vào chùm tia.

Khi một sóng hấp dẫn truyền qua,

nó thay đổi khoảng cách mà ánh sáng truyền dọc theo những cánh tay này,

do đó, một cánh tay thực sự dài ra

và cánh tay kia ngắn lại.

Chiều dài của hai chùm tia đó chỉ khác nhau một chút,

và thiết bị rất nhạy trong LIGO có thể nhận ra điều đó.

Với hệ thống laser siêu nhạy này,

LIGO thu nhận các biến dạng trong không-thời gian,

hẹp hơn một phần triệu đường kính của một nguyên tử.

Thật kỳ công,

chúng tôi có thể chế tạo một máy dò

để phát hiện sóng hấp dẫn

đó là điều khiến nhiều người phải kinh ngạc.

Đột nhiên, chúng tôi đang lắng nghe

những tiếng động yếu ớt nhất của vũ trụ.

Vào năm 2015, LIGO đã phát hiện ra một tiếng động

đã du hành về phía Trái đất trong hơn một tỷ năm.

Nguồn của nó? Hai hố đen sao va chạm.

Quan sát hai hố đen xoắn ốc và hợp nhất--

Đó không phải là điều chúng ta có thể làm khi sử dụng kính thiên văn quang học

hoặc kính thiên văn tia X hoặc bất cứ thứ gì tương tự.

Nhưng với LIGO, chúng tôi thực sự có thể phát hiện ra sự kiện đó.

Giờ đây, các nhà khoa học

có thể vẽ những bức tranh chính xác về các vật thể vô hình.

Bạn có thể nói rằng bạn đang nhìn vào các hố đen.

Bạn có thể có được khối lượng của chúng, bạn có thể có được khoảng cách của chúng.

Có một lượng thông tin phi thường trong làn sóng đó.

Các hố đen va chạm là các hố đen lớn nhất

mà LIGO từng phát hiện.

Một hố đen có khối lượng gấp 66 lần mặt trời của chúng ta,

hố đen kia, 85 lần khối lượng của mặt trời.

Khi hai hố đen xoắn ốc vào nhau,

chúng di chuyển ngày càng nhanh

khi chúng ngày càng gần nhau hơn.

Điều đó có nghĩa là sóng hấp dẫn mà chúng đang phát ra

có tần số ngày càng cao.

Vì vậy, khi thời gian trôi qua, cường độ ngày càng cao hơn.

ooop!

Ooop!

Zhhhrp!

[tiếng ồn lặp lại với cường độ ngày càng tăng]

Cuối cùng khi hợp nhất, chúng tạo ra một vật thể khổng lồ.

Bằng cách phân tích dữ liệu đó,

có thể xác định rằng hố đen mới

từ sự hợp nhất của hai hố đen ban đầu này

nặng gấp 140 lần khối lượng mặt trời của chúng ta.

Thực sự rất khó để phóng đại tầm quan trọng

của việc phát hiện sóng hấp dẫn.

Giống như có một cảm giác hoàn toàn mới--

Đột nhiên, có một cách hoàn toàn mới

để khám phá phần còn lại của vũ trụ.

Các vụ va chạm vũ trụ vô hình

chỉ là sự khởi đầu của những gì mà thiên văn học sóng hấp dẫn

có thể tiết lộ cho chúng ta.

Giờ đây, các nhà khoa học đang sử dụng sóng hấp dẫn

để xem xét lại những bí ẩn lâu đời khác,

chẳng hạn như điều gì gây ra những vụ nổ sáng nhất

trong vũ trụ?

Đây không phải là một vụ đụng xe hàng ngày.

Đây là sự kiện ấn tượng nhất

mà bạn từng thấy trong vũ trụ của chúng ta.

Trên khắp vũ trụ,

những vụ nổ ánh sáng kỳ lạ đã đánh đố các nhà thiên văn học.

Chỉ trong một phần nhỏ của giây,

chúng tỏa sáng hơn một nghìn tỷ lần so với mặt trời.

Sau đó, chúng biến mất.

Những chớp sáng ngắn này

được gọi là vụ nổ tia gamma hay viết tắt là GRB,

và chúng là một bí ẩn, bởi vì chúng có năng lượng điên cuồng,

và chúng ta không biết nguyên nhân gây ra chúng.

Trong nhiều thập kỷ, những vụ nổ tia gamma ngắn này

là một bí ẩn.

Không có lời giải thích nào là vượt quá giới hạn, bất kể hoang đường đến mức nào.

Nó là siêu tân tinh?

Hay nó xuất phát từ một nền văn minh ngoài hành tinh đang nói "hello"?

Chúng ta không biết được.

Vào tháng 8 năm 2017, Kính thiên văn tia gamma Fermi

phát hiện một vụ nổ tia gamma ngắn khác,

nhưng vụ nổ này rất khác,

một vụ nổ tia gamma đã xảy ra cách xa 130 triệu năm ánh sáng

và nó thực sự tạo ra một gợn sóng trong không gian và thời gian

và LIGO có thể phát hiện.

Sóng hấp dẫn

cuối cùng có thể giúp tiết lộ nguyên nhân

gây ra một trong những vụ nổ sáng nhất trong vũ trụ.

Dữ liệu của LIGO cho thấy

thủ phạm có thể là hai vật thể lớn xoắn ốc về phía nhau

và va chạm.

Nhưng dựa trên dữ liệu sóng hấp dẫn,

hai vật thể này quá nhỏ để có thể là hố đen.

Chúng phải là một cái gì đó khác.

Không phải hố đen, mà là lõi cực dày đặc

của các ngôi sao sụp đổ được gọi là sao neutron.

Một sao neutron là những gì còn sót lại

sau khi một ngôi sao lớn tự sụp đổ.

Nó rất, rất đặc, bởi vì về cơ bản,

nó lấy tất cả khối lượng của lõi và thu nhỏ lại

thành một bán kính thực sự rất nhỏ.

Khi các sao neutron dày đặc xoắn ốc ngày càng gần nhau,

tín hiệu sóng hấp dẫn ngày càng mạnh hơn,

cho đến khi chúng va chạm,

giải phóng một đợt sóng hấp dẫn vô cùng mạnh.

Vì chúng không phải là hố đen

nên ánh sáng có thể lọt ra ngoài.