CÁC SÓNG HẤP DẪN
Theo lý thuyết trường thì sự truyền tương tác được đặc trưng bởi các khái niệm ''sóng'', ''xung lưọng'', ''tín hiệu''. Ví dụ, về sự truyền tương tác điện từ người ta nói: ''Tín hiệu ánh sáng đã đi tới võng mạc của mắt''. Thế còn tương tác hấp dẫn được truyền đi bởi những ''tín hiệu'' nào?
Những tín hiệu đó không tồn tại: hấp dẫn là sự biểu hiện của hình học không gian vật lý. Tuy nhiên hình học này phụ thuộc vào thời gian: các thành phần của độ cong không - thời gian là các hàm của cả bốn tọa độ trong đó có cả tọa độ thời gian: xo= ct. Nhưng nếu trong hấp dẫn phụ thuộc vào thời gian thì nó có thể dao động tương tự như trong điện từ không? Có thể tồn tại các sóng hấp dẫn - những dao động của không - thời gian như những sóng trên nước không?
Bằng thực nghiệm người ta còn chưa tìm thấy được các sóng hấp dẫn trước hết là vì sự tác động của chúng lên máy thu (detector) hay anten hấp dẫn rất yếu, thứ nữa là vì không phải lúc nào người ta cũng tách được các hiệu ứng hấp dẫn thuần túy khỏi các hiệu ứng quán tính. Dễ dàng tưởng tượng trường các lực ảo nào đó là các sóng hấp dẫn. Giả sử, hệ quy chiếu gắn liền với một vật thể lớn quay. Vật này không phát ra các sóng hấp dẫn nhưng trong hệ này xuất hiện những lực quán tính không phân biệt được với hấp dẫn. Những lực ảo này sinh ra hoàn toàn chỉ do cách chọn hệ quy chiếu.
Có thể thu được các sóng hấp dẫn thuần túy, tách hẳn chúng với các hiệu ứng tọa độ hay không? Ta hãy đặt bài toán theo một cách khác: cần biểu thị sóng hấp dẫn sao cho nó không phụ thuộc vào cách chọn hệ quy chiếu. Cho đến ngày nay bài toán này chưa được giải một cách chặt chẽ. Mặc dù chưa có một lý thuyết có cơ sở, việc tìm kiếm các sóng hấp dẫn đã bắt đầu từ những năm 60 thế kỷ XX, và đến nay vẫn chưa có kết quả.
Các nguồn có thực của sóng hấp dẫn mà người ta ghi được nằm trong Vũ trụ (sao đôi, pulsar, sao siêu mới, lỗ đen). Nhưng hiệu ứng thu được từ chúng quá nhỏ. Khi sóng hấp dẫn rơi vào máy thu (thường là vật thể lớn kích thước vài mét) thì trong đó xuất hiện những biến dạng nhỏ tỷ lệ với biên độ của sóng. Những biến dạng này có 10-20 của kích thước máy thu, tức là trong trường họp bất kỳ nào thì cũng nhỏ hơn nhiều so với đường kính của các hạt nhân nguyên tử. Tuy nhiên nhờ kỹ thuật do bằng giao thoa ký người ta dự định ghi lại những sự biến đổi tương đối chiều dài của máy thu với độ chính xác tới 10-22.
Người ta cho rằng các sóng hấp dẫn được phát hiện hoàn toàn tương ứng với những tiên đoán của lý thuyết tương đối rộng. Vào năm 1974 nhờ kính viễn vọng vô tuyến ở Arecibo (trên đảo Puectô Ricô ở Trung Mỹ) người ta đã ghi lại được pulsar đôi PSR 1913+16. Hệ này gồm pulsar (sao nơtron quay nhanh và phát ra các xung vô tuyến theo chu kỳ) quay quanh một sao thứ hai (không nhìn thấy được). Kỹ thuật thiên văn ngày nay đã cho phép đo chu kỳ quay hai sao này quanh khối tâm chung của chúng với độ chính xác cao. Người ta thấy rằng chu kỳ quay giảm đi 2,4.10-12 giây trong 1 giây - có thể vì hệ bị mất năng lượng do bức xạ hấp dẫn. Theo các tính toán (theo công thức do Einstein dẫn ra) thì sự biến đổi chu kỳ quay của các sao khi bức xạ hấp dẫn là 2,38.10-12 giây trong 1 giây; điều này trùng với những quan sát với độ chính xác tới l%. Và sự phát hiện pul-sar đôi PSR 1524+ 12 có tính chất tương tự vào năm 1991 cũng khẳng định giả thiết này. Như vậy, những quan sát các hệ sao đôi được xem như sự chứng minh chắc chắn, mặc dù là gián tiếp, về sự tồn tại các sóng hấp dẫn.
QUÁ TRÌNH TÌM KIẾM CÁC SÓNG HẤP DẪN
Vào năm 1998 người ta bắt đầu tiến hành thực hiện một số dự án thực nghiệm lớn để phát hiện các sóng hấp dẫn nhờ những giao thoa kế laze. Ý tưởng là như sau: khi sóng hấp dẫn đi qua giao thoa kế nó sẽ làm thay đổi cánh tay đòn của giao thoa kế và do đó bức tranh giao thoa sẽ biến đổi. Trong hệ thống LIGO của Mỹ (LIGO tiếng Anh là Laser Interferometer Gravitation Observatory - Đài thiên văn giao thoa kế hấp dẫn laze) thì độ đài cánh tay đòn của giao thoa kế bằng 4km và giao thoa kế này có khả năng ghi lại sự biến đổi của chiều dài cánh tay đòn là 4.10-16cm, tức là phần nghìn kích thước hạt nhân nguyên tử. Những thiết bị của các dự án này vô cùng đắt (ví dụ, thiết bị cho dự án này của Mỹ vượt 1 tỷ đô la), mặc dù vậy người ta vẫn tiếp tục thực hiện các dự án đó với hy vọng nhờ chúng để kiểm tra lại các khái niệm lý thuyết về tiến hóa của Vũ Trụ.
Khi bức xạ một năng lượng khổng lồ dưới dạng các sóng hấp dẫn, những sao trong hệ sao đôi tiến gần lại với nhau và rồi hoà nhập vào nhau. Những tính toán cho thấy rằng tần số sao nơtron đôi nhập với nhau trong thiên hà như Thiên Hà của chúng ta, xảy ra một lần trong 5-10 nghìn năm. Như vậy, nếu lưu ý rằng số lượng các thiên hà trong Vũ Trụ là vô cùng lớn, thì các giao thoa kế đo sóng hấp dẫn sẽ ghi lại được sự xuất hiện của chúng vài ngày một lần. Và ngày nay xuất hiện một hướng mới trong khoa học thực nghiệm - đó là thiên văn sóng hấp dẫn.
