Sự quay của một vật thể có khối lượng làm xoắn không gian quanh nó.

Một trong những tiên đoán cuối cùng chưa được kiểm chứng của thuyết tương đối rộng nay đã được thừa nhận: Trái đất quay làm xoắn không - thời gian. Các phép đo chính xác đầu tiên của hai nhà nghiên cứu vừa đưa ra kết quả đó.

Với bằng chứng này, Ignazio Ciufolini tại Đại học Lecce, Italy và Erricos Pavlis tại Đại học Maryland ở Baltimore đã đến đích trước hành trình của tàu Gravity Probe B trị giá 700 triệu USD, được phóng đi hồi tháng 4 vừa qua nhằm kiểm nghiệm độ chính xác của thuyết tương đối rộng.

Thuyết tương đối rộng của Einstein giả định rằng không gian và thời gian tạo nên một cấu trúc mà sự có mặt của một vật thể sẽ khiến cấu trúc đó oằn xuống. Lý thuyết cũng ngụ ý một vật thể nặng khi quay sẽ kéo lê và vặn xoắn không gian xung quanh nó giống như kiểu một con quay đặt trên đĩa mật - hiện tượng còn được biết đến với tên gọi hiệu ứng Lense-Thirring, hay quen thuộc hơn là 'frame-dragging', do hai nhà vật lý Áo Joseph Lense và Hans Thirring đề xuất năm 1918.

Không gian oằn xuống bởi sức nặng trái đất.

Các nhà nghiên cứu đã đo được hiện tượng không gian oằn xuống trước "sức nặng" của trái đất, nhưng hiệu ứng vặn xoắn thì chưa hề phát hiện trực tiếp. Đến nay, họ vẫn chưa có được những phương tiện đủ chính xác để tính toán những dao động tí hon này. Người ta chỉ dự đoán rằng về lý thuyết, nếu tấm thảm không gian xung quanh trái đất quả thực bị kéo lê và vặn xoắn, thì các vệ tinh sẽ chịu ảnh hưởng trực tiếp của sự biến dạng đó.

Mới đây, sau 11 năm quan sát sự chuyển động của hai vệ tinh quay quanh trái đất (LAGEOS và LAGEOS 2), Ciufolini và Pavlis đã tìm thấy mỗi vệ tinh lệch đi khoảng 2 mét mỗi năm, do không gian bị xoắn lại bởi sự quay của trái đất chúng ta.

Nhóm nghiên cứu cho biết kết quả của họ bằng 99% giá trị dự báo của thuyết tương đối, với sai số tới 10%. "Đây là phép đo chính xác đầu tiên về hiện tượng frame-dragging", Neil Ashby, một nhà vật lý tại Đại học Boulder, bang Colorado (Mỹ) nhận định.

Tuy nhiên, vài nhà khoa học nghi ngờ độ chính xác của phép đo này. "Một trong những khó khăn là phải tách được hiệu ứng vặn xoắn ra khỏi ảnh hưởng to lớn của lực hấp dẫn trái đất", Clifford Will, chủ tịch nhóm cố vấn của NASA cho dự án Gravity Probe B, nhận xét.

Nếu trái đất cân xứng hoàn hảo, phép đo hiệu ứng vặn xoắn sẽ rất dễ dàng. Nhưng vì bề mặt trái đất mấp mô lồi lõm nên sản sinh ra trường hấp dẫn không đều nhau, và hiện tượng này đẩy các vệ tinh lệch đi xa nhiều hơn so với hiệu ứng frame-dragging, Will cho biết.

Để tách biệt hai hiệu ứng này, Ciufolini và Pavlis đã sử dụng một bản đồ trường hấp dẫn của trái đất do tàu GRACE (*)của NASA, phóng lên hồi tháng 3/2002, cung cấp. Song các nhà nghiên cứu cho rằng điều đáng nói là ngay cả mô hình trường hấp dẫn của GRACE cũng chưa chắc chắn có chính xác tuyệt đối hay không.

Dù sao đi nữa, thí nghiệm của tàu Gravity Probe B vẫn được đặt nhiều hy vọng hơn, bởi nó có khả năng đo đạc chính xác tới 1%. Về phía các nhà vật lý, họ không tin rằng tất cả các thí nghiệm này có thể lật ngược được thuyết tương đối, nhưng khẳng định sự xác nhận mới là cần thiết.

Thuận An (vnexpress.net, theo Nature, Space.com)

(*) Công bố bản đồ trọng lực mới của trái đất

Các vệ tinh sẽ giúp cập nhật thông tin về lực hấp dẫn của trái đất.

Nếu muốn giảm cân, bạn nên đến Ấn Độ, nơi mà lực hấp dẫn yếu hơn một chút so với tất cả những nơi khác trên hành tinh chúng ta. Ở đây, bạn sẽ thấy mình nhẹ đi 1%. Bản đồ trọng lực chính là "cẩm nang" đưa ra những lời khuyên như thế.

Bản đồ này được các nhà khoa học xây dựng để lập kế hoạch cho các vệ tinh Grace (vệ tinh Thí nghiệm khí hậu và xác định lực hấp dẫn), sẽ rời bệ phóng trong vài tuần tới.

Trái đất có bề mặt lồi lõm không đều nhau, và trường hấp dẫn của nó cũng theo đó mà biến đổi. Sự khác biệt này rất nhỏ, nhưng lại quan trọng trong việc giúp chúng ta hiểu về cấu tạo của trái đất và sự phục hồi của nó sau Thời kỳ Băng hà Cuối cùng. Trên bản đồ, vùng càng trũng thì lực hấp dẫn càng yếu. Chẳng hạn vùng biển Ấn Độ có sức hút nhỏ hơn bình thường, là do những đặc điểm kiến tạo để lại sau vụ va chạm giữa mảng tiểu lục địa Ấn Độ với mảng lục địa Á-Âu (vụ va chạm đã hình thành dãy Himalaya). Trong khi đó, trên vùng nam Thái Bình Dương, lực hấp dẫn lại mạnh hơn do cấu trúc của lớp manti, lớp thạch quyển nóng chảy nằm bên dưới vỏ trái đất.

Hai vệ tinh

Vệ tinh mới sẽ đo đạc trường hấp dẫn của trái đất.

Grace sẽ bay nối tiếp nhau trên quỹ đạo cách trái đất 220 km. Từ độ cao này, chúng phản ứng với những thay đổi rất nhỏ của lực hút của trái đất ở các thời điểm khác nhau. Đo đạc hiệu ứng đó, mỗi tháng một lần, các nhà khoa học sẽ xây dựng được một bản đồ lực hấp dẫn của trái đất, chính xác gấp 100 lần so với bản đồ đang sử dụng cho kế hoạch này.  

Mặt khác, hai vệ tinh Grace sẽ cho phép các nhà khoa học quan trắc đại dương theo một cách mới, giúp họ xác định liệu mực nước biển đang tăng lên là do có nước đổ thêm vào đại dương, hay là do nước đã nở ra vì hiện tượng trái đất nóng lên.

B.H. (theo BBC)