"Vũ trụ quan của chúng ta sẽ thay đổi cơ bản"

HỒNG NHUNG THỰC HIỆN 01/04/2014 20:04 GMT+7

TTCT - Phát hiện sóng hấp dẫn về lâu dài củng cố khái niệm lạm phát và vì thế sẽ thay đổi vũ trụ quan của chúng ta ở tầng mức cơ bản nhất, như nhà vật lý Alan Guth từng nói: “Lạm phát chính là “vụ nổ” trong “vụ nổ lớn”.

Đã thấy bí mật sâu kín thời khởi thủy của tạo hóa
Tiếng vọng thuở hồng hoang

Con đường đi làm mỗi ngày của tiến sĩ Hiền và đồng nghiệp. Từ trạm Amundsen-Scott ra đến DSL (Phòng thí nghiệm khu vực tối) chừng một cây số. Họ đi bộ ra DSL mỗi buổi sáng, trở vào trạm ăn trưa, tối và nghỉ ngơi. Người từ đằng xa đang đi lại là Andrew Lange đi lấy nước về cho cả nhóm dùng. - Ảnh do TS Nguyễn Trọng Hiền cung cấp

Ba điểm mấu chốt

* Thưa ông, phát hiện ra sóng hấp dẫn có ý nghĩa như thế

- Sóng hấp dẫn xảy ra khi có sự co giãn của không - thời gian. Có lẽ diễn tả hiệu ứng của sóng thế này cho dễ hiểu: Ví dụ nếu để một miếng bấc trên mặt nước, sóng nước đi qua làm miếng bấc nhấp nhô theo sóng nhưng với sóng hấp dẫn thì khác và yếu hơn rất nhiều lần, nếu thả một vòng tròn các miếng bấc, khi sóng đi qua sẽ làm vòng tròn co lại thành hình bầu dục, rồi giãn ra thành hình tròn, rồi nén lại thành hình bầu dục...

Việc phát hiện sóng hấp dẫn mang lại ba điều mấu chốt trong vật lý cơ bản. Một là, sóng hấp dẫn là có thật. Trước đây ta chỉ phỏng đoán dựa trên lý thuyết tương đối của Einstein.

Hai là, sóng hấp dẫn là bằng chứng đặc thù của cơ chế giãn nở lạm phát, chứng tỏ vũ trụ ở kỷ nguyên ban sơ đã trải qua quá trình lạm phát, tức là ngay vừa lúc vũ trụ hình thành, một phần tỉ tỉ tỉ tỉ giây sau đó, vũ trụ đã giãn nở một cách “thần tốc”, từ cỡ nhỏ hơn proton sang đến gần 3 năm ánh sáng (0,8 parsec).

Ba là, sóng hấp dẫn là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên của sự lượng tử hóa hấp dẫn - đây là cơ sở mấu chốt của lý thuyết hấp dẫn lượng tử (quantum gravity) - để lực hấp dẫn có thể hòa nhập vào “câu lạc bộ” các lực cơ bản khác.

Những điều này xác định tính đúng đắn của những ý tưởng vật lý cho mức năng lượng cao, cùng với bức tranh lớn về quá trình phát triển của vũ trụ ở giai đoạn ban sơ. Đây là tiền đề mở ra kỷ nguyên mới, hi vọng là sôi động và hứng khởi, cho nghiên cứu vật lý trong tương lai.

Nói một cách nôm na, phát hiện sóng hấp dẫn về lâu dài củng cố khái niệm lạm phát và vì thế sẽ thay đổi vũ trụ quan của chúng ta ở tầng mức cơ bản nhất, như nhà vật lý Alan Guth từng nói: “Lạm phát chính là “vụ nổ” trong “vụ nổ lớn”.

* Dự án BICEP2 đã bắt đầu từ khá lâu, có nhiều nhà khoa học ở nhiều cơ quan, viện nghiên cứu cùng tham gia. Ông có thể cho biết vai trò của mỗi cơ quan, mỗi nhà khoa học như thế nào trong dự án?

- Tôi trình dự án BICEP2 lên Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực (JPL) thuộc NASA hồi tháng 5-2006. Lúc ấy nhóm JPL gồm có tôi (trong cương vị trưởng nhóm), Jamie Bock, Darren Dowell và Chao-lin Kou (nghiên cứu sau tiến sĩ, trẻ nhất trong nhóm, hiện là phó giáo sư tại Đại học Stanford).

BICEP2 là thế hệ thứ hai của chuỗi thí nghiệm bức xạ nền vi ba, do Caltech/JPL lãnh đạo. BICEP, hay BICEP1 như vẫn thường gọi sau này, là thế hệ đầu tiên. Jamie Bock là người nêu ý tưởng thực hiện thí nghiệm này và là người chỉ đạo công trình chế tạo hệ cảm biến có tên là NTD bolometer (*) tại JPL. Lúc ấy tôi và Jamie cùng thử nghiệm hệ cảm biến cho đài thiên văn không gian Herschel và Planck do Jamie chế tạo.

Jamie Bock, lúc ấy đang là thành viên nhóm chúng tôi ở JPL (và là giáo sư tại Caltech), là người lãnh đạo công việc thiết kế hệ cảm ứng biên chuyển TES, cũng là người lãnh đạo thí nghiệm BICEP2 cùng giáo sư Andrew Lange ở Caltech. Jamie Bock có lẽ là một trong những nhà thực nghiệm xuất chúng nhất của thế hệ chúng tôi mà tôi được cơ hội cộng tác.

Đã nắm trong tay kỹ thuật cảm biến tiên tiến bậc nhất thời ấy, nên quyết định sử dụng chúng cho việc phát hiện sóng hấp dẫn là điều rất tự nhiên, Jamie rủ tôi cùng làm. Chúng tôi đi trước các nhóm nghiên cứu khác khoảng 3-5 năm, nắm được lợi thế ban đầu. Kế tiếp chúng tôi có thêm Chao-lin Kuo, John Kovac - người đã từng ở qua mùa đông với tôi tại Nam Cực hồi năm 1994.

John mới xong luận án tiến sĩ tại Chicago và về Caltech làm nghiên cứu sau tiến sĩ với giáo sư Andrew Lange ở Caltech. John là người rất cần cù và cực kỳ thông minh. Ngôi sao vàng trên lá cờ VN mà tôi cắm ở Nam Cực hồi năm 1994 là do John gấp xếp khéo léo để tôi chỉ cắt một nhát là được hình ngôi sao năm cánh.

Cả Chao-lin và John có vai trò tích cực trong việc phát triển BICEP2. John đề xuất ý tưởng nên chế tạo BICEP2 để thay cho BICEP1. Chao-lin là người thiết kế hệ cảm biến TES cho BICEP2 sau này. Chúng tôi có thêm Clem Pryke (giáo sư Đại học Minnesota) đảm nhiệm việc phân tích dữ liệu.

Sau thời gian nghiên cứu sau tiến sĩ, Chao-lin được Stanford phong phó giáo sư, John được Harvard phong phó giáo sư. Vì thế, Stanford, Harvard và Minnesota trở thành thành viên trụ cột của BICEP2 cùng Caltech/JPL từ đầu. Các học viện khác cung cấp những bộ phận điện và nhiệt cho công trình.

TS Nguyễn Trọng Hiền - Ảnh: Trường Đăng

3 năm bằng 30 năm

* Giới vật lý trong nước đang rất tự hào vì trong dự án này có sự tham gia của ông - một nhà khoa học gốc Việt. Ông có thể cho biết vai trò và đóng góp của mình trong nghiên cứu này?

- Trong cương vị là Principal Investigator, tức là người chủ trì dự án BICEP2 tại JPL, tôi đảm nhiệm hai vai trò chính: Một là chịu trách nhiệm chế tạo thiết bị cũng như chế tạo các bộ phận cơ, nhiệt. Hai là lãnh đạo công việc thử nghiệm hệ cảm ứng siêu dẫn biên chuyển TES.

BICEP1 dùng hệ cảm biến NTD bolometer, có chừng 50 đơn vị cảm biến. BICEP2 dùng TES bolometer với 512 đơn vị. Cả hai hệ hình cảm biến này được xem như là kỹ thuật “state-of-the-art” (tiên tiến) trong lĩnh vực vật lý thiên văn. Planck - đài thiên văn không gian của châu Âu để quan sát bức xạ nền - cũng sử dụng NTD bolometer do JPL cung cấp. TES là sản phẩm cảm biến siêu dẫn mới nhất của JPL do chính nhóm chúng tôi chế tạo. Nhờ hệ cảm biến TES này mà chúng tôi rút ngắn đáng kể đoạn đường về đích. Ba năm của BICEP2 tương đương 30 năm của BICEP1.

* Kế hoạch tiếp theo của dự án BICEP2 và nhóm nghiên cứu là gì?

- Chúng tôi cần phải kiểm chứng kết quả. Giống như mình muốn biết kết quả cuộc bầu cử, trước thì mở đài CNN xem, sau mở thêm đài BBC. Nếu cả hai cùng cho kết quả như nhau thì có thể tin cậy được. Hiện tại chúng tôi hoàn tất dữ kiện ở băng tần 150 GHz, sắp tới sẽ hoàn tất việc quan trắc ở băng tần 100 GHz. Trễ lắm là cuối năm nay hay đầu năm tới thế giới sẽ nghe lời phán quyết cuối cùng.

* Ông có thể chia sẻ những kỷ niệm đáng nhớ mà ông và nhóm nghiên cứu đã trải qua?

- Đề án BICEP2 được phê chuẩn cuối tháng 9-2006. Chúng tôi nhanh chóng triển khai công tác chế tạo thiết bị BICEP2 ngay trong tháng 10 (bắt đầu năm tài chính 2007). Tại thời điểm này BICEP vừa mới được đưa xuống Nam Cực. Lúc ấy chúng tôi đã lường trước là BICEP1 sẽ không đủ nhạy để phát hiện sóng hấp dẫn, nên đã tính đến chuyện phải gấp rút phát triển thêm BICEP2 trong khi sử dụng BICEP1 đi trước để dẫn đường.

Khoảng đầu năm 2006, tôi xuống Nam Cực để tham gia quan sát với thí nghiệm đầu tiên BICEP. Chuyến đi này có giáo sư Andrew Lange - người lãnh đạo cao nhất của chuỗi các thí nghiệm BICEP/BICEP2/Keck. Buổi tối chúng tôi quây quần ăn tối trong trạm. Tôi gợi chuyện với giáo sư Andrew và các bạn sinh viên, nghiên cứu sinh.

Andrew Lange, cùng học trò là Jamie Bock, trước đây đã tổ chức thí nghiệm Boomerang (**), dùng bóng thám không vượt ra khỏi bầu khí quyển để đo mức bất đẳng hướng trong bức xạ nền. Thí nghiệm Boomerang thiết lập bằng chứng là vũ trụ phẳng. Đây là một thành tích vang dội. Andrew Lange đã được đề cử giải Nobel cho thí nghiệm này.

Kể từ khi bức xạ nền được phát hiện đến thời điểm chúng tôi nói chuyện đã là hơn 40 năm. Năm 2015 sẽ kỷ niệm 50 năm phát hiện bức xạ nền. Tôi được biết giáo sư Trần Thanh Vân sẽ tổ chức hội nghị về đề tài này tại Quy Nhơn (Hội nghị Gặp gỡ Việt Nam) vào năm tới.

Các thí nghiệm về bức xạ nền đã lần lượt phát hiện ra những đặc điểm vật lý cơ bản, góp phần xây dựng nên bức tranh tổng thể của vũ trụ học hiện đại. Phát hiện của Boomerang là cố gắng mới nhất có ý nghĩa trong lĩnh vực này.

Nhưng các thí nghiệm về bức xạ nền ngày càng tinh vi và phức tạp, cần một đội ngũ đông đảo nghiên cứu. Công việc phân tích dữ kiện không đơn giản như 15 năm trước đó mà trở nên nhiễu nhương, có phần đa dạng và tinh vi hơn cả bên vật lý hạt. Công việc này chỉ hợp với các bạn trẻ còn hăng hái. Những người đi tiên phong như chúng tôi đã bắt đầu thấm mệt, tổ thí nghiệm nào bây giờ cũng trên dưới 50 người.

Ngày trước chúng tôi chỉ có vài người làm tất tần tật mọi chuyện. Cho nên tôi hỏi Andrew: “Này, nếu bắt đầu làm nghiên cứu sinh lúc này, anh - Andrew lớn hơn tôi bảy tuổi - có chọn đề tài bức xạ nền không?”. Cả đám học trò dỏng tai nghe.

Andrew nhìn tôi nói: “Anh có thấy là tôi đang ngồi trước đám học trò của tôi không?”. Cả bọn phá ra cười. Andrew vẫn tiếp tục: “Có lẽ tôi sẽ không chọn bức xạ nền. Chắc tôi làm chuyện “ông” Sunil làm [về vật chất tối]. Bức tranh lớn của bức xạ nền coi như đã xong rồi. Bây giờ chỉ còn lại những tiểu tiết”.

Andrew Lange hôm nay không còn với chúng ta nữa. Ông tự kết liễu cuộc đời mình vào đầu năm 2010, chỉ vài ngày sau khi BICEP2 vừa đưa vào hoạt động tại Nam Cực. Trong những ngày này chúng tôi mãi nhắc về ông. Chúng tôi luôn xem Andrew là linh hồn của thí nghiệm BICEP2.

Dòng chữ cuối cùng trong công trình vừa công bố của chúng tôi dành để tri ân ông: “We dedicate this paper to the memory of Andrew Lange, whom we sorely miss” (tạm dịch: “Chúng tôi xin dâng bài viết này để tưởng niệm Andrew Lange, người chúng tôi hằng thương nhớ”).

* Xin cảm ơn ông.

“Tôi rất quan tâm đến sự kiện này vì đây là một khám phá mang tính lịch sử của khoa học. Đặc biệt, công trình nghiên cứu này còn có sự đóng góp đáng kể của TS Nguyễn Trọng Hiền - một người bạn không xa lạ với cộng đồng khoa học trong nước.

Trong khuôn khổ hợp tác giữa Tổ chức Gặp gỡ Việt Nam, Trường đại học Quốc tế - Đại học Quốc gia TP.HCM và Đại học Quy Nhơn, chúng tôi đã và đang cùng nhau tổ chức lớp học về vật lý thiên văn hằng năm tại Quy Nhơn nhằm đào tạo các nhà khoa học trẻ trong lĩnh vực này cho Việt Nam.

Đây là một cú hích lớn, tạo sự quan tâm và đam mê nghiên cứu vật lý thiên văn cho những nhà khoa học cũng như các bạn sinh viên trong nước. Tôi tin rằng sẽ có thêm một số nhà khoa học và sinh viên sẽ đi theo hướng nghiên cứu về nguồn gốc vũ trụ sau sự kiện này”.

PGS.TS PHAN BẢO NGỌC (Đại học Quốc gia TP.HCM)

(*): Xạ nhiệt kế pha tạp biến đổi nơtron.
(**): Quan sát địa lý và bức xạ milimet ngoài thiên hà bằng bóng thám không.

---------------------------

* Tin bài liên quan:

Bình luận Xem thêm
Bình luận (0)
Xem thêm bình luận