Dự đoán của Einstein đã được chứng minh là chính xác! Các nhà khoa học đã phát hiện rằng tốc độ của trọng lực thực sự là tốc độ của ánh sáng.

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã chứng kiến những sóng gợn trong cấu trúc không-thời gian của vũ trụ.

Vào ngày 17/8/2017, tại phòng điều khiển Đài quan sát LIGO (Mỹ), một tín hiệu đỏ bất ngờ hiện lên trên màn hình. Dữ liệu cho thấy một sự biến dạng cực kỳ nhỏ, chỉ bằng một phần nghìn đường kính của proton, dọc theo ống chân không dài bốn km của giao thoa kế laser. Đây là dấu hiệu rõ ràng của một sóng hấp dẫn vừa đi qua Trái Đất.

Chỉ hai giây sau, Kính viễn vọng Không gian Fermi cũng phát hiện một vụ nổ tia gamma mạnh ở hướng của chòm sao Hydra. Khi hai dữ liệu này được kết hợp lại, chúng chỉ ra một tọa độ duy nhất: thiên hà NGC 4993, cách chúng ta 144 triệu năm ánh sáng. Vào khoảnh khắc đó, một câu hỏi kéo dài suốt 300 năm có vẻ đã được giải đáp.

Từ thế kỷ 17, Isaac Newton với định lý vạn vật hấp dẫn đã xây dựng nền tảng cho vật lý hiện đại, nhưng ông lại không đưa yếu tố thời gian vào mô tả lực hút. Điều này dẫn đến sự tin tưởng suốt nhiều thế hệ rằng lực hấp dẫn lan truyền tức thời. Nếu mặt trời đột ngột biến mất, Trái Đất sẽ ngay lập tức thoát khỏi quỹ đạo.

Năm 1915, Albert Einstein đã thay đổi quan niệm này bằng thuyết tương đối rộng, trong đó lực hấp dẫn được xem như những "nếp gấp" trong không-thời gian, và sóng hấp dẫn phải di chuyển với cùng tốc độ ánh sáng.

Trong suốt nhiều thập kỷ, tranh cãi về tốc độ của lực hấp dẫn chưa bao giờ ngừng lại. Vào năm 2002, nhà khoa học Sergei Kopeikin công bố phép đo cho thấy lực hấp dẫn có tốc độ gấp 1,06 lần tốc độ ánh sáng, nhưng nhanh chóng bị các đồng nghiệp bác bỏ, cho rằng đó chỉ là tốc độ sóng vô tuyến.

Vào năm 2013, một nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc đưa ra bằng chứng gián tiếp từ dữ liệu thủy triều rắn, củng cố giả thuyết lực hấp dẫn truyền đi với vận tốc ánh sáng, tuy nhiên sai số vẫn quá lớn để có thể công nhận. Trở ngại lớn nhất là sự tinh vi của sóng hấp dẫn: chúng quá yếu để tạo ra trong phòng thí nghiệm, trong khi các vụ va chạm lỗ đen lại không phát sáng, khiến việc xác định thời điểm va chạm trở thành điều không thể.

Do đó, các nhà khoa học đặt kỳ vọng vào sao neutron, những tàn dư cực kỳ đặc của các ngôi sao khổng lồ, dày đặc hơn cả hạt nhân nguyên tử, chỉ xếp sau lỗ đen. Khi hai sao neutron va chạm, chúng phát ra đồng thời sóng hấp dẫn và bức xạ điện từ - điều này tạo nên một 'đồng hồ vũ trụ' lý tưởng để đo tốc độ lan truyền của lực hấp dẫn.

Tuy nhiên, việc chuẩn hóa thiết bị của LIGO không phải là điều đơn giản. Nhóm nghiên cứu đã mất hai năm chỉ để khắc phục lỗi ổn định laser, thậm chí một vết nứt chỉ 0,01 mm trong vật liệu bịt kín cũng có thể khiến toàn bộ dữ liệu bị vô hiệu hóa.

Sau khi lần đầu tiên ghi nhận sóng hấp dẫn từ vụ sáp nhập lỗ đen vào năm 2015, sự hứng khởi ban đầu nhanh chóng chuyển thành thất vọng, bởi lỗ đen không phát sáng, khiến không thể xác định được chính xác thời điểm sự kiện xảy ra. Phải đến năm 2017, vụ nổ tia gamma kèm theo sóng hấp dẫn từ sao neutron mới mang lại cơ hội vàng.

Nhóm nghiên cứu đã so sánh sự chênh lệch thời gian hai giây giữa sóng hấp dẫn và ánh sáng, với khoảng cách khổng lồ 144 triệu năm ánh sáng. Kết quả thật ấn tượng: tốc độ sóng hấp dẫn gần như hoàn toàn khớp với tốc độ ánh sáng, với sai số chỉ khoảng 5%.

Phát hiện này không chỉ xác nhận dự đoán của Einstein từ hơn một thế kỷ trước mà còn kết thúc cuộc tranh luận về tốc độ của lực hấp dẫn. Lý do cho sự chậm trễ hai giây cũng đã được giải thích: sóng hấp dẫn đạt đỉnh ngay khi hai sao neutron va chạm, trong khi tia gamma chỉ được giải phóng sau vụ va chạm.

Tuy nhiên, câu trả lời này lại gợi ra nhiều câu hỏi mới. Nếu lực hấp dẫn thực sự di chuyển với tốc độ ánh sáng, điều này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến cơ học lượng tử, nơi lực hấp dẫn được cho là do các hạt 'graviton' truyền tải? Hai cách diễn đạt này có vẻ như đến từ hai 'ngôn ngữ vật lý' khác nhau, và việc làm sao để hòa hợp chúng vẫn là một bài toán chưa có lời giải.

Kết quả từ năm 2017 đã mở ra một kỷ nguyên quan sát đa sứ giả, nơi sóng hấp dẫn, tia gamma và cả tín hiệu quang học cùng kể lại câu chuyện của vũ trụ. Các nhà khoa học đang tiếp tục cải tiến hệ thống máy dò, xây dựng mạng lưới quan sát toàn cầu để theo dõi các vụ va chạm sao neutron từ xa. Biết đâu trong tương lai, từ những tín hiệu yếu ớt đó, chúng ta có thể tìm ra những bằng chứng cho những lý thuyết vĩ đại như thuyết dây hoặc bản chất thực sự của vật chất tối.

Hơn một thế kỷ trước, trong bản thảo viết tay năm 1916, Einstein đã ghi chú rằng 'tốc độ của sóng hấp dẫn bằng tốc độ ánh sáng'. Hơn 100 năm sau, với sự hỗ trợ của những công cụ hiện đại và tín hiệu từ sâu thẳm vũ trụ, nhân loại đã chứng minh lời tiên đoán ấy. Và từ đó, cánh cửa dẫn tới những bí ẩn lớn lao của vũ trụ lại hé mở.