Mặt trời có thể kiểm tra thuyết tương đối

Những lựa chọn khác thay cho thuyết tương đối tổng quát của Einstein có thể nghiên cứu bằng cách khảo sát Mặt trời. Đó là khẳng định của một nhóm nhà vật lí ở Bồ Đào Nha. Họ đã tìm thấy một biến thể của một lí thuyết đã được Arthur Eddington nêu ra cách nay gần một thế kỉ trước bị ràng buộc nhưng không bị bác bỏ bởi những quan sát neutrino mặt trời và sóng âm mặt trời.

Thuyết tương đối tổng quát, lí thuyết mô tả sự hấp dẫn là sự cong của không-thời gian do những vật thể khối lượng lớn gây ra, cho đến nay đã vượt qua từng phép kiểm tra thực nghiệm và quan sát mà các nhà vật lí có thể nghĩ ra. Nhưng lí thuyết trên thật sự có một số trục trặc. Ngoài chỗ khó thống nhất nó với cơ học lượng tử, và khó giải thích bản chất của vật chất tối và năng lượng tối, còn có những trục trặc mang tính khái niệm về những điểm kì dị, tại đó các định luật vật lí bị phá vỡ.

Kể từ khi Einstein nêu ra thuyết tương đối tổng quát vào năm 1916, nhiều lí thuyết khác đã được đề xuất. Hồi năm ngoái, Máximo Bañados thuộc trường Đại học Công giáo ở Chile và Pedro Ferreira thuộc trường Đại học Oxford đã báo cáo một biến thể của một lí thuyết do nhà thiên văn vật lí người Anh Arthur Eddington nêu ra, bổ sung thêm một số hạng đẩy hấp dẫn cho thuyết tương đối tổng quát. Lí thuyết này không yêu cầu có những điểm kì dị, và hệ quả là nó không dự đoán vũ trụ sinh ra từ một vụ nổ lớn, nó cũng không ngụ ý đến sự hình thành của những lỗ đen.

Liệu Mặt trời có thể kiểm tra những lí thuyết khác của sự hấp dẫn hay không? (Ảnh: NASA)

Nhìn vào bên trong ngôi sao

Khi xét một trường hấp dẫn bên trong một chân không, lí thuyết do Eddington khởi xướng này là tương đương với thuyết tương đối tổng quát nhưng nó dự đoán những hiệu ứng khác cho lực hấp dẫn tác dụng bên trong vật chất. Nơi lí tưởng đề tìm kiếm những khác biệt như thế sẽ là bên trong các sao neutron – nhưng phần lõi của sao neutron chưa được hiểu đủ rõ để so sánh hai lí thuyết.

Câu trả lời, theo Jordi Casanellas cùng đồng nghiệp tại trường Đại học Kĩ thuật Lisbon, là sử dụng Mặt trời. Trong khi là một nguồn hấp dẫn yếu hơn rất nhiều so với một sao neutron, thì sự hoạt động bên trong của Mặt trời đã được mô tả chính xác bởi những mô hình mặt trời. Nhóm của Casanellas đã tính được ngay cả ở dạng Newton phi tương đối tính của nó, lí thuyết do Eddington khởi xướng sẽ dự đoán những chênh lệch có thể đo được trong công suất phát của mặt trời so với lí thuyết hấp dẫn chuẩn.

Các nhà nghiên cứu Lisbon đã chứng tỏ rằng sự có mặt của số hạng hấp dẫn đẩy trong lí thuyết của Bañados và Ferreira là tương tự với việc lập một giá trị khác cho hằng số hấp dẫn bên trong vật chất. Và với độ lớn của lực hấp dẫn lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị nó có bên trong Mặt trời, thì nhiệt độ bên trong mặt trời cũng bị thay đổi vì Mặt trời đã được cho là ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh. Điều này có nghĩa là áp suất hướng vào trong của khối lượng của nó được cân bằng bởi áp suất nhiệt hướng ra ngoài do các phản ứng nhiệt hạch bên trong nó gây ra. Một nhiệt độ cao hơn gợi ý đến một tốc độ đốt cháy nhiệt hạch cao hơn, thành ra gợi ý đến tốc độ phát neutrino mặt trời cao hơn.

Sóng âm biến thiên

Tương tự như vậy, một độ lớn khác của lực hấp dẫn bên trong Mặt trời ngụ ý một sự biến thiên trong sự phân bố mật độ của nó, cái sẽ làm thay đổi sự truyền sóng âm đo bằng các kĩ thuật nhật chấn.

Casanellas và các cộng sự chứng tỏ rằng các quan sát bằng kính thiên văn neutrino của dòng neutrino mặt trời phát sinh từ phản ứng dây chuyền proton-proton tạo ra sự ràng buộc đáng kể đối với sự hiệu chỉnh thuyết tương đối tổng quát, họ tính ra một giới hạn trên cho hằng số hấp dẫn hiệu dụng. Kết hợp với giới hạn dưới thu được từ dữ liệu nhật chấn, các nhà nghiên cứu đã có thể đặt ra sự ràng buộc đáng kể lên lí thuyết do Eddington khởi xướng. Tuy nhiên, họ trình bày rằng các tính toán của họ không loại trừ một lí thuyết như vậy.

Các nhà nghiên cứu cho biết việc cải thiện giới hạn trên và giới hạn dưới này sẽ là khó khăn do sai số ở một vài thông số trong các mô hình mặt trời, thí dụ như hàm lượng helium trên bề mặt mặt trời. Như vậy, những phép đo nhạy hơn của dòng neutrino không có khả năng có nhiều tác động. Nhưng họ tin rằng cách tiếp cận của họ có thể dùng để ràng buộc những lí thuyết khác của sự hấp dẫn.

Kiểm tra thêm trên Trái đất

Theo thành viên đội, Paolo Pani, những lí thuyết như vậy có thể kiểm tra thực nghiệm bằng cách đo, thí dụ, lực hút hấp dẫn giữa một quả cầu kim loại chèn vào một cái lỗ ở trên đất và khối lượng Trái đất bao xung quanh nó. Quan điểm là tạo cái lỗ vừa đủ lớn cho quả cầu nằm vừa vặn, sao cho cái được đo là độ lớn của lực hấp dẫn qua vật chất và không có khoảng trống xung quanh (trong trường hợp này là không khí). Tuy nhiên, Pani cho biết đây thật sự là một thử thách thực nghiệm không đơn giản.

Nguồn: physicsworld.com