VIỆC XÁC NHẬN THỰC NGHIỆM CÁC HIỆU ỨNG TỪ HẤP DẪN

CHƯƠNG 4. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VŨ TRỤ HỌC

4.3.4 VIỆC XÁC NHẬN THỰC NGHIỆM CÁC HIỆU ỨNG TỪ HẤP DẪN

4.3.4.1 Sự tiến động của mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh

Trong những năm gần đây, theo đề nghị của Ciufolini người ta sử dụng các vệ tinh được định vị laser để xác nhận hiệu ứng Lense- Thirring qua đó xác nhận sự tồn tại của trường từ hấp dẫn [34-35]. Ta sẽ dùng công thức (4.82) và (4.83) để tính tần số tiến động Lense- Thirring của các vệ tinh LAGEOS và LAGEOS II bay trên quỹ đạo cực quanh trái đất. Vệ tinh LAGEOS được NASA phóng lên quỹ đạo vào năm 1976 có các tham số quỹ đạo sau: bán trục lớn a = 12.270 km, tâm sai e

= 0.004, góc lệch so với mặt phẳng xích đạo Trái đấti = 109độ 9 phút, chu kỳ là p

= 3,758 giờ. Vệ tinh LAGEOS II được cơ quan NASA và cơ quan không gian Ý (ASI) phóng lên quỹ đạo vào năm 1992, nó có các tham số sau: bán trục lớn

a =12.163 km, tâm sai e = 0.014, góc lệch là i = 52,65 độ.

Kết quả tính từ các công thức Lense- Thirring (4.82) và (4.83) cho[12-DMCT]:

y

LAGEOS mas

T

L 31 /

  (4.108)

y

LAGEOSII mas

T

L 31.5 /

  ..(4.109)

y

LAGEOSII mas

T

L 57 /

 (4.110)

ở đây mas y/ là mili giây của cung / năm.

Các kết quả tính toán này sai khoảng 20% đến 25% so với kết quả đo được từ thực nghiệm [35].

4.3.4.2 Sự tiến động spin của gyroscope quỹ đạo Trong công thức (4.107), khi thiên thể đối xứng cầu ta thay:

g n

LI 

(4.111) ở đây Ig là mômen quán tính hấp dẫn của thiên thể, n là vận tốc góc của thiên thể. Lúc này công thức (4.107) thành:

2 5 3

3 ( . )

g n n

L T

GI r r

c r r

 



 

    

 

  

(4.112) Do các vệ tinh bay trên quỹ đạo rất nghiêng so với mặt phẳng xích đạo nên giá trị của tần số Lense – Thirring thay đổi liên tục trên quỹ đạo. Chúng ta sẽ lấy một giá trị trung bình của tần số này trong một chu kỳ bay của vệ tinh. Ở hai cực tần số này có giá trị là 2GI2 3g n

c r

 , trong khi 2 vị trí ở xích đạo nó có giá trị là GI2 3g n c r

 nhưng

chiều ngược lại. Như vậy tần số tiến động trung bình của spin gyroscope là:

.

2 3 2 g n L T

GI r c



   (4.113)

Ta thay 2 2

g 5 gE E

I  M R là mômen quán tính hấp dẫn của trái đất. Lúc này (4.113) thành:

2

3 2 3 2

0.2 2

g n gE E n

L T

GI GM R

r c r c

 

    (4.114)

Do Trái đất không phải là một quả cầu rắn hoàn toàn, nên trong công thức của mômen quán tính của Trái đất cơ quan NASA lấy Ig 0.3308M RgE E2. Như vậy công thức (4.114) thành:

2

3 2 3 2

0.3308

2 2

g n gE E n

L T

GI GM R

r c r c

 

    (4.115)

Mới đây vào năm 2000, vệ tinh Gravity Probe B (GP-B) được phóng lên và bay ở quỹ đạo cực có độ cao 650 km, nó đo được tần số tiến động của spin gyroscope với độ chính xác cao khoảng 1 %. Kết quả đo được góc tiến động [35]:

42 miligiây của cung/năm (4.116)

Kết quả tính từ công thức (4.113) này là[12-DMCT]:

 41 miligiây của cung/năm (4.117)

Kết quả đo sự tiến động spin của gyroscope từ vệ tinh GP-B để xác nhận sự tồn tại của trường hấp dẫn từ được xem là một trong 10 thành tựu vật lý nổi bật nhất trong năm 2007.

Ở đây chúng tôi cũng chú ý rằng, nếu không tính đến ảnh hưởng của trường hấp dẫn lên mêtríc của không – thời gian, tức là xem không– thời gian là phẳng và tính toán hoàn toàn tương tự với trường hợp tiến động của mặt phẳng quỹ đạo của nguyên tử trong từ trường, ta thu được kết quả chỉ bằng một nửa kết quả trên khi tính đến sự cong của không – thời gian.

4.3.4.3 Các chứng cứ gián tiếp cho sự tồn tại của trường từ hấp dẫn

Các nhà thiên văn có thể đã thực sự quan sát được các hiệu ứng của từ hấp dẫn.

Một vài lỗ đen và các sao nơtrôn đã phóng ra những tia vật chất sáng chói vào không gian với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Những tia này xuất hiện từng cặp ngược hướng nhau như thể chúng phun ra từ các cực của một vật thể quay nhanh.

Các nhà lý thuyết cho rằng các tia này rất mạnh và được tạo nên bởi trường từ hấp dẫn .

Hình 4.7: Minh họa các luồng vật chất có vận tốc rất cao bắn mạnh vào không gian từ hai hướng ngược nhau ở các sao nơtrôn hay các lỗ đen siêu nặng quay nhanh. Hiệu ứng này hiện nay được cho làdo trườngtừhấp dẫngây nên.

(hình lấy từtrang:

http:// science.nasa.gov/headlines/y2004/19apr_gravitomagnetism.htm)

Hình 4.8: Các lỗ đen siêu nặng quay nhanh một mặt phát ra các luồng vật chất với vận tốc rất lớn về 2 hướng ngược nhau ở 2 cực, mặt khác cũng làm cho các đĩa vật chất quay quanh nó lắc lư như một con quay. Người ta cho rằng các hiện tượng này đều do trườngtừ hấp dẫn gây nên (hìnhđược lấy từ trang:

http://www.gweep.net/ jedi/pmwiki/pub/skins/monobook/black_hole_lores.jpg)

Như vậy với thực nghiệm đo sự tiến động của spin gyroscope từ vệ tinh GP-B sự tồn tại của trường từ hấp dẫn xem như được hoàn toàn được khẳng định. Các kết quả tính toán từ Thuyết tương đối tổng quát và mô hình này là chưa thể phân biệt được từ các thí nghiệm trên. Chúng tôi hy vọng sẽ sớm chỉ ra một hiệu ứng khác củatừ hấp dẫn có thể phân biệt được mô hình này với Thuyết tương đối tổng quát.

PHẦN KẾT LUẬN

KẾT QUẢVÀ BÀN LUẬN

1. MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG LUẬN ÁN Trong luận án này chúng tôi đãđạt được một số kết quả sau:

- Đã đưa ra được một hệ phương trình để mô tả trường hấp dẫn như là một trường véctơ thông thường[1, 7 -DMCT].

- Đã đưa ra được một phương trình Einstein cải tiến để xác định mối liên hệ giữa trường hấp dẫn và mêtríc của không – thời gian[4 -DMCT].

- Chứng tỏ được rằng bản chất các lực quán tính chính là lực hấp dẫn [2- DMCT].

- Thu được mêtríc tựa Schwarzschild của không – thời gian bên ngoài một nguồn trường đối xứng cầu, không quay, không tích điện. Ở gần đúng bậc nhất mêtríc này dẫn gần đúng đến mêtríc Schwarzschild trong Thuyết tương đối tổng quát. Như vậy mô hình này cũng tìm lại được toàn bộ các kiểm tra kinh điển củaThuyết tương đối tổng quát trong hệMặt trời. Mô hình cũng chỉ ra khả năng tồn tại của mộtloại vật thể Vũ trụmớisau lỗ đen[9-DMCT].

- Mô hình cũng cho dáng điệu phát triển Vũ trụ qua các giai đoạn giống như trong Thuyết tương đối tổng quát nhưng tốc độ thì khác ở giai đoạn vacuum thống trị[11-DMCT].

- Mô hình cho phép tínhđúng mật độ năng lượng Vũ trụ và do đó tính đúng mật độ năng lượng vacuum như quan sát. Từ mô hình cũng cho thấy sự tồn tại của vật chất tối và năng lượng tối là điều tất yếu[5-DMCT].

- Chúng tôi tìm được một biểu thức lực hấp dẫn Newton cải tiến, nó cho phép một sự lý giải thống nhất cho vật chất thông thường, vật chất tối và năng lượng tối. Mô hình cũng cho một ước lượng tới kích thước của các thiên hà và giới hạn dưới của khối lượng trung bình của các hạt năng lượng Vũ trụ [6,8- DMCT].

- Mô hình cũng cho phép diễn tả ở gần đúng bậc nhất các hiệu ứng từ hấpdẫn như trong Thuyết tương đối tổng quát và đã được thực nghiệm xác nhận mới đây vào 2007[12-DMCT].

2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN BÀN LUẬN THÊM VÀ CÁC KIẾN

………NGHỊ

- Cần nghiên cứu và làm rõ thêm các đối tượng mới sau lỗ đen trong Vũ trụ, tìm chứng cứ cho sự tồn tại của chúng, tìm mối liên hệ giữa đối tượng này với các quasa.

- Khảo sát chi tiết hơn vấn đề giãn nở tăng tốc của Vũ trụ và sóng hấp dẫn trong mô hình này.

- Khảo sát sự bảo toàn năng – xung lượng của trường hấp dẫn trong mô hình này.

- Khảo sát vấn đề từ hấp dẫn ở gần đúng bậc cao và liên hệ đến hiệu ứng bắn vật chất vận tốc cực lớntừ các lỗ đen quay nhanh.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

1. VO VAN ON, “A vector model for gravitational field ” tạp chí Phát Triển Khoa Học & Công Nghệ, tập 9, (4), trang 5-11,(2006) ( báo cáo tại hội nghị Vật Lý Lý Thuyết toàn quốc lần thứ 29, TP.Hồ Chí Minh-2004).

2. VO VAN ON, “ An approach to the Equivalence principle and the nature of inertial forces”, tạp chí PhátTriển Khoa Học & Công Nghệ, tập 9 (5), trang 5- 10, (2006) ( báo cáo tại hội nghị Vật Lý Lý Thuyết toàn quốc lần thứ 29, TP.Hồ Chí Minh-2004).

3. VO VAN ON, “ An approach to three classical tests of the General theory of relativity in The vector model for gravitational field ”, tạp chíPhát Triển Khoa Học & Công Nghệ. tập 10, (3), trang 5-11, (2007).

4. VO VAN ON, “ Einstein‘s equation in the Vector model for gravitational field

”, tạp chí PhátTriển Khoa Học & Công Nghệ, tập 10, (6), trang 15-25, (2007) ( báo cáo tại hội nghị Vật Lý Lý Thuyết toàn quốc lần thứ 32, Nha Trang, Khánh Hòa-2007).

5. VO VAN ON, “ The energy density of the Universe in the Vector model for gravitational field ”,tạp chí Communications in PHYSICS, vol. 9 (1), pp.13-16, (2007)(báo cáo tại hội nghị Vật Lý Lý Thuyết toàn quốc lần thứ 31, Cửa Lò , Nghệ An -2006).

6. VO VAN ON, “A united description for dark matter and dark energy”, tạp chí Communications in PHYSICS, supplement, vol. 17, pp. 83-91, (2007).

(báo cáo tại hội nghị Vật Lý Lý Thuyết toàn quốc lần thứ 31, Cửa.Lò,

.Nghệ An-2006)

7. VO VAN ON, “A vector model for gravitational field in curvature .space- time” .KMITL Science Journal ( An International Journal of Science and Applied Science-Faculty.of Science, King Mongkut’ s Institute of Technology Ladkrabang- Thailand), vol. 8, No.1, January– June, pp.1-11(2008).

……( báo cáo tại Hội Nghị Quốc Tế.về Vật Lý Ứng Dụng do Lào và Thái Lan phối

…….hợp tổ chức, Viêng-chăn, 11/2006).

8. VO VAN ON, “An approach to dark matter and dark energy problems in the

….Vector model for gravitational field”, Journal of Science,.vol.52, (4), pp.53-60,

….Hanoi National University of Education (2007).

9. VO VAN ON, “Absence of singularity in Schwarzschild metric in the vector

….model for .gravitational Field”, Communications in PHYSICS, vol.18, n.3,

….pp.175-184(2008).

10. VO VAN ON, “ Some interesting consequences from Newton ‘s modified

…expression of.gravitational force in the vector model for gravitational field”, …..

…..Communications in PHYSICS, Vol.19 , n.2 , pp.84-86 ( 2009).

(báo cáo tại hội nghị Vật lý lý thuyết toàn quốc lần thứ 33, Đà Nẳng – 8/

……..2008 )

11. VO VAN ON, “ Friedmann ‘s modified equations and the evolution of

…..universe in the vector model for gravitational field ”, ( báo cáo tại hội nghị

…….Vật lý lý thuyết toàn.quốc lần thứ 33, Đà Nẳng – 8/ 2008 ). Bài đã gửi

…….đăng trong tạp chíPhát.Triển Khoa học & Công nghệ ,tháng 4-2009.

12. VO VAN ON, “Magneto-gravitational field in the vector model for

……..gravitational field”, (báo cáo tại hội nghị.Vật lý lý thuyết toàn.quốc lần

……..thứ 34, Quảng Bình – 8/ 2009 ).Bài đã gửi đăng trong tạp chí

…. Communications in PHYSICS.