☕ Nhàn đàm ICT: From Multi-Threading to Map/Reduce Framework

Những ai đã từng lập trình trên vi xử lý 8 bit (như Intel 8085, Zilog Z80) chắc đều trải nghiệm lập trình đa nhiệm, tự tay mình lập đa nhiệm. Nói là đa nhiệm nhưng bộ xử lý trong thực tế thực hiện công việc của mình một cách tuần tự. Ví dụ, chúng ta có 10 thread T1, T2, …, T10 thì bộ xử lý chạy T1 trước, sau đó chuyển sang T2 (nhớ điểm dừng ở T1), rồi chuyển sang T3, …, sau đó quay lại T1 và thực hiện từ điểm dừng T1 đã được ghi lại trước đó. Cơ chế nào để chuyển từ T1 sang T2? Dĩ nhiên là phép ngắt (Interrupt), và thường là dùng ngắt thời gian, Timer. Tất cả các bộ xử lý đều phải sử dụng một quartz timer, ví dụ, 100 MHz. Có thể lập một timer cứ 10 miliseconds thì ngắt một lần và nhờ phép ngắt timer chúng ta chuyển từ T1 sang T2 sang T3, … Do thời gian ngắt là rất nhỏ nên chúng ta có cảm giác như các chương trình đang chạy song song. (Chuyện này thì nay đã thành kinh điển, tôi chỉ nhắc lại để cho những ai đã từng mày mò lập trình trên vi xử lý, nhớ lại một trải nghiệm khó quên về đa nhiệm.)

Cùng với thời gian, vào những năm 90 của thế kỷ trước, với sự ra đời của Internet, các bộ xử lý trước đây được coi là nhanh nhưng vào thời điểm đó đã tỏ ra quá chậm chạp nếu một server phải chịu tải hàng chục ngàn người truy cập đồng thời. Thách thức là: một máy tính, dù có đạt tốc độ cao đến bao nhiêu đi nữa thì vẫn rất khó lòng giải được bài toán số lượng người cùng truy cập đồng thời lên đến hàng trăm ngàn, hàng triệu.

Nhân loại luôn có người xuất chúng đứng ra giải quyết vấn đề. Hẳn chúng ta còn nhớ vào năm 1999, 2000 xuất hiện công cụ tìm kiếm Google. Google cho kết quả tìm kiếm và thời gian tìm kiếm thường dưới 1 giây đồng hồ, kiểu như: About 508,000 results (0.61 seconds). Đối với những người lập trình thì công cụ tìm kiếm Google vào thời điểm đó thật là magical - có lẽ đến bây giờ Google vẫn là magical - (Từ của giới sô bít ở ta là “ảo diệu” 😊). Giới thạo tin lúc đó nói đến các server farms của Google (những cánh đồng máy chủ) và thuật toán magical của họ.

Thuật toán mà Google đưa ra có tên gọi là Map/Reduce, tôi tạm dịch là thuật toán “Lan tỏa/Rút gọn”. Nói một cách đơn giản là thế này: Google họ để dữ liệu trên hàng chục ngàn máy chủ, mỗi lần có nhu cầu tìm kiếm một cụm từ nào đó thì họ sẽ “áp” việc kiếm này lên tất cả các máy chủ (gọi là thuật toán Map – Lan tỏa), sau đó họ “gom” tất cả kết quả lại (gọi là thuật toán Reduce – Rút gọn”. Toàn bộ ý tưởng vĩ đại nằm ở chỗ đó. Việc của hệ điều hành là điều phối Map và Reduce, còn việc của người viết ứng dụng là cung cấp hai hàm Map() và Reduce().

Doug Cutting, Mike Cafarella và cộng sự đã lấy giải pháp của Google và phát triển thành một dự án nguồn mở có tên là HADOOP. HADOOP xây dựng kiến trúc khung (framework) cho phép các ứng dụng xử lý dữ liệu cực lớn với thời gian cực nhanh. Có thể nói HADOOP là “de facto standard” (chuẩn mặc nhiên) để điều hành các data centers.

Cách mà HADOOP vận hành là “gom” tất cả các servers (con số có thể lên đến hàng trăm ngàn servers) thành một thể thống nhất (Hadoop Distributed File System). Các server xử lý theo cách “local” – nghĩa là server nào lo việc của server đó, còn HADOOP đứng ra “lo việc chung”. Một cách hình tượng: HADOOP đứng ra phân việc cho hàng ngàn servers cùng xử lý và sau đó HADOOP gom các kết quả lại và “thanh lý hợp đồng” với khách hàng. Khách hàng = Application.

Dưới góc nhìn của cá nhân tôi, tôi đặc biệt ấn tượng với 2 đột phá trong thuật toán, đó là thuật toán Multi-Threading (Đa nhiệm) và thuật toán Map/Reduce (Lan tỏa/Rút gọn). Chúng đóng vai trò là các mốc tiến hóa trong computing.

 

☕ Nhàn đàm: đánh thuế công nghệ cao

Dear các anh/chị

Chắc các anh/chị đều đã biết vụ phán quyết của Ủy ban EU (EU commission) về Apple phải hoàn thuế cho Ireland khoảng 13 tỷ Euro (mà cả Apple lẫn Ireland sẽ kháng án). Nguyên nhân sâu xa, thực ra, đây là vấn đề của công nghệ cao, của Internet chứ không hề đơn thuần là câu chuyện của tránh thuế (tax avoidance). Nhân chuyện này, có chút thời gian mời anh/chị cùng ngẫm nghĩ về việc đánh thuế trong thời đại công nghệ cao.

1. Thuế được quy định theo quốc gia. Và quốc gia thì có biên giới địa lý. Nhưng hoạt động thương mại trên môi trường Internet thì không có biên giới. Cái bất tương thích đầu tiên nằm ở điểm này. Một mặt hàng trong nước A bán cho một người trong nước B thì các loại thuế sẽ áp dụng cho nước A hay nước B hay cho cả 2 nước A và B? Một dịch vụ mà một công ty đa quốc gia (multinational company) cấp cho khách hàng khắp thế giới sử dụng thì sẽ được đánh thuế như thế nào? Đây là vấn đề rất khó về thỏa thuận thuế (tax arrangement). Một số chuyên gia đưa ra giải pháp là cần có các hiệp định song phương. Nếu vậy thì số hiệp định song phương sẽ vô cùng nhiều. Và kinh doanh thì họ không thể chờ các hiệp định song phương ký rồi mới bắt đầu.

2. Thuế giá trị gia tăng (GTGT – Value Added Tax - VAT). Cái văn minh của thuế GTGT là người ta chỉ đánh thuế trên giá trị gia tăng. Nghĩa là nếu ta mua đầu vào giá là X, và ta bán đầu ra là Y thì thực chất chúng ta đóng thuế t% của (Y-X). Về mặt nguyên tắc chúng ta có thể đòi hoàn thuế t% của X khi mua vào. Giả thiết ngầm của thuế GTGT là cả X và Y đều được mua bán trong cùng 1 quốc gia (trong cùng hệ thống) và số lần giao dịch này là quản lý được (manageable).

Bây giờ chúng ta hình dung thuê quảng cáo trên Google hay Facebook và người ta tính tiền theo số click. Thứ nhất, X là gì, giá đầu vào bằng bao nhiêu? Thứ hai, Y tính theo số click, một hai click thì còn có thể quản được chứ hàng triệu, hàng tỷ click thì quản thế nào? Cơ quan thuế và người mua dịch vụ hoàn toàn phụ thuộc vào nhà cung cấp. Chúng ta chú ý rằng, vấn đề còn phức tạp hơn khi có khá nhiều nhà cung cấp chưa có đại diện pháp lý tại Việt Nam.

3. Thuế doanh nghiệp (corporate tax). Diễn nôm của thuế doanh nghiệp là doanh nghiệp phải đóng thuế trên tiền lãi. Và tiền lãi thì được tính = doanh thu - chi phí. Thuế doanh nghiệp mỗi nước có quy định khác nhau, ví dụ Ireland là 12.5%, UK (Vương quốc Anh) là 20%, Bỉ là 39.99%, Pháp là 33.3%, Đức là 29.72%, Ý là 31.4%, Cyprus (Đảo Síp) là 12.5%. Chúng ta có thể nhận thấy là Ireland thu thuế doanh nghiệp thuộc loại thấp nhất EU.

Công nghệ cao còn cho phép lập doanh nghiệp “ảo”, không nằm ở bất cứ một quốc gia nào và vì vậy nên chả phải đóng thuế doanh nghiệp cho ai cả! (😊) Đồng tiền ảo, ngân hàng ảo, đồ chơi ảo (ví dụ: các con Pokemon) nếu có mua bán thì nó nằm ở trên “mạng” chứ nó có nằm ở một quốc gia nào đâu.

Trong lý luận của Ủy ban EU, họ nói là Apple có một văn phòng trụ sở chính (head office) chỉ tồn tại trên giấy tờ, không có người vận hành, không có cơ sở vật chất cho nên doanh thu của Head Office cũng chính là tiền lãi (vì chi phí = 0). Chính vì vậy, Ủy ban EU đòi Apple đóng tiền thuế 12.5% của lãi (= khoảng 13 tỷ Euro) dựa trên hệ thống lập luận này.

Đây là một trường hợp rất lý thú về mặt pháp lý và công nghệ. Bản thân bà Margrethe Vestager, người đọc phán quyết, cũng nói rằng số tiền trên sẽ được trừ đi số tiền mà Apple đóng thuế cho các nước khác có kinh doanh mặt hàng của Apple, ví dụ như Ấn độ, Hoa Kỳ, … Lý do: vì nếu nói là Head Office thì đây là Head Office của Apple trên nhiều nước chứ không của riêng Ireland. Và bà này cũng nói rằng, nếu các nước khác có đòi tiền thuế của Head Office này thì sẽ gộp chung vào để thành 13 tỷ Euro. Như vậy, Ủy ban EU thừa nhận một văn phòng ảo cho nhiều quốc gia.

Cái nghịch lý nằm ở chỗ: công nghệ càng cao thì chi phí doanh nghiệp (chi phí cơ sở vật chất, chi trả lương, ...) càng thấp và tiền lãi càng cao. Tiền lãi càng cao thì tiền thuế phải đóng càng nhiều. Vì vậy, chúng ta thấy các công ty đa quốc gia đều tìm đặt văn phòng tại các nước thu thuế doanh nghiệp thấp, hoặc lập công ty danh nghĩa (các anh/chị xem thêm vụ Hồ sơ Panama – Panama Papers) hoặc lập văn phòng ảo (như Head Office của Apple trong trường hợp trên).

Thế giới vẫn phải chuyển động, cộng đồng doanh nghiệp vẫn phải kinh doanh trên môi trường Internet. Pháp lý trong thời đại công nghệ cao quả là thách thức!

Các anh/chị nào không quantâm vuilòng bỏqua - xin cảmơn.

Trântrọng

levanloi

 

☕ Nhàn đàm ICT: hạ tầng CNTT

Tôi có lần được đặt hàng nói về hạ tầng CNTT trong vòng 20 phút, kể cả thời gian mời lên bục và đi xuống. Vì vậy sau khi trừ hao, tôi thấy mình chỉ được phép nói không vượt quá 15 phút. Trong khoảng thời gian đó nói được cùng lắm là 5 ý, mỗi ý tốn khoảng 3 phút. Nói cho người nghe lọt lỗ tai một ý trong vòng 3 phút là rất khó.

Cái đặc biệt thách thức và khó nhất là nói về xây dựng hạ tầng như thế nào. Audience không nghe theo mình thì còn đỡ chứ họ nghe theo mà mình lại xui sai thì đúng là … phá hoại chứ không phải chuyện chơi. Cứ tưởng tượng rằng thiết kế cho VinGroup mà “nhầm” thì chỉ còn mỗi nước đập đi xây lại. Mà đập đi thì khủng khiếp: tốn thời gian, tiền bạc lãng phí bỏ đi. Nói về hạ tầng mà sai thì quá “nguy hiểm”. Tuy vậy, trên diễn đàn thì các anh/chị nghe để đấy, nghe cho vui, thế thôi.

1. Xây hạ tầng CNTT là xây cho tương lai và nếu chúng ta chưa có viễn kiến (vision) về tương lai thì khó có thể chuẩn bị hạ tầng. Tìm viễn kiến ở đâu? Võ duy nhất là tra Google và vào Wikipedia mà đọc.

1a. Trong vòng 5 đến 10 năm nữa chúng ta sẽ đi xe hơi tương tự như Tesla (xe điện). Hãy tưởng tượng là trước khi đến một nơi nào đó, chúng ta sẽ bật bộ GPS. Bộ GPS sẽ chỉ đường – đương nhiên. Nhưng hơn thế nữa, chiếc xe hơi của chúng ta sẽ tự động lái đến địa điểm đã được chỉ định. (Gần đây Tesla gặp một vài trục trặc trong việc thử nghiệm xe hơi lái tự động. Tuy nhiên, điều đó cũng không hề gì, ở Tesla đã có Elon Musk 😊). Vì không có việc gì làm trên xe hơi nên chúng ta có thể mở xem Facebook Live một buổi hòa nhạc ngoài trời ở London, hoặc dùng thực tại ảo (Virtual Reality - VR) để quan sát bề mặt Sao Hỏa (Mars) hay lượn vòng quanh Sao Diêm Vương (Pluto). Về mặt công nghệ thì các hãng xe hơi như Tesla sẽ phải giải bài toán xe lái tự động như thế nào? Diễn nôm là thế này: xe sẽ có một loạt cảm biến (sensors) như camera 360 độ, tốc độ hiện tại, vị trí GPS, … Các tham số này sẽ là đầu vào cho một thuật toán để “lái” tiếp. Thuật toán này thực chất là một AI (Artificial Intelligence). Lõi của AI nằm ở Data Center của Tesla; việc nhận tín hiệu và truyền tín hiệu là qua internet băng thông rộng (4G, 5G). Theo một nghĩa đơn giản : chiếc xe hơi có nhiệm vụ gửi thông tin cảm biến về « Trung tâm », « Trung tâm » giải thuật và gửi kết quả lại cho xe hơi để lái tiếp …

1b. Trong tương lai, chúng ta tưởng tượng là Việt Nam có một data center được đặt tên là VnOpenEMR (Vietnam Open Electronic Medical Record Center – tên này là do cá nhân tôi tự tưởng tượng ra thế, trên thực tế chưa có đâu, anh/chị nhé 😊). Một bệnh nhân ở Tây Nguyên được chụp CT (computed tomography), kết nối toàn bộ PACS (Picture Archiving and Communication System) với VnOpenEMR, các bác sỹ đầu ngành ở Bệnh Viện Bạch Mai và Bệnh viện Chợ Rẫy cùng chẩn đoán dựa vào đường truyền băng thông rộng 4G (sẽ được phát triển vào năm 2017). Nhờ sự trợ giúp của hệ thống Watson (IBM Watson Health: hệ thống này sẽ scan toàn bộ kết quả của CT, dùng AI để chẩn đoán và thông báo kết quả cho thuê bao), các bác sỹ thống nhất phác đồ điều trị và gửi phác đồ này cho các y sỹ, y tá ở bệnh viện đa khoa địa phương điều trị. Các bác sỹ ở 2 bệnh viện lớn này (Bạch Mai và Chợ Rẫy) vẫn theo dõi bệnh nhân từ xa qua màn hình hiển thị trên smartphone của họ.

1c. Viễn kiến về xuất khẩu thủy sản ở Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) : Khi bạn tham dự một hội thảo, bạn có thể quan sát toàn bộ vùng nuôi thủy sản bằng ảnh flying cam, nhận một bản báo cáo phân tích của AI cảnh báo các nguy cơ bệnh dịch về tôm, các vi lượng tìm thấy trong môi trường nuôi cá tra. Đồng thời bạn vừa được báo qua Facebook Messenger là container số X đã đến khách hàng là chi nhánh Walmart ở Hoa Kỳ và họ đặt thêm 20 container nữa, tiền đặt deposit đã gửi đến tài khoản ngân hàng của bạn. Qua friend list của khách hàng này, một số khách hàng khác đang đặt một số hỏi hàng (queries) đến bạn. Bạn trả lời họ, viết bằng tiếng Việt, dùng Google Translate sang tiếng Anh và chuyển đến họ qua email. Trong viễn kiến này, AI cảnh báo các nguy cơ bệnh dịch được đặt ở Quang Trung Sofware City, container X được gắn RFID – thông tin từ RFID được truyền qua IoT. Tất nhiên, ĐBSCL lúc đó đã trở thành Smart Region, ở đó các thiết bị thế hệ IoT đều có thể truyền trong không gian 4G bảo phủ toàn vùng !

2. Viễn kiến là như vậy (đoán thế 😊). Còn khuyến cáo là thế nào ? Tôi biết trên diễn đàn này có nhiều lãnh đạo, nhiều nhà quản lý nên phát biểu của mình cũng chỉ như múa rìu qua mắt thợ. Nhưng tôi cứ mạnh dạn múa – nếu múa không theo điệu sáo thì mong các anh/chị lượng thứ.

2a. Chuẩn bị hạ tầng CNTT cho cả một cộng đồng, cho một doanh nghiệp và cho một cá nhân. Tầm nhìn cho một cộng đồng khoảng 10-15 năm, cho một doanh nghiệp khoảng 5 năm, cho cá nhân chắc chỉ khoảng 2-3 năm thôi.

2b. Chuẩn bị hạ tầng cho cộng đồng rất thách thức. Băng thông 4G hình như là chuyện … đương nhiên. Nhìm xéo sang các đại gia trên thế giới thì chúng ta đều thấy dự án Project Loon của Google và dự án máy bay không người lái sử dụng năng lượng mặt trời có tên là Aquilla của Facebook. Cả 2 dự án này đều sử dụng các vật thể bay trên tầng điện ly (từ mặt đất lên khoảng 20 km) và chiếu chùm tia laser xuống mặt đất. Tham vọng của họ là phủ sóng toàn cầu. Tham vọng của Facebook còn đi xa hơn : phủ sóng toàn cầu miễn phí ! Các ISP cần chuyển dần sang CSP (Communication Service Provider) là vừa :-)

2c. Chuẩn bị hạ tầng cho cộng đồng hóa ra trong tương lai gần thế giới họ chuẩn bị cho mình : băng thông rộng là chìa khóa của vấn đề. Vậy liệu một đất nước đi sau về công nghệ có thể sử dụng được các dịch vụ cao cấp của AI và của VR không ? Câu trả lời là : Có. Lý do : luật số đông. Một dịch vụ rất cao cấp của Watson, chúng ta có thể thuê chỉ … vài triệu VND/tháng. Có đủ trang trải cho chi phí xây dựng và duy trì Watson không ? Trả lời : đủ và thậm chí thừa vì họ sẽ có hàng tỷ thuê bao.

2d. Câu chuyện ở trên vẫn chỉ ở thì tương lai. Một doanh nghiệp vẫn cần thực tế hiện tại: kết nối cáp quang, có một tên miền (kèm theo 1 website), một chữ ký số, có 80% nhân viên biết sử dụng email, biết sử dụng Facebook để quảng bá sản phẩm và chăm sóc khách hàng, có 20% nhân viên biết sử dụng tiếng Anh trong giao tiếp qua thư, email và biết sử dụng Google Translate lúc cần thiết.

2e. Cá nhân cần đầu tư gì ? Chắc chỉ cần một smartphone và chỉ nên mua … một lần thôi. 80% cá nhân cần hiểu rằng chất lượng của smartphone nằm ở phần mềm và phần mềm thì được nâng cấp liên tục nên đừng mua smartphone mới làm gì. Nâng cao nhận thức về điểm này thì cũng tiết kiệm kha khá đấy.

Tôi đã cố gắng trình bày với anh/chị dưới 15 phút và chỉ với 2 ý thôi. Chúc anh/chị week-end vui nhã.

☕ Nhàn đàm ICT: Sức mạnh các data centers, massive computing và thế giới mở

Dear các anh/chị

Xin mời các anh/chị xem đoạn video sau https://www.facebook.com/FacebookforDevelopers/videos/10153627946608553/ về các bài trình diễn của các chuyên gia của Facebook. Thật khó tin đến rùng mình khi Mike Schroepfer làm demo thực tế ảo (VR) với Michael Booth, nhất là đoạn chụp ảnh selfies.

1) Viễn kiến của Facebook trong 5-10 năm tới là kết nối mọi người trên thế giới với nhau (hiện nay đã kết nối 1.59 tỷ người, còn 4.1 tỷ người chưa kết nối) có thể chia sẻ bất cứ thứ gì, phát triển trí khôn nhân tạo (Artificial Intelligence - AI) và thực tế ảo (Virtual Reality – VR). (Có bác nào ở Bộ 4T đưa ra viễn kiến ICT Việt Nam 2020 được không nhỉ?) 

2) Facebook rất tham vọng trong kết nối: “phấn đấu” giá 10 lần rẻ hơn trong lúc đạt tốc độ 10 lần nhanh hơn. Họ dự định dùng nhiều biện pháp như vệ tinh, máy bay không người lái (phát sóng từ tầng điện ly), cải tiến ăng ten, sử dụng công nghệ mới có tên là Terragraph (chip WiGig, băng tần 60GHz – sẽ thử nghiệm ở San Hose – Hoa Kỳ). Càng có nhiều người kết nối càng tốt! (Đều là khách hàng của họ.)

3) Facebook là một nền tảng tuyệt vời cho Machine Learning vì nó có một cơ sở dữ liệu khổng lồ về văn bản, ảnh, video. Một kết quả nghiên cứu của Facebook sẽ được 1.6 tỷ người sử dụng và kiểm tra! Và con số 1.6 tỷ này sẽ còn tăng. Nhận dạng tiếng nói, nhận dạng ảnh, nhận dạng video đều là các ứng dụng tiềm năng thay đổi thế giới trong tương lai.

4) Thực tế ảo của Facebook có một khởi đầu tuyệt vời: có bộ hộp số đã được khai trương, có khoảng 50 games thực tế ảo đã đư a vào sử dụng và có phần mềm đã tích hợp vào điện thoại Samsung. Nó khác Video Conference khá nhiều, vì VR có giao tiếp xã hội, có thể giao tiếp với các “nhân vật ảo” (game), thậm chí có cảm nhận (sensing) với không gian ảo.

5) Facebook đã khai trương nền tảng LIVE (trực tiếp) và như vậy các Facebooker đều có thể là một diễn viên, một nhân vật nổi tiếng và có thể truyền hình trực tiếp đến cộng đồng cả trăm triệu người xem mà chẳng cần một equip truyền hình nào cả, với giá thành gần bằng 0. 

6) Nền tảng Messenger để cập nhật thông tin giao thông, thời tiết, mua bán hàng trực tuyến (thương mại điện tử), nhận tin nhắn từ các kênh truyền hình, báo điện tử, …

7) Rất nhiều thứ khác nữa.

Sức mạnh của các công ty như Facebook nằm ở đâu? Tôi tạm trả lời một cách nhàn đàm như thế này: các data centers, thuật toán massive computing và thế giới mở! 

• Khi dữ liệu lớn lên, số người dùng tăng thì một máy tính dù có tính nhanh hơn tốc độ ánh sáng cũng không giải quyết được vấn đề. Thuật toán tính toán nhanh đã thay đổi: thay vì trên một máy thì người ta sử dụng hàng trăm ngàn servers để cùng chạy một thuật toán. Thế mới thấy hệ điều hành Hadoop, thuật toán Map/Reduce vĩ đại như thế nào. Hạ tầng của Facebook sử dụng Apache Hadoop, Apache Cassandra, Apache Hive, FlashCache, Scribe, Tornado, Cfengine và Varnish.
• Facebook tạo ra thế giới hoàn toàn mở: cả phần cứng, cả phần mềm, những người phát triển hệ thống (developers) và kể cả các nghiên cứu phát triển (R&D) cũng mở! Qua hội nghị F8 của họ có cảm giác là cái gì cũng phơi bày ra hết (mở). Hay đó chính là điểm hấp dẫn và kết nối mọi người với nhau nhỉ?! Tất nhiên lợi nhuận thu được của họ chưa mở :-), mặc dù Mark Zuckerberg có cam kết là sẽ dùng 99% tài sản của mình cho từ thiện và tái đầu tư cho xã hội.

Có một điểm rất đặc biệt tôi nhận thấy là họ hút người tài, trí tuệ toàn chảy về nước Mỹ! Và sức mạnh mềm của họ thì “siêu”, khỏi phải bàn!

Các anh/chị nào không quantâm vuilòng bỏqua - xin cảmơn.

Trântrọng

levanloi

 

☕ Nhàn đàm: Lắng nghe Vũ trụ từ sóng hấp dẫn

Ngày 11 tháng 2 năm 2016, người phát ngôn của Đài thiên văn LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) thông báo là họ đã phát hiện được sóng hấp dẫn (gravitational wave) từ vụ chập 2 hố đen vũ trụ cách Trái Đất 1.3 tỷ năm ánh sáng. Thời điểm phát hiện là 09:51 UTC ngày 14 tháng 9 năm 2015.

Là một ICTer của ICT-VN, tất nhiên là tôi tò mò, và nhân week-end muốn nhàn đàm cùng anh/chị về phát hiện này. Thông tin mà tôi tham khảo chủ yếu nằm tại trang https://www.ligo.caltech.edu.

1. Năm 1916, Einstein tiên đoán từ Thuyết Tương đối rộng của mình là có sóng hấp dẫn. Sóng hấp dẫn sinh ra từ các vụ va chạm mạnh trong vũ trụ (ví dụ như 2 hố đen vũ trụ chập vào nhau). Điểm đặc biệt hấp dẫn của sóng hấp dẫn là nó làm biến đổi không-thời gian. Nghĩa là nó làm co giãn vật chất và làm thay đổi thời gian (nhanh lên hoặc dài ra). Sóng hấp dẫn không bị vật chất cản, nó đi xuyên thấu mọi vật chất. Điểm đáng chú ý nhất là sóng này là nó làm giãn không gian theo một chiều x và làm co không gian chiều y, x và y vuông góc với nhau (trên cùng một mặt phẳng). Người ta xây dựng Đài thiên văn LOGO đo sóng hấp dẫn dựa trên nguyên tắc cơ bản này. Khó khăn mà các nhà khoa học gặp phải là sự co giãn vô cùng nhỏ (chỉ khoảng 1 phần nghìn của hạt proton), các máy đo thông thường không đo được. 

2. Lại nói về hố đen vũ trụ. Hố đen vũ trụ là vùng mà lực hấp dẫn từ trung tâm của hố đen lớn đến mức không có bất kỳ vật chất nào thoát ra được, kể cả ánh sáng. Mà ánh sáng không thoát ra được thì các đài thiên văn thông thường không thể nhìn thấy. Theo thuyết lượng tử thì vùng bao của hố đen (gọi là event horizon) có bức xạ Hawking nhưng sự thay đổi nhiệt độ do bức xạ này sinh ra cũng chỉ là một vài phần triệu độ Kelvin. Vì vậy, cũng chưa thể đo được. Việc đo được sóng hấp dẫn từ vụ chập của 2 hố đen cũng là minh chứng cho sự tồn tại của hố đen vũ trụ.

3. Vậy LIGO đo sự co giãn của không gian khi sóng hấp dẫn đi qua trái đất bằng cách nào? Chú ý là cần đo được sự co giãn chỉ vài phần nghìn của hạt proton khi sóng hấp dẫn đi qua! (Thật là một việc “không tưởng” đúng không ạ?)

Họ xây 2 đài thiên văn giống hệt nhau và cách nhau hơn 3 nghìn km, một ở Livingston, bang Louisiana và một ở Hanford, bang Washington (Hoa Kỳ). Tại mỗi đài thiên văn họ xây 2 đường ống chân không hình chữ L, mỗi ống dài 4 km.

Vì sao họ xây 2 đài giống hệt nhau cách nhau 3 nghìn km? Vì nếu 1 trong 2 đài phát hiện có sóng hấp dẫn đi qua thì kết quả giống hệt phải được phát hiện ở đài kia. Họ làm như vậy là để loại trừ khả năng bị “nhiễu tại chỗ” của 1 trong 2 đài. Nhiễu tại chỗ có thể là rung chấn động đất, tiếng “ồn” công nghiệp, …

Họ phát hiện có sóng hấp dẫn đi qua bằng cách nào? Theo nguyên tắc thì khi có sóng đi qua 1 ống chân không của chữ L sẽ giãn ra và ống kia sẽ co lại. Từ góc vuông của chữ L họ phát 1 chùm tia laser tách thành 2 góc vuông nhau chạy dài theo đường ống chân không. Cuối mỗi ống chân không có 1 chiếc gương phản chiếu và chùm tia laser đó sẽ quay trở lại điểm xuất phát. Nếu 2 chùm tia laser quay trở lại cùng một thời điểm thì chẳng có chuyện gì xảy ra cả, còn nếu lệch nhau thì chứng tỏ đã có sóng hấp dẫn đi qua! Đơn giản là vậy 😊.

4. Nói là đơn giản vậy cho dễ hiểu về mặt nguyên tắc chứ trong thực tế, LIGO là giao thoa kế theo nguyên lý của Michelson với nhiều cải tiến tăng độ nhạy gấp 144 nghìn lần so với bản gốc.

5. Đài thiên văn LIGO “nghe” sóng hấp dẫn chứ không “nhìn” thấy sóng hấp dẫn. Sóng hấp dẫn mặc dù được truyền đi với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng nhưng các đài thiên văn dựa trên nguyên lý điện từ trường không nhìn thấy được. Chỉ có LIGO mới “nghe” được.

6. Còn nhớ, cũng trên diễn đàn này, như GS. Hoài đã chia sẻ, trên thế giới hiện nay người ta chỉ mới biết đến 4 loại lực: lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu, lực điện từ và lực hấp dẫn. Hai lực hạt nhân chỉ có tác dụng với khoảng cách rất ngắn, chủ yếu là để liên kết các hạt của một vật chất (matter) lại với nhau, không có mấy ý nghĩa trong cuộc sống. Lực điện từ và trường điện từ có ứng dụng rất rộng rãi hiện nay. Lực hấp dẫn thì rất rõ rồi (chúng ta bám được vào Trái Đất là nhờ có lực hấp dẫn) nhưng trường hấp dẫn thì còn rất bí ẩn còn sóng hấp dẫn thì các nhà khoa học mới nghe được cách đây chưa lâu!

7. Tôi nghe được trong phiên điều trần của các thành viên LIGO (ông Fleming Crim, ông David Reitze, bà Gabriela Gonzalez và ông David Shoemaker) trước Ủy ban Khoa học, Không gian và Công nghệ - Quốc hội Mỹ, có một nghị sỹ hỏi là qua sự phát hiện này liệu có đi đến một phát hiện về graviton (hạt hấp dẫn) hay không? Các nhà khoa học trả lời là chưa. Có một người khác hỏi là vì sóng hấp dẫn làm méo không - thời gian thì liệu chúng ta có du lịch trở lại quá khứ được hay không? Bà Gabriela Gonzalez trả lời là có làm cho thời gian nhanh lên hay chậm đi nhưng không có nghĩa là chúng ta quay trở lại quá khứ được! Hơi thất vọng một chút 😊.

Chúc anh/chị week-end vui vẻ, an lành!