Vụ Nổ lớn, Hố Đen và những bí ẩn của Vũ trụ

• Patchen Barss
• BBC Future

12 tháng 3 2020Nguồn hình ảnh, Other

Câu chuyện được chấp nhận rộng rãi là Vũ trụ có sự khởi sinh, tồn tại, rồi kết thúc.

Bắt đầu với Vụ Nổ lớn ( Big Bang ) hồi 13,8 tỷ năm trước, khi Vũ trụ còn rất nhỏ, nóng và đặc .

Vũ trụ của chúng ta ra đời từ Vụ Nổ lớn?

Trong chưa đến một phần tỷ của một phần tỷ giây, vũ trụ nở ra gấp hơn một tỷ tỷ lần so với size bắt đầu của nó, trải qua một tiến trình được gọi là ” vũ trụ co và giãn ” .Tiếp đến là ” lối thoát nhẹ nhàng “, khi sự co và giãn dừng lại .Vũ trụ liên tục co và giãn và nguội dần, nhưng với tỷ suất rất nhỏ so với vận tốc khởi đầu .Trong 380 ngàn năm tiếp theo đó, Vũ trụ đặc đến hơn cả thậm chí còn ánh sáng cũng không lọt qua – đó là một nơi tối tăm gồm những hạt sống sót ở trạng thái plasma ( ly tử thể, tức là thực trạng bị ion hoá mạnh khiến những phân tử hay nguyên tử sống sót ở dạng hạt nhân ) siêu nóng .Khi mọi thứ ở đầu cuối nguội dần đến hơn cả những nguyên tử hydro tiên phong được hình thành, Vũ trụ nhanh gọn trở nên trong trẻo .Bức xạ bắn tung toé ra mọi hướng, và Vũ trụ dần trở thành thực thể lổn nhổn như ta thấy thời nay, với những vạt cắt khổng lồ khoảng trống trống rỗng được điểm lẫn những loại khác nhau từ hạt, bụi, cho tới những vì sao, hố đen, những dải ngân hà, bức xạ, cùng những dạng vật chất, nguồn năng lượng khác .Rốt cuộc thì những khối vật chất này sẽ trôi dạt ra xa và sẽ từ từ biến mất, theo một số ít quy mô. Vũ trụ sẽ trở thành một dạng súp lạnh lẽo, với những hạt photon một mình được phân bổ như nhau .Nguồn hình ảnh, NASA / JPL-Caltech / ESA / CXC / STScIChụp lại hình ảnh ,Vũ trụ mà tất cả chúng ta đang thấy gồm những khối hạt, bụi, những ngôi sao 5 cánh, hố đen, dải ngân hà, bức xạĐó không phải là sự kết thúc đặc biệt quan trọng kịch tính, dẫu cho đó là một sự kết thúc đáng hài lòng .

Vụ Nảy lớn (Big Bounce) và các giả thuyết khác

Thế nhưng nếu như Vụ Nổ lớn thực sự không phải là sự khởi đầu của toàn bộ thì sao ?Có lẽ Vụ Nổ lớn giống hơn với một ” Vụ Nảy lớn “, một bước ngoặt trong chu kỳ luân hồi co và giãn vẫn đang diễn ra .Hoặc nó hoàn toàn có thể là giống như một điểm phản chiếu, theo đó có một tấm gương phản chiếu hình ảnh vũ trụ của tất cả chúng ta lan rộng ra ra phía ” bên kia “, nơi mà phản vật chất thay thế sửa chữa cho vật chất, và bản thân thời hạn thì trôi theo chiều ngược lại .Hoặc Vụ Nổ lớn hoàn toàn có thể là một điểm chuyển tiếp trong một vũ trụ đã, đang và sẽ luôn co và giãn ra .Toàn bộ những giả thuyết này tuy nằm ngoài học thuyết chính thống về vũ trụ, nhưng đều nhận được hậu thuẫn từ những khoa học gia có tầm ảnh hưởng tác động .Việc ngày càng có nhiều những thuyết cạnh tranh đối đầu nhau như thế này cho thấy nay hoàn toàn có thể đã là lúc bỏ lỡ sáng tạo độc đáo theo đó cho rằng Vụ Nổ lớn lưu lại sự khởi sinh của vũ trụ và thời hạn và vũ trụ còn hoàn toàn có thể có sự kết thúc .Nhiều sáng tạo độc đáo thay thế sửa chữa cho Vụ Nổ lớn được đưa ra bởi người ta không trọn vẹn hài lòng với cách lý giải vũ trụ co và giãn .Nguồn hình ảnh, NASAChụp lại hình ảnh ,Những vết sẹo do Vụ Nổ lớn gây ra trong một bức xạ vi sóng yếu tràn ngập trong hàng loạt vũ trụ đem đến cho tất cả chúng ta 1 số ít manh mối về việc Vũ trụ trông như thế nào trong thời kỳ đầu” Phải thừa nhận là ngay từ bắt đầu đến giớ tôi chưa khi nào thú vị với sáng tạo độc đáo co và giãn, ” Neil Turok, cựu giám đốc Viện Nghiên cứu Vật lý Lý thuyết Perimeter ở Waterloo, Canada, nói .” Hệ biến co và giãn đã không có tính thuyết phục, ” Paul Steinhardt, giáo sư khoa học chuyên về kim chỉ nan Albert Einstein tại Đại học Princeton và là người yêu cầu ra quy mô ” Vụ Nảy lớn “, nói thêm .” Tôi luôn coi co và giãn là một thuyết rất giả tạo, ” Roger Penrose, giáo sư toán danh dự chuyên về triết lý Rouse Ball tại Đại học Oxford nói .” Nguyên do chính khiến cho nó không chết ngay từ lúc mới được đưa ra là bởi đó là điều duy nhất người ta hoàn toàn có thể nghĩ ra để lý giải cái mà họ gọi là ‘ sự không bao giờ thay đổi về quy mô của những xê dịch nhiệt Bức xạ nền Vi sóng Vũ trụ ( Cosmic Microwave Background – CMB ) ‘. “CMB vốn là một yếu tố cơ bản trong mọi quy mô giả định về Vũ trụ kể từ khi Vũ trụ được quan sát lần tiên phong vào năm 1965 .Nó là loại bức xạ yếu có ở mọi nơi trong Vũ trụ mà ta hoàn toàn có thể quan sát được, sống sót từ thời gian lần tiên phong Vũ trụ trở nên trong trẻo .CMB là một nguồn thông tin quan trọng cho ta biết Vũ trụ trong thời kỳ đầu trông thế nào .Nó cũng là một bí hiểm trêu ngươi so với những nhà vật lý .Trong mọi phương hướng mà những khoa học gia chĩa kính viễn vọng vô tuyến tới, CMB trông đều như nhau, thậm chí còn ở cả những vùng có vẻ như như chưa khi nào có tương tác với bất kể một vùng nào khác tại bất kể thời gian nào trong lịch sử vẻ vang 13,8 tỷ năm sống sót của Vũ trụ .” Nhiệt CMB là như nhau, ở cả phía bên kia của khung trời và cả ở những phần khung trời chưa từng có tiếp xúc với những phần khác, ” Katie Mack, nhà vũ trụ học tại Đại học Bang Nam Carolina, nói. ” Đã phải có cái gì đó từng liên kết với hai vùng đó của Vũ trụ. Phải có cái gì đó nói lên rằng phần đó của khung trời có nhiệt độ giống như phần kia của khung trời. “Khi không có những chính sách để nhìn nhận nhiệt độ trên toàn Vũ trụ mà tất cả chúng ta quan sát được, những khoa học gia sẽ trông đợi được tận mắt chứng kiến những biến thể lớn hơn nhiều ở những vùng khác .Việc co và giãn đem tới cho tất cả chúng ta cách lý giải cho điều được gọi là ” yếu tố về tính như nhau ” này .Với một tiến trình co và giãn điên rồ, Vũ trụ phình ra vô cùng to lớn trong một khoảng chừng thời hạn cực nhanh, khiến toàn Vũ trụ trở nên vượt quá khỏi mức số lượng giới hạn ta hoàn toàn có thể quan sát và tương tác cùng .Vũ trụ hoàn toàn có thể quan sát được của tất cả chúng ta co và giãn ra từ một vùng như nhau nhỏ bé nằm trong thực trạng nóng rực nguyên thuỷ, tạo ra CMB đồng dạng. Các vùng khác nằm bên ngoài khoanh vùng phạm vi tất cả chúng ta hoàn toàn có thể quan sát được hoàn toàn có thể trông sẽ rất khác .Nguồn hình ảnh, Nasa / ESAChụp lại hình ảnh ,Các nhà vật lý kim chỉ nan đang ngày càng thấy là thuyết co và giãn không giải đáp thoả đáng được khoảng rộng của vật chất và nguồn năng lượng quan sát được trong Vũ trụ” Giãn nở có vẻ như như đủ sức thuyết phục để hậu thuẫn cho những tài liệu mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể mặc định đồng ý, ” Mack nói. ” Đó là điều mà tôi giảng dạy trong những lớp học của mình. Tôi luôn nói rằng tất cả chúng ta không biết chắc như đinh là điều này đã xảy ra, nhưng nó có vẻ như như khá tương thích với những tài liệu, và là điều mà hầu hết mọi người thừa nhận là nhiều năng lực xảy ra. “Nhưng luôn có những khiếm khuyết đi kèm với thuyết này .Đáng quan tâm là không hề có chính sách đơn cử nào kích hoạt sự co và giãn, cũng không có lời lý giải nào khả thi hoàn toàn có thể kiểm chứng được về việc sự kết thúc duyên dáng của Vũ trụ sẽ xảy ra như thế nào .Một cách lý giải được những người yêu cầu thuyết co và giãn đưa ra, đó là những hạt tưởng tượng ( theoretical particles ) đã tạo thành một ” cánh đồng co và giãn “, từ đó dẫn đến sự co và giãn. Sau đó, những hạt này phân rã thành những hạt mà ta thấy được thời nay .

Nhưng ngay cả khi đưa ra cách lý giải này thì việc giãn nở lại khiến cho các dự đoán đã có cho tới nay trở nên không thể khẳng định được độ chính xác.

Lý thuyết này nói rằng thời không ( tức thời gian – khoảng trống ) hẳn đã bị vặn xoắn bởi những sóng mê hoặc nguyên thuỷ vốn bắn thia lia khắp Vũ trụ với Vụ Nổ lớn .Nhưng trong khi 1 số ít loại sóng mê hoặc đã được phát hiện ra thì không hề có sóng mê hoặc nguyên thuỷ nào được tìm thấy cho đến nay để củng cố cho thuyết này .Vật lý lượng tử cũng buộc những thuyết về co và giãn rơi vào lãnh địa rất rối rắm .Các biến thiên lượng tử được Dự kiến là nguyên do gây ra co và giãn khiến khoảng trống vỡ ra thành vô số những mảnh mang những thuộc tính vô cùng khác nhau – một ” đa vũ trụ ” trong đó bất kể điều gì ta hoàn toàn có thể tưởng tượng được cũng đều hoàn toàn có thể xảy ra .” Thuyết này là trọn vẹn lờ mờ, ” Steinhardt nói. ” Nó chỉ nói rằng Vũ trụ mà ta quan sát được hoàn toàn có thể là như thế này hoặc giống như bất kể thứ gì ta hoàn toàn có thể tưởng tượng ra, tuỳ thuộc vào việc tất cả chúng ta ở đâu trong hệ đa vũ trụ đó. Không loại trừ điều đó hoàn toàn có thể nhận thức được về mặt vật lý. “Steinhardt, một trong những kiến trúc sư khởi đầu của học thuyết co và giãn, ở đầu cuối đã chán ngán với việc không hề đưa ra Dự kiến cũng như không hề kiểm tra tính đúng chuẩn của nó .” Chúng ta có thực sự cần phải tưởng tượng rằng có sự sống sót của vô số những vũ trụ hỗn loạn mà tất cả chúng ta chưa khi nào nhìn thấy và sẽ không khi nào nhìn thấy, chỉ để lý giải cho một Vũ trụ đơn thuần và khá là mịn mà tất cả chúng ta thực sự đang quan sát ? ” ông đặt câu hỏi. ” Tôi cho là không. Chúng ta phải tìm ra một sáng tạo độc đáo hay hơn thế. “Vấn đề hoàn toàn có thể nằm ở chính bản thân Vụ Nổ lớn, và ở sáng tạo độc đáo theo đó cho rằng đã có sự khởi đầu của khoảng trống và thời hạn .Thuyết ” Vụ Nảy lớn ” đồng ý chấp thuận với bức tranh Vụ Nổ lớn về một vũ trụ cực nóng, đặc hồi 13,8 tỷ năm trước khởi đầu co và giãn ra và nguội dần. Nhưng thay vì coi đó là sự khởi sinh của thời hạn và khoảng trống, thuyết này coi đó một thời gian quy đổi từ quá trình khoảng trống co lại trước đó .Với một cú nảy thay vì là cú nổ, Steinhardt nói, những phần cách xa nhau trong vũ trụ sẽ có đủ thời hạn để tương tác với nhau và tạo thành một vũ trụ đơn nhất, trơn tru, trong đó những nguồn bức xạ CMB có thời cơ để trải đều ra .Trên thực tiễn, hoàn toàn có thể là thời hạn đó đã và đang sống sót vĩnh viễn .” Và nếu như một cú nảy xảy ra trong quá khứ, thì tại sao lại không có nhiều cú nảy ? ” Steinhardt nói. ” Trong trường hợp đó, có vẻ như hài hòa và hợp lý khi nói rằng trong tương lai tất cả chúng ta sẽ có một cú. Vũ trụ co và giãn của tất cả chúng ta hoàn toàn có thể sẽ mở màn co lại, quay trở lại trạng thái đặc và khởi đầu lại chu kỳ luân hồi nảy. “Steinhardt và Turok hợp tác với nhau trong một số ít phiên bản đầu của quy mô Cú Nảy lớn, trong đó Vũ trụ co lại tới một kích cỡ nhỏ bé mà vật lý lượng tử chiếm lấy quyền trấn áp từ vật lý cổ xưa, khiến cho những Dự kiến trở nên không chắc như đinh .Nhưng gần đây hơn, một cộng tác viên khác của Steinhardt là Anna Ijjas đã tăng trưởng một quy mô trong đó Vũ trụ không khi nào nhỏ đến hơn cả vật lý lượng tử hoàn toàn có thể chiếm vị trí thống trị .” Đó là một ý tưởng sáng tạo cổ hủ khá là tẻ nhạt, luôn được miêu tả bằng những phương trình tầm cỡ, ” Steinhardt nói. ” Thuyết co và giãn nói có một hệ đa vũ trụ, trong đó có vô số những cách để Vũ trụ Open, và tất cả chúng ta chỉ vô tình sống trong một vũ trụ bằng phẳng và trơn tru. Điều đó tuy là hoàn toàn có thể nhưng rất khó có năng lực xảy ra. Mô hình Vụ Nảy lớn thì xác lập rằng đây chính là cách Vũ trụ Open. “

Thuyết Vũ trụ Gương

Neil Turok cũng đã tò mò một lối đi khác để đưa ra một giả định đơn thuần hơn so với thuyết co và giãn, đó là thuyết ” Vũ trụ  Gương ” ( hay còn gọi là Gương Tối ) .Thuyết này Dự kiến rằng có sự sống sót của một vũ trụ khác, trong đó phản vật chất chiếm lợi thế nhưng chịu sự trấn áp bởi những định luật vật lý giống như trong vũ trụ của tất cả chúng ta. Vũ trụ đó đang co và giãn rộng ra về phía bên kia của Vụ Nổ lớn – một kiểu mà ta hoàn toàn có thể gọi là ” phản vũ trụ ” .” Tôi lấy ra một thứ từ những tác dụng quan sát trong thời hạn 30 năm qua, đó là Vũ trụ thực ra là đơn thuần tới không ngờ, ” ông nói. ” Ở quy mô to lớn thì nó không hề hỗn loạn. Không hề có sự ngẫu nhiên. Nó cực kỳ tuân thủ trật tự và quy tắc, và chỉ cần vài số lượng để miêu tả mọi thứ. “Với tâm lý này, Turok thấy rằng thuyết về một hệ đa vũ trụ, với những chiều lớn hơn, hoặc những hạt mới sẽ không giúp lý giải được những gì tất cả chúng ta nhìn thấy được trong Vũ trụ .Vũ trụ Gương thì có – và cũng hoàn toàn có thể giải đáp được một trong những điều bí hiểm lớn của Vũ trụ .Nếu như ta cộng hàng loạt những khối lượng đã biết trong một dải ngân hà – những ngôi sao 5 cánh, tinh vân, những hố đen, v.v… – thì tổng khối lượng sẽ không tạo đủ lực mê hoặc để lý giải sự hoạt động bên trong và giữa những dải ngân hà .Phần còn lại có vẻ như như được làm từ thứ gì đó mà ta lúc bấy giờ không hề nhìn thấy – vật chất tối. Thứ bí hiểm này chiếm khoảng chừng 85 % tổng vật chất trong vũ trụ .Mô hình Vũ trụ Gương Dự kiến rằng Vụ Nổ lớn tạo ra một loại hạt được biết đến với tên gọi ” neutrino xoay chiều bên phải ” .Các nhà vật lý chuyên về nghiên cứu và điều tra hạt vẫn chưa trực tiếp nhìn thấy bất kể hạt nào như vậy, nhưng họ khá tin yêu vào sự sống sót của chúng .Và chính là những hạt này đã tạo thành vật chất tối, theo những người ủng hộ thuyết Vũ trụ Gương .” Đây là hạt duy nhất trong hạng mục đó ( hạng mục những loại hạt được nên trong Mô hình Chuẩn ) có hai thuộc tính thiết yếu mà tất cả chúng ta vẫn chưa trực tiếp quan sát được, và nó sống sót không thay đổi, ” Latham Boyle, một khuôn mặt số 1 trong việc yêu cầu thuyết Vũ trụ Gương, đồng thời là đồng nghiệp của Turok tại Viện Perimeter, nói .

Thuyết Vũ trụ học Tuần hoàn Chu kỳ

Có lẽ trường hợp thử thách nhất so với thuyết Vụ Nổ lớn và sự co và giãn của Vũ trụ là thuyết ” Vũ trụ học Tuần hoàn Chu kỳ ” ( Conformal Cyclic Cosmology – CCC ) .Giống như Vụ Nảy lớn, nó tương quan tới một vũ trụ sống sót vĩnh viễn. Nhưng trong CCC, nó không khi nào trải qua một quá trình thu nhỏ – nó chỉ luôn co và giãn lớn ra .” Quan điểm của tôi là Vụ Nổ lớn không phải là sự khởi sinh, ” Penrose nói. ” Bức tranh toàn cảnh mà tất cả chúng ta biết thời nay, hàng loạt lịch sử dân tộc của Vũ trụ, là điều mà tôi gọi là một ‘ niên kỳ ‘ trong một loạt tiếp nối đuôi nhau những niên kỳ. “Mô hình mà Penrose đưa ra Dự kiến rằng hầu hết vật chất trong Vũ trụ rốt cuộc sẽ bị hút vào những hố đen khổng lồ .Do Vũ trụ co và giãn ra và nguộn tới mức gần 0 độ C, những hố đen đó sẽ ” sôi sùng sục ” trải qua một hiện tượng kỳ lạ được gọi là Bức xạ Hawking .” Ta phải nghĩ tới những số lượng thời hạn cực nhiều năm, một googol, tức là 10 luỹ thừa 100, hay viết ra thì sẽ là số lượng với chữ số 1 đứng trước và 100 chữ số 0 phía sau, ” Penrose nói. ” Đó là số năm để cho những thứ thực sự lớn sau cuối bốc hơi đi. Và khi đó ta có một vũ trụ với hầu hết là những hạt photon ( tức là những hạt ánh sáng ) thống trị. “Penrose nói rằng tại điểm này, Vũ trụ mở màn trông rất giống như thể nó trong thời gian khởi sinh .Nguồn hình ảnh, NASA / JPL-CaltechChụp lại hình ảnh ,Vũ trụ học Tuần hoàn Phù hợp Dự kiến rằng hầu hết Vũ trụ sẽ bị hút vào những hố đen khổng lồ rồi sau đó bị bốc hơiMột trong những Dự kiến mà CCC đưa ra là hoàn toàn có thể có hồ sơ về niên kỳ trước trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ, điều gây cảm hứng cho những khoa học gia tạo quy mô về sự co và giãn của vũ trụ .Khi những hố đen siêu lớn va chạm vào nhau, sự va chạm này gây ảnh hưởng tác động dẫn đến việc phóng thích ra một lượng nguồn năng lượng khổng lồ dưới dạng những hạt photon tần số thấp .Cả hai hiện tượng kỳ lạ này đều cực mạnh, Penrose nói, khiến chúng hoàn toàn có thể ” nổ bùng sang phía bên kia ” của sự quy đổi từ một niên kỳ này sang một niên kỳ khác, mà mỗi niên kỳ đều để lại ” dấu ấn ” riêng gắn vào CMB, giống như tiếng vọng từ quá khứ .Penrose gọi những hình mẫu còn lại sau khi những hố đen bốc hơi đi mất là những ” Điểm Hawking ” .Trong 380 ngàn năm tiên phong của niên kỳ lúc bấy giờ, những thứ này không gì khác hơn là những chấm nhỏ bé giữa vạn vật, nhưng do Vũ trụ co và giãn rộng ra, chúng trông giống như những ” vết bẩn ” trên khung trời .Penrose đã hợp tác với những nhà vũ trụ học Ba Lan, Nước Hàn và Armenia để xem liệu những hình mẫu này thực ra hoàn toàn có thể được tìm thấy hay không, bằng cách so sánh những giải pháp giám sát của CMB với hàng ngàn những hình mẫu ngẫu nhiên .” Kết luận mà chúng tôi đưa ra, đó là chúng tôi thấy những điểm này trên khung trời, với độ tự tin là 99,98 %, ” Penrose nói .Thế giới những nhà vật lý tuy nhiên phần đông cho đến nay vẫn tỏ ra thiếu tín nhiệm với hiệu quả này, và đã chỉ có rất ít mối chăm sóc trong số những nhà vũ trụ học trong việc thậm chí còn là thử mô phỏng nghiên cứu và phân tích của Penrose .Chúng ta khó có năng lực quan sát được trực tiếp những gì diễn ra trong những thời gian tiên phong sau khi xảy ra Vụ Nổ lớn, chứ đừng nói là những thời gian trước đó .Lớp plasma siêu nóng mờ đục sống sót trong những thời gian khởi đầu đó nhiều năng lực sẽ vĩnh viễn che lấp tầm nhìn của tất cả chúng ta .

Nhưng có những hiện tượng khác có thể quan sát được, chẳng hạn như các sóng hấp dẫn nguyên thuỷ, các hố đen nguyên thuỷ, các hạt neutrino chuyển động theo chiều bên phải, là những thứ có thể đem đến cho chúng ta một số manh mối về việc học thuyết nào về vũ trụ của chúng ta là chính xác.

” Khi tất cả chúng ta tăng trưởng những học thuyết mới và những quy mô mới về vũ trụ, những thứ đó sẽ đem lại cho tất cả chúng ta những Dự kiến mê hoặc về những điều mà ta hoàn toàn có thể tìm kiếm, ” Mack nói .” Niềm kỳ vọng không nhất thiết phải là tất cả chúng ta sẽ nhìn thấy trực tiếp sự khởi sinh, mà là trải qua 1 số ít cách đi đường vòng, ta sẽ hiểu rõ hơn về bản thân cấu trúc vật lý của nó. “Cho tới khi đó thì câu truyện về vũ trụ của tất cả chúng ta, về sự khởi sinh và về việc liệu rồi có đến một ngày nó đi đến đoạn kết thúc hay không, sẽ vẫn là chủ đề cần bàn luận .

Source: https://mix166.vn
Category: Công Nghệ