Vào đầu thế kỉ 20, các nhà thiên văn học Edwin Hubble và Milton Humason phát hiện thấy các thiên hà đang chuyển động ra xa Ngân hà. Quan trọng hơn: Tính trung bình thì mỗi thiên hà đang chuyển động ra xa các thiên hà khác, nghĩa là toàn bộ vũ trụ đang dãn nở. Như vậy, trước đây toàn bộ vũ trụ phải nhỏ hơn, nóng hơn, và đặc hơn nhiều.
Mô tả đó, gọi là mô hình Vụ Nổ Lớn, đã trụ vững cho nhiều khám phá mới và các lí thuyết cạnh tranh nhau trong một thế kỉ qua. Vậy lí thuyết Vụ Nổ Lớn nói về cái gì?
Vụ Nổ Lớn xảy ra ở mọi nơi cùng lúc
Vũ trụ không có tâm cũng chẳng có biên, và mỗi bộ phận của vũ trụ đang dãn nở. Điều đó có nghĩa là nếu ta vặn cho đồng hồ chạy ngược, thì ta có thể xác định chính xác khi nào vạn vật hợp nhất một chỗ - khoảng 13,8 tỉ năm trước. Vì mỗi nơi ta có thể lập bản đồ trong vũ trụ ngày nay đã chiếm giữ chính không gian đó hồi 13,8 tỉ năm trước, nên chẳng có chỗ nào cho Vụ Nổ Lớn cả: Thay vậy, nó xảy ra ở mỗi nơi đồng thời.
Vụ Nổ Lớn có lẽ không mô tả sự ra đời thật sự của mọi thứ
Tên gọi “Vụ Nổ Lớn” thường ám chỉ lí thuyết dãn nở vũ trụ và vũ trụ nóng thời sơ khai. Tuy nhiên, thỉnh thoảng thậm chí các nhà khoa học cũng sẽ sử dụng tên gọi này để mô tả một thời khắc trong thời gian – khi vạn vật hợp nhất trong một điểm. Vấn đề là chúng ta không có bất kì quan trắc hay lí thuyết nào mô tả thời khắc đó, nó được gọi (một cách vụng về) là “kì dị ban đầu”.
Kì dị ban đầu là điểm xuất phát cho vũ trụ mà chúng ta quan sát, nhưng có khả năng có cái gì đó xuất hiện từ trước.
Khó khăn nằm ở chỗ vũ trụ sơ khai rất nóng và dãn nở nhanh gọi là “lạm phát” có khả năng đã xảy ra ngay sau điểm kì dị quét sạch đa số - nếu không nói là tất cả - thông tin về bất kì lịch sử nào có trước Vụ Nổ Lớn. Các nhà vật lí liên tục nghĩ tới những phương thức mới kiểm tra các dấu hiệu của một vũ trụ sớm hơn, và dẫu vậy chúng ta vẫn chưa nhìn thấy bất kì dấu hiệu nào cho đến nay, và ta cũng chẳng thể bác bỏ nó.
Lí thuyết Vụ Nổ Lớn giải thích nguồn gốc xuất xứ của hydrogen và helium trong vũ trụ
Vào thập niên 1940, Ralph Alpher và George Gamow tính được rằng vũ trụ sơ khai đủ nóng và đặc để tạo ra hầu hết toàn bộ helium, lithium và deuterium có mặt trong vũ trụ ngày nay; nghiên cứu sau đó cho thấy hydrogen nguyên thủy có từ đâu. Nghiên cứu này được gọi là “sự tổng hợp hạt nhân Vụ Nổ Lớn”, và nó là một trong những dự đoán thành công nhất của lí thuyết. Các nguyên tố nặng hơn (như oxygen, sắt và uranium) được tạo ra trong các sao và các vụ nổ sao siêu mới.
Bằng chứng tốt nhất cho Vụ Nổ Lớn là ở dạng vi sóng. Lúc ban đầu, toàn bộ vũ trụ đủ đậm đặc để hoàn toàn mờ đục. Nhưng tại thời điểm chừng 380.000 năm sau Vụ Nổ Lớn, sự dãn nở đẩy các thứ ra đủ xa để làm cho vũ trụ trong suốt.
Ánh sáng giải phóng từ sự chuyển giao này, gọi là bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB), vẫn tồn tại. Nó được quan sát thấy lần đầu tiên vào thập niên 1960 bởi Arno Penzias và Robert Wilson. Khám phá đó đã củng cố lí thuyết Vụ Nổ lớn là mô tả tốt nhất của vũ trụ; kể từ đó, các quan sát như WMAP và Planck sử dụng CMB cho chúng ta biết rất nhiều về cấu trúc tổng thể và thành phần của vũ trụ.
Một trong những người đầu tiên suy nghĩ khoa học về nguồn gốc của vũ trụ là một linh mục Thiên chúa giáo
Ngoài đức tin tôn giáo, Georges Lemaître là một nhà vật lí người thuyết tương đối tổng quát và đã luận ra một số điều kiện của vũ trụ sơ khai hồi thập niên 1920 và 1930. Ông thích ví von nguồn gốc của vũ trụ là “trứng vũ trụ” và “nguyên tử nguyên thủy”, nhưng chúng không được ưa chuộng, bởi lẽ...
Dường như chẳng ai thích tên gọi “Vụ Nổ Lớn”
Cho đến thập niên 1960, quan niệm rằng vũ trụ có một khởi đầu là cái gây chia rẽ giữa các nhà vật lí học. Tên gọi “Vụ Nổ Lớn” thật ra được đặt bởi nhà thiên văn học Fred Hoyle, người phất cờ của một lí thuyết khác, trong đó vũ trụ tồn tại vĩnh hằng không có sự khởi đầu.
Ông gọi tên lí thuyết một cách mỉa may, và ngày nay chúng ta vẫn sử dụng tên gọi ấy. Calvin và Hobbes từng vận động cho một tên gọi khác nhưng không thành công.
Vụ Nổ Lớn là trụ cột của vũ trụ học, nhưng nó không phải toàn bộ câu chuyện. Các nhà khoa học vẫn đang tinh chỉnh lí thuyết này của vũ trụ, được thôi thúc bởi các quan sát vật chất kì lạ ở ngoài kia. Vật chất tối (cái giữ các thiên hà lại với nhau) và năng lượng tối (cái làm cho vũ trụ dãn nở tăng tốc) là những bí ẩn lớn nhất chưa được mô tả bởi lí thuyết Vụ Nổ Lớn.
Quan niệm của chúng ta về vũ trụ, cũng như bản thân vũ trụ, tiếp tục thúc đẩy chúng ta khám phá thêm nữa về những thứ mới mẻ. Nhưng thay vì sáng tỏ dần, lời giải thích tốt nhất của chúng ta cho sự vận hành của vạn vật vẫn còn chờ đó – tâm điểm là sự ra đời của vũ trụ.
Nguồn: Symmetry Magazine
