Nguồn gốc của vũ trụ-Phần cuối

Stephen Hawking

Lạm phát là đặc tính của Tự nhiên? Hay vũ trụ sẽ co sụp trở lại?

Thời gian, được đo theo kinh độ, sẽ có điểm khởi đầu tại Cực nam, nhưng Cực nam cũng giống như bất cứ điểm nào khác, như tôi sẽ đề cập. Tôi ở tại Antarctica, chứ không phải ở Cực nam. Các định luật của Tự nhiên giống nhau tại Cực nam hay bất cứ điểm nào khác. Điều này sẽ dở bỏ vấn đề về tuổi đối với một vũ trụ có khởi đầu; rằng nó sẽ là một vị trí mà ở đó các định luật thông thường bị phá vở. Sự khởi đầu của vũ trụ sẽ bị chi phối bởi các định luật khoa học. Bức tranh mà Jim và tôi phát triển về sự khởi đầu lượng tử tự phát sẽ trông như việc hình thành bọt khí trong nước sôi.

1-hs-2010-31-a-print

Nguồn gốc của vũ trụ

Ý tưởng về những lịch sử khả dĩ nhất của vũ trụ sẽ giống như bề mặt của những bọt nước. Nhiều bọt nước nhỏ sẽ xuất hiện và biến mất. Chúng tương ứng với các vũ trụ mini, sẽ dãn nở nhưng lại co sụp trở lại, trong khi vẫn giữ kích cở vi mô. Chúng có khả năng làm thay đổi vũ trụ nhưng không đáng lo ngại lắm vì chúng không tồn tại đủ lâu để phát triển thành các thiên hà, các ngôi sao và sự sống thông minh. Tuy nhiên, một vài bọt nhỏ lớn dần đến kích thước xác định và trở nên an toàn đối với sự co sụp trở lại. Chúng sẽ tiếp tục lớn dần với tốc độ ngày càng tăng, và sẽ hình thành những bọt mà chúng ta nhìn thấy. chúng sẽ tương ứng với những vũ trụ sẽ bắt đầu dãn nở với tốc độ cao. Đây gọi là sự lạm phát, giống như việc tăng giá mỗi năm.

Một đợt lạm phát theo ghi nhận của thế giới xảy ra tại Đức sau Thế chiến thứ nhất. Giá cả tăng lên vài chục triệu lần trong 18 tháng. Nhưng điều đó không thấm gì so với sự lạm phát trong vũ trụ sớm. Vũ trụ dãn nở theo tỉ lệ vài triệu tỉ tỉ tỉ tỉ lần chỉ trong một phần nhỏ của giây. Không giống như sự lạm phát giá cả, lạm phát trong vũ trụ sớm là một điều tốt. Tuy nhiên, nó sẽ không hoàn toàn đồng nhất. Trong tổng lấy trên tất cả các lịch sử, các lịch sử có độ bất quy tắc rất nhỏ sẽ có xác suất cao như vũ trụ đồng nhất và có lịch sử thông thường. Vì vậy, lý thuyết tiên đoán vũ trụ sớm trông có vẽ không đồng nhất đôi chút. Những chỗ khác biệt nhỏ này sẽ tạo nên những thăng giáng bé về cường độ của bức xạ nền vi ba theo các hướng khác nhau. Bức xạ nền vi ba được quan sát bởi vệ tinh Map, và được tìm thấy là đúng với các kiểu thăng giáng đã tiên đoán. Do đó, chúng ta biết rằng mình đang đúng.

Sự bất quy tắc trong vũ trụ sớm sẽ cho phép một số miền có mật độ lớn hơn đôi chút so với số khác. Lực hút hấp dẫn của những mật độ thêm này sẽ làm chậm sự dãn nở của miền đó và thậm chí có thể khiến cho miền đó co sụp lại hình thành nên các thiên hà và các sao. Điều này phù hợp với bản độ sóng vi ba của bầu trời. Nó sẽ là màu xanh đối với tất cả các cấu trúc vũ trụ. Chúng ta là các thăng giáng lượng tử trong vũ trụ rất sớm. Chúa thật sự đã chơi xúc sắc.

Chúng ta đã tiến những bước đài trong vũ trụ học so với hàng trăm năm trước. Thuyết tương đối mở rộng và việc khám phá ra sự dãn nở của vũ trụ đã phá vở bức tranh cũ kĩ đã tồn tại dai dẳng trước đó. Thay vào đó, tương đối mở rộng tiên đoán rằng vũ trụ, và bản thân thời gian, sẽ bắt đầu tại một vụ nổ lớn. Nó cũng tiên đoán rằng thời gian sẽ kết thúc trong các lỗ đen. Khám phá ra bức xạ nền vũ trụ ở thang sóng vi ba và các quan sát về lỗ đen ủng hộ cho kết luận này. Đây là một sự thay đổi đáng tự hào trong bức tranh về vũ trụ và chính bản thân nó. Mặc dù, thuyết tương đối mở rộng tiên đoán rằng vũ trụ phải trải qua khoảng thời gian có độ cong lớn trong quá khứ, nó không tiên đoán được vũ trụ sẽ như thế nào ngay sau vụ nổ lớn. Như vậy, bản thân thuyết tương đối rộng không thể trả lời câu hỏi trung tâm của vũ trụ học: Tại sao vũ trụ như nó là? Tuy nhiên, nếu thuyết tương đối mở rộng được kết hợp với thuyết lượng tử, nó có thể tiên đoán được cách thức mà vũ trụ bắt đầu. Nó sẽ dãn nở với một tốc độ chưa từng thấy.

Trong suốt khoảng thời gian lạm phát, sự hôn phối giữa hai lý thuyết tiên đoán rằng những thăng giáng nhỏ sẽ phát triển và dẫn đến việc hình thành nên các thiên hà, các sao, và tất cả các cấu trúc khác trong vũ trụ. Điều này được thừa nhận bởi các điểm không đồng nhất nhỏ quan sát được trong phông bức xạ vi ba vũ trụ, đúng với những gì đã tiên đoán. Vì vậy, dường như chúng ta đang trên đường nắm bắt được nguồn gốc của vũ trụ, dù cho còn nhiều việc cần phải làm. Một cửa sổ mới trong vũ trụ sớm sẽ được mở ra khi chúng ta dò được sóng hấp dẫn bằng những đo đạc chính xác giữa các phi thuyền không gian đặt xa nhau. Sóng hấp dẫn truyền tự do đến chúng ta từ những thời khắc sớm nhất, không bị cản trở bởi bất cứ sự can thiệp nào từ vật chất. Ngược lại, ánh sáng bị tán xạ rất nhiều lần bởi các điện tử tự do. Sự tán xạ tiếp diễn cho đến khi các điện tử lạnh đi, sau 300.000 năm.

Mặc dù đã đạt được nhiều thành công lớn, những không phải mọi thứ đã được giải quyết. chúng ta chưa có một lý thuyết tốt để hiểu được các quan sát về sự dãn nở của vũ trụ hiện đang gia tốc trở lại, sau một khoảng thời gian dài giảm tốc. Không với một hiểu biết như vậy, chúng ta không thể chắc chắn được tương lai của vũ trụ. Nó sẽ tiếp tục dãn nở mãi mãi? Lạm phát là đặc tính của Tự nhiên? Hay vũ trụ sẽ co sụp trở lại? Các kết quả quan sát mởi và những đột phá về lý thuyết đang đến gần. Vũ trụ học là một chủ đề hứng thú và đầy sôi nổi. Chúng ta đang đạt đến gần câu trả lời về tuổi của vũ trụ. Tại sao chúng ta ở đây? Chúng ta đến từ đâu?

Cảm ơn các bạn vì đã nghe tôi.

Thới Ngọc Tuấn Quốc

thuvienvatly.com

>>Nguồn gốc của vũ trụ - Phần 1

>>Nguồn gốc của vũ trụ - Phần 2

Kỳ sau: Mời các bạn đón đọc bài nói chuyện tiếp theo của S.Hawking Sự sống trong vũ trụ sẽ được phát hành trong thời gian tới tại 360.thuvienvatly.com.