Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian (Phần 14)

3
Vũ trụ

Vũ trụ có thể đóng kín, nhưng nó mở ra trở lại sau bữa ăn trưa.

Erica Thurston, sinh viên vật lí trường Surrey

Bầu trời đêm

Nếu, giống như tôi, bạn đang sống ở một thành phố dân cư đông đúc, nơi sự ô nhiễm ánh sáng khiến cho ngay cả vào một đêm trong lành, bạn chỉ có thể nhìn thấy lèo tèo vài vật thể sáng nhất trên bầu trời, thì có khả năng bạn sẽ khó mà công nhận sự tồn tại của nhiều ngôi sao hay hành tinh. Tôi vẫn có thể chỉ ra Hỏa tinh và Kim tinh, những láng giềng gần gũi nhất của chúng ta ngoài mặt trăng ra, nhưng tôi không dám chắc về các chòm sao. Lúc còn nhỏ, tôi quen thuộc với bầu trời đêm hơn bây giờ nhiều lắm.

Tôi sinh ra ở Baghdah và đã trải qua 16 năm thơ ấu ở quê hương Iraq, nhưng rồi tôi đã theo gia đình rời bỏ quê hương tìm đường mưu sinh vào cuối thập niên 1970 khi bầu chính trị đã thay đổi. Trước đó, chúng tôi đến thăm Anh quốc hai hoặc ba năm một lần để trải qua những ngày hè cùng với ông bà. Tuy nhiên, mùa hè ở Iraq có cái thần kì riêng của nó. Những đám mây cuối mùa sẽ tan biến vào cuối tháng tư, mang đến bầu trời xanh lồng lộng cho đến tháng mười, và kì nghỉ hè kéo dài trong ba tháng rưỡi nóng bức (mỗi tuần chúng tôi đến trường sáu ngày). Vào tháng bảy và tháng tám, nhiệt độ đạt cực đại tới hơn 40 độ và sẽ khó giảm xuống dưới mức ba mươi độ nhớp nháp khó chịu vào ban đêm.

Động thái thú vị nhất xác nhận mùa hè Trung Đông đã đến là khi giường ngủ được mang lên mái nhà. Nhà ở luôn có cầu thang dẫn lên mái bằng, nơi mọi người ngủ trong khoảng một phần tư năm để trốn cái nhiệt oi bức và sự ẩm khó chịu. Vì thế, những đêm mùa hè thường gắn liền với kỉ niệm nằm ngửa mặt lên trời tràn ngập hàng nghìn ngôi sao, thử vạch ra các hình dạng bằng cách nối liền các “chấm sáng”. Cuối cùng, chúng sẽ phần nào mờ đi do lũ muỗi quấy phá nên chúng tôi sẽ sập màn xuống. Không bao giờ phải lo chuyện trời mưa. Trời không bao giờ đổ mưa vào mùa hè.

Nay sống ở miền nam nước Anh, tôi hầu như đã lãng quên bầu trời đêm có thể tươi đẹp như thế nào, và thỉnh thoảng tôi nhớ đến cảm giác rùng mình khi ngắm nhìn những ngôi sao băng.

Vâng, tôi đã quen nhận dạng một vài ngôi sao. Nằm trên mái nhà mình lúc còn nhỏ, tôi đã học được rằng một số “ngôi sao” sáng nhất không phải là sao gì cả mà là hành tinh, chúng chỉ tỏa sáng vì, giống như Mặt trăng, chúng phản xạ ánh sáng Mặt trời khi nó ở phía bên kia của Trái đất. Những ngôi sao đích thực ở xa hơn các hành tinh hàng triệu lần, và vì thế phải tỏa sáng gấp nhiều lần thì chúng ta mới nhìn thấy chúng. Tôi cũng ngờ ngợ nhớ đến cái cảm giác vừa có chút thất vọng vừa hồ hởi khi tôi biết rằng một ngôi sao rơi không gì hơn là một hòn đá nhỏ xíu bốc cháy khi nó đi vào khí quyển của Trái đất, và thật ra nó được gọi là thiên thạch.

Chương này là một sự hòa quyện của hai lĩnh vực khoa học liên quan nhau: thiên văn học và vũ trụ học. Đa số mọi người đã biết thiên văn học là gì, nhưng không phải ai cũng rõ vũ trụ học là gì. Là một ngành học, hẳn bạn đồng ý rằng vũ trụ học nghe có vẻ ấn tượng và ghê gớm lắm. Nó là sự nghiên cứu toàn bộ Vũ trụ: kích cỡ và hình dạng của nó, sự ra đời và phát triển của nó, thậm chí cả số phận khả dĩ của nó nữa. Nó cũng được xem là lĩnh vực vật lí quyến rũ lòng người nhất. Nó xử lí, và còn tuyên bố câu trả lời, những câu hỏi mà nhiều người cảm thấy nằm ngoài địa hạt khoa học.

Đa số cái chúng ta biết ngày nay về Vũ trụ đã tích lũy qua những thí nghiệm và quan sát thiên văn hết sức tỉ mỉ, chúng liên tục được tinh chỉnh khi những chiếc kính thiên văn mạnh hơn được chế tạo ra và những kĩ thuật mới được phát triển. Nhưng trong khi vũ trụ học, nói đại khái, là một lĩnh vực con của thiên văn học, thì kiến thức mà chúng ta có được về Vũ trụ còn phát sinh từ những lĩnh vực khoa học khác, ví dụ như vật lí hạt nhân và vật lí hạt cơ bản, và thiên văn vật lí học lí thuyết. Vũ trụ học lí thuyết là sáng tạo ra những mô hình toán học lí tưởng hóa của Vũ trụ bằng cách giải các phương trình của thuyết tương đối tổng quát Einstein. Những mô hình này có thể được thiết lập sao cho có thể mô tả những tính chất của toàn thể Vũ trụ, chứ không riêng một phần nhỏ của không gian và thời gian trong vùng phụ cận của một vật thể khối lượng lớn, ví dụ một ngôi sao.

Như trong những phần khác của quyển sách này, tôi sẽ trình bày các quan niệm về Vũ trụ của chúng ta, ít nhất là tại thời điểm viết sách, thể hiện kiến thức tốt nhất hiện nay của chúng ta và những lí thuyết được ưa chuộng. Một vài năm nữa, một số kiến thức này có thể sẽ làm sai lầm. Mặt khác, có những tính chất nhất định của Vũ trụ chúng ta hiện nay khá chắc chắn và tôi đảm bảo sẽ trụ vững qua sự trải nghiệm của thời gian. Tại cuối chương này, tôi sẽ tóm tắt những đặc trưng nào của Vũ trụ, theo quan điểm của tôi, là đúng và những đặc trưng nào vẫn còn đang gây tranh cãi.

Để bạn thấy các quan niệm và lí thuyết vũ trụ học đã và đang thay đổi và tiến bộ nhanh như thế nào do những phép đo thiên văn ngày một chính xác hơn, tôi đã phải viết lại từng phần mục của chương này trong giai đoạn đọc dò bản thảo. Thật vậy, chúng ta sẽ thấy rằng 1998 là một năm quan trọng trong nghiên cứu vũ trụ học.

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian