Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian (Phần 25)

1998: một năm quan trọng trong vũ trụ học

Đo sự giãn nở của Vũ trụ là một công việc đòi hỏi thủ thuật. Nó liên quan đến rất nhiều thứ chứ không đơn giản chỉ tính tốc độ mà những thiên hà ở xa đang lùi ra xa chúng ta bằng cách đo sự lệch đỏ trong ánh sáng của chúng. Trước tiên, thật khó biết chính xác chúng đích thực ở xa bao nhiêu. Và vì chúng ở quá xa nên, tính trung bình, chúng có xu hướng là những thiên hà trẻ hơn – nên nhớ rằng ánh sáng từ chúng đến đã phát ra hồi hàng triệu, thậm chí hàng tỉ, năm trước – và các thiên hà trẻ hơn thường có xu hướng có màu xanh hơn và sáng hơn vì các ngôi sao của chúng trẻ tuổi hơn. Mặt khác, chúng rất mờ vì chúng ở quá xa. Ngoài tất cả những cái này ra, các thiên hà còn có mọi hình dạng và kích cỡ và, trong khi đúng là nghiên cứu đủ số lượng chúng thì chúng ta có thể rút ra một giá trị trung bình xác thực, nói chung việc đo sự lệch đỏ của tất cả các thiên hà không phải là cách tốt nhất để suy luận ra tốc độ giãn nở.

Có một phương pháp đáng tin cậy hơn. Hãy nhớ từ Chương 2 rằng sao siêu mới quá sáng nên trong thời gian ngắn chúng sáng hơn toàn bộ phần còn lại của thiên hà của chúng. Đặc biệt, sao siêu mới loại Ia (kết quả của sự phá hủy hoàn toàn của một ngôi sao trong một hệ sao đôi khi nó đã đạt tới khối lượng tới hạn bằng cách nuốt lấy vật chất từ bạn đồng hành của nó) đều tỏa sáng với một độ sáng nhất định. Chúng cũng bùng lên và tắt lịm trong một thời gian nhất định. Điều này có nghĩa là có thể sử dụng chúng làm những vật chuẩn đáng tin cậy để đo khoảng cách. Mới đây, sao siêu mới loại Ia đã được sử dụng để xác định tốc độ Vũ trụ đang giãn nở; nhất định đó là kết quả hấp dẫn nhất trong nghiên cứu thiên văn năm 1998.

Việc phát hiện ra một vụ nổ sao siêu mới của một ngôi sao trong một thiên hà xa xôi là cực kì khó vì chúng hết sức mờ nhạt. Cái còn khó tin hơn về kết quả mới đây là những sao siêu mới rất xa dường như còn mờ hơn so với nơi chúng ở khoảng cách như vậy. Một lí do có thể là vì không gian có độ cong âm (hyperbolic) có tính chất kì lạ là làm những vật ở xa mờ nhạt do cách ánh sáng của chúng bị phân tán trong một vũ trụ như thế. Nhưng có một khả năng khác thú vị hơn. Có lẽ những sao siêu mới này mờ hơn vì chúng ở xa hơn chúng ta nghĩ. Nhưng điều đó có nghĩa là chúng đang lùi ra xa nhanh hơn so với sự lệch đỏ đo được của chúng cho thấy. Nói cách khác, chúng không có độ lệch đỏ đủ cao cho khoảng cách của chúng. Vì ánh sáng từ những sao siêu mới này đi tới chúng ta đã phát ra khi Vũ trụ trẻ hơn nhiều, nên sự lệch đỏ dưới mức trông đợi của chúng hàm ý một tốc độ giãn nở chậm hơn trong quá khứ! Tôi biết bạn có thể cần phải đọc lại đoạn này một lần nữa để theo dõi trật tự lôgic của các lập luận, nhưng nếu các quan sát là đúng thì đoạn gạch chân là sự giãn nở của Vũ trụ KHÔNG chậm đi, mà đang tăng lên!

Cách duy nhất để xảy ra như vậy là có một lực phản hấp dẫn chi phối sự giãn nở, đẩy các thiên hà ra xa nhau và làm không gian nở ra. Trong khi tác dụng của lực hấp dẫn trở nên yếu hơn khi các thiên hà ở xa nhau, thì lực phản hấp dẫn mạnh dần theo khoảng cách, cho nên sẽ làm cho sự giãn nở còn xảy ra nhanh hơn. Sự tồn tại của loại lực kì lạ này chỉ là một cách khác nói rằng hằng số vũ trụ học là khác không. Nhưng nó từ đâu mà có?

Câu trả lời thường gặp là phải có một dạng năng lượng mới lạ gì đó không nhìn thấy có mặt trong toàn cõi không gian. Năng lượng này có tác dụng nghịch lí là vừa chi phối sự giãn nở của không gian vừa góp phần tiến tới tự khép kín Vũ trụ. Nghĩa là, nó sẽ giúp lấp đầy phần còn thiếu của omega để nâng nó lên bằng một, đây là cái nhiều nhà vật lí lí thuyết hoan nghênh. Thật vậy, omega còn có thể lớn hơn một một chút, làm cho Vũ trụ đóng kín, mặc dù nó có thể giãn nở mãi mãi. Điều này làm cho những lập luận đơn giản dựa trên vũ trụ mô hình của Friedmann là không đúng. Chúng ta không còn có thể nói rằng một vũ trụ mở là vũ trụ sẽ giãn nở mãi mãi, trong khi một vũ trụ đóng thì một ngày nào đó phải co lại trong một vụ co lớn. Hình dạng của Vũ trụ và số phận của nó không còn liên quan với nhau nữa.

Còn về nguồn gốc của năng lượng này của không gian trống rỗng thì các nhà vật lí vẫn đang nghiên cứu. Nó có thể là một trong một số biệt ngữ nghe có vẻ kì lạ (mà bạn có thể muốn nhấn mạnh với bạn bè của mình) như “thăng giáng lượng tử”, “sự chuyển pha”, “khiếm khuyết tô pô học” hay, nổi trội hơn tất cả, “nguyên tố thứ năm”.

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian