Cược với Einstein là chuyện nguy hiểm. Nghiên cứu vũ trụ học cho thấy tốc độ Vũ trụ giãn nở đang tăng lên, thay vì giảm đi như trước đây người ta nghĩ. Khái niệm “năng lượng tối” với áp suất âm đã được nêu ra để mô tả sự tăng tốc này. Nay các phép đo tỉ số khối lượng proton trên electron (PEMR) trong hơn bảy tỉ năm qua cho thấy mạnh mẽ rằng các mô hình năng lượng tối càng giả tạo hơn ở việc lí giải sự giãn nở đang tăng tốc so với “sai lầm lớn nhất” mà Einstein từng khẳng định – hằng số vũ trụ học.
Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt và của vũ trụ học hoạt động tốt đến bất ngờ. Một số nhà vật lí sẽ nói là tốt đến đáng ngại, bởi chúng ta thường hướng đến nền vật lí mới bằng cách phá vỡ kiến thức hiện tại của chúng ta. Tuy nhiên, hiện nay dường như có một vài kết quả thực nghiệm thậm chí còn gợi ý rằng có nền vật lí mới để khám phá.
Một hướng nghiên cứu nền vật lí mới là nhìn về quá khứ. Có những đại lượng nhất định, ví dụ như PEMR, được xem là cơ bản. Giá trị của những hằng số cơ bản xác định các định luật vật lí học – thay đổi con số đó thì các định luật vật lí sẽ thay đổi. Mô hình Chuẩn không cho phép các hằng số cơ bản thay đổi, cho nên nếu ta quan sát thấy một sự thay đổi trong quá khứ, thì nó hàm ý rằng có nền vật lí mới đang chờ được nghiên cứu.
Trong chừng sáu năm qua, các kĩ thuật đã được phát triển để đo tỉ số PEMR xa vào trong quá khứ. Hồi tháng trước, một nhóm nhà thiên văn người châu Âu đã tiến hành phép đo chính xác nhất từ trước đến nay của tỉ số này, cho thấy không có sự biến thiên của PEMR lớn hơn một phần mười triệu trong bảy tỉ năm vừa qua.
Ảnh chụp Hubble cho thấy hàng nghìn thiên hà ngược dòng thời gian đến vài trăm triệu năm sau Big Bang.. (Ảnh: NASA)
Một chút lịch sử
Einstein đã công bố lí thuyết tương đối rộng của ông vào năm 1915. Vào năm 1922, Alexander Friedmann đã tìm ra một nghiệm vũ trụ học cho các phương trình Einstein, một nghiệm là cơ sở cho vũ trụ học tương đối tính ngày nay. Tuy nhiên, nghiệm của Friedmann cho phép những vũ trụ giãn ra và co lại. Einstein vốn có thành kiến triết lí ủng hộ Vũ trụ là tĩnh tại ở quy mô lớn, nên ông đã nêu ra hằng số vũ trụ học để cho phép vũ trụ tĩnh tồn tại. Tuy nhiên, vũ trụ tĩnh của ông là không bền, và vào năm 1929 Edwin Hubble phát hiện thấy Vũ trụ của chúng ta đang giãn nở. Sau đó Einstein đã rút lại hằng số vũ trụ học, gọi nó là “sai lầm lớn nhất” của ông.
Các quan sát sao siêu mới trong những thiên hà ở xa đã đưa đến kết luận năm 1988 rằng sự giãn nở của vũ trụ mà Hubble quan sát thấy đầu tiên là đang tăng tốc. Để giải thích kết quả này, các nhà thiên văn vật lí đã viện dẫn năng lượng tối – một dạng năng lượng giả định thấm đẫm toàn bộ không gian. Năng lượng tối phải có áp suất âm để tạo ra sự tăng tốc quan sát thấy trong mô hình vũ trụ chính thống, một khái niệm hơi kì lạ lí giải không gian tự đẩy nó ra xa nhau.
Những hằng số cơ bản biến thiên hay không biến thiên
Đến lượt giáo sư Rodger Thompson thuộc khoa thiên văn học trường Đại học Arizona. Ông đã nghiên cứu hiệu ứng trên và quan sát các biến thiên của hằng số cơ bản trong gần 40 năm qua. Trong khoảng chừng sáu năm vừa qua, một số lượng đáng kể những phép đo chính xác cao đã được thực hiện để tìm sự biến thiên của tỉ số PEMR trong cỡ thời gian vũ trụ học.
Mới đây Thompson đã so sánh các biến thiên quan sát được của những quan sát PEMR này với các tham số mô tả sự áp dụng các mô hình năng lượng tối cho một vũ trụ giống như vũ trụ của chúng ta. Nay, dựa trên một nghiên cứu mới và cực kì chính xác bằng kính thiên văn vô tuyến của các biến thiên PEMR, ông vừa công bố tại cuộc họp của Hội thiên văn học nước Mĩ ở California rằng hầu như mọi lựa chọn tham số có sẵn cho năng lượng tối mang lại sự biến thiên PEMR đáng kể trong cỡ thời gian vũ trụ học. Vì các quan sát cho thấy về cơ bản không có sự biến thiên trong khoảng thời gian bảy tỉ năm, nên chúng bác bỏ hầu như toàn bộ các mô hình năng lượng tối sử dụng những giá trị hay những thông số được đông đảo trông đợi.
Nếu không gian tham số cho các mô hình năng lượng tối chấp nhận được được lập trên đồ thị bằng cỡ với một sân bóng đá, thì các quan sát PEMR cho biết hầu như toàn bộ cỏ trên sân đó là đều hệt nhau. Có một vùng cỡ bằng cái thẻ tín dụng trực tiếp vây xung quanh nghiệm hằng số vũ trụ học trong đó các mô hình năng lượng tối có thể tạo ra sự biến thiên ở PEMR quá nhỏ nên không thể nào phân biệt chúng với một hằng số vũ trụ học có cùng giá trị tại mọi điểm của không-thời gian.
Có vẻ như sai lầm lớn nhất của Einstein, cái chỉ đòi hỏi một tham số để khớp với quan sát, hiện đang dẫn tới cả một đám mô hình có ý định giải thích (hay ít nhất là mô tả) sự giãn nở đang tăng tốc. Thompson hi vọng các nhà vật lí và nhà thiên văn học đang nghiên cứu vũ trụ học sẽ chấp nhận sân chơi mới và Einstein vẫn đang chễm chệ ở ghế cuối sân, chờ đợi người nào đó đuổi kịp.
Nguồn: ĐH Arizona
