1. Bức xạ nền vi sóng vũ trụ
Nó là cái gì?
Ánh le lói của vụ nổ lớn.
Nó ở đâu?
Mọi nơi.
BÍ ẨN: VŨ TRỤ ĐÃ RA ĐỜI NHƯ THẾ NÀO?
Khi bức màn vũ trụ được vén lên, trong chốc lát đèn sân khấu vẫn chưa được bật. Trong khoảng 380 000 năm đầu tiên, một khoảnh khắc ngắn ngủi trong thang thời gian vũ trụ, các hạt tích điện lao đi vèo vèo trong vũ trụ sơ khai như thể nó là một màn sương mờ đục, và không có ánh sáng lờ mờ nào thoát ra. Rồi vạn vật đủ nguội cho các nguyên tử hình thành, sự tán xạ chấm dứt – và ánh sáng được giải phóng.
Đáng chú ý là chúng ta vẫn có thể nhìn thấy ánh sáng đó. Chúng ta biết từ các quan trắc chuyển động thiên hà rằng không gian đã và đang giãn nở kể từ buổi bình minh vũ trụ, và ánh sáng này đã giãn nở và lạnh đi cùng không gian. Ngày nay, nó tràn ngập toàn bộ không gian, một bể vi sóng thấp tần với nhiệt độ 2,7 kelvin.
Kể từ khi khám phá ra nó vào năm 1964, chúng ta đã lập những bản đồ hết sức chính xác về bức xạ nền vi sóng vũ trụ này của toàn bộ bầu trời. Bản đồ tốt nhất, kết quả của bốn năm săm soi bầu trời của vệ tinh Planck, hoàn tất vào năm 2014, khiến người ta phải vò đầu bứt tai. Ánh le lói của vụ nổ lớn khiến người ta ngờ vực không biết vụ nổ ấy rốt cuộc có lớn không.
Vấn đề ấy phải nói cùng với lạm phát, một lí thuyết được nghĩ ra bởi nhà vũ trụ học Alan Guth và những người khác hồi thập niên 1980 để giải thích vì sao vật chất trong vũ trụ dường như được phân bố đồng đều theo mọi hướng. Trong một vụ nổ lớn thuần tuý, các thăng giáng lượng tử sẽ gây ra các chênh lệch mật độ vật chất lớn dần lên khi vũ trụ giãn nở. Guth giải thích cho tính đồng đều vũ trụ bằng cách đề xuất sự tồn tại của một trường “inflaton” choán đầy không-thời gian lúc vụ nổ lớn, buộc vũ trụ tách nhau ra nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Điều này có nghĩa là mọi thứ chúng ta nhìn thấy có nguồn gốc từ một vùng bé tí, đồng đều của không gian ban đầu.
Lạm phát lập tức trở thành lí thuyết cứu rỗi. Nhưng trường lạm phát càng có nhiều năng lượng thì không-thời gian càng bị chấn động bởi những con sóng hấp dẫn li ti lúc khởi đầu thời gian. Nhưng cho đến nay chúng ta chẳng thấy vết tích nào của các hiệu ứng sóng hấp dẫn trong bản đồ Planck.
Không phải không thể giải quyết vấn đề này bằng sự lạm phát, nhưng mà khó làm, theo lời Anna Ijjas, một nhà vũ trụ học tại Đại học Columbia ở New York. “Cái chúng tôi học được từ bản đồ Planck là những mô hình đơn giản nhất đã bị loại,” bà nói.
Điều đó khiến lí thuyết lạm phát cũng “out” ra ngoài. “Chúng ta có thể thử sửa nó, hoặc chúng ta có thể tìm cái gì đó tốt hơn,” Ijjas nói. Bản đồ Planck đang thúc giục bà và những người khác, bao gồm một trong những kiến trúc sư chính của lí thuyết lạm phát, Paul Steinhardt tại Đại học Princeton, hướng tới một quan điểm khác về sự khởi đầu. Theo họ, nó không phải một vụ nổ mà là một cú bật ngược.
Các mô hình mô tả vũ trụ “tuần hoàn” giãn ra, co lại và giãn ra trở lại đã tồn tại được một thời gian, và bằng chứng gián tiếp tích góp trong thời gian gần đây ủng hộ cho chúng. Sức hấp dẫn của chúng là mặc dù chúng nén vũ trụ xuống rất nhỏ, nhưng nó sẽ không bao giờ ở những kích cỡ bé xíu tại đó hiện hữu các hiệu ứng lượng tử ít được hiểu rõ nhất. Sự đồng đều phát sinh từ sự co nén đó.
Câu trả lời đúng vẫn còn nằm trong dự đoán của bất kì ai, nhưng Ijjas cho biết bà kì vọng có thể đưa ra các dự đoán dựa trên các mô hình bật trở lại trong vòng một hai năm tới, và so sánh chúng với các quan trắc bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Sự ra đời của vũ trụ có thể xảy ra trong tăm tối, nhưng chúng ta có thể sẽ sớm nhìn thấy nó trong ánh sáng mới.
Bằng chứng đang tích góp ủng hộ cho ý tưởng rằng vụ nổ lớn có lẽ không phải là bắt đầu của tất cả.
Nguồn: New Scientist
![[Sách] Lịch sử Quang học](/bai-viet/images/stories/quang2/layardlens.jpg)
