Có thể có một phản vũ trụ phía bên kia Big Bang

Vũ trụ của chúng ta có thể là ảnh qua gương của một vũ trụ phản vật chất lan tỏa ngược chiều thời gian trước Big Bang. Đó là khẳng định của các nhà vật lí Canada, họ vừa nghĩ ra một mô hình vũ trụ học mới thừa nhận sự tồn tại của một “phản vũ trụ” mà khi ghép cặp với vũ trụ của chúng ta sẽ bảo toàn được một quy tắc cơ bản của vật lí gọi là đối xứng CPT. Các nhà nghiên cứu vẫn phải tính toán nhiều chi tiết về lí thuyết của họ, song theo họ nó giải thích được một cách tự nhiên sự tồn tại của vật chất tối.

Các mô hình vũ trụ học chuẩn cho chúng ta biết rằng vũ trụ – không gian, thời gian và khối lượng/năng lượng – đã đi vào tồn tại trong một vụ nổ cách nay khoảng 14 tỉ năm và kể từ đó đã giãn nở và nguội đi, đưa đến sự hình thành dần dần của các hạt hạ nguyên tử, các nguyên tử, các sao và hành tinh.

Tuy nhiên, Neil Turok thuộc Viện Vật lí Lí thuyết Perimeter ở Ontario cho rằng các mô hình này dựa trên các tham số đặc biệt thành ra chúng ngày càng giống với mô tả của Ptolemy về hệ mặt trời. Một tham số như thế, theo ông, là khoảng thời gian ngắn giãn nở nhanh gọi là giai đoạn lạm phát có thể là nguyên nhân cho sự đồng đều vĩ mô của vũ trụ. “Có khuôn khổ này trong đầu thì bạn có thể giải thích một hiện tượng mới bằng cách phát minh ra một hạt mới hay một trường mới,” ông nói. “Theo tôi như thế có thể là sai lầm.”

Thay vậy, Turok và Latham Boyle, một cộng sự của ông tại Viện Perimeter, đã phát triển một mô hình về vũ trụ có thể giải thích mọi hiện tượng quan sát thấy chỉ dựa trên các hạt và các trường đã biết. Họ tự đặt cho mình câu hỏi liệu có một cách tự nhiên nào mở rộng vũ trụ vượt quá Big Bang – một kì dị tại đó thuyết tương đối rộng sụp đổ – và rồi hiện ra ở phía bên kia. “Chúng tôi tìm thấy là có,” ông nói.

Câu trả lời là hãy giả sử vũ trụ như một tổng thể tuân theo đối xứng CPT. Nguyên lí cơ bản này đòi hỏi mọi quá trình vật lí phải không đổi nếu thời gian đảo chiều, không gian đảo chiều và các hạt được thay bằng phản hạt. Turok cho biết điều này không đúng với vũ trụ mà chúng ta thấy xung quanh mình, trong đó thời gian trôi về phía trước khi không gian giãn nở, và có nhiều vật chất hơn phản vật chất.

Thay vậy, theo Turok, thực thể tuân thủ đối xứng ấy là một cặp vũ trụ-phản vũ trụ. Phản vũ trụ sẽ mở rộng ngược thời gian về trước Big Bang, càng lùi ngược nó càng to thêm, và sẽ bị thống trị bởi phản vật chất đồng thời có các tính chất không gian ngược lại với không gian trong vũ trụ của chúng ta – một tình huống tương tự với sự sinh cặp electron-positron trong chân không, theo Turok.

Turok còn hợp tác với Kỉean Finn tại Đại học Manchester ở Anh. Ông thừa biết rằng mô hình của đội ông vẫn cần rất nhiều công sức và có khả năng chịu nhiều lời gièm pha. Thật vậy, ông cho biết ông cùng đội của mình đã “có một cuộc tranh luận kéo dài” với những người thẩm định bài báo cho tờ Physical Review Letters – nơi bài báo cuối cùng cũng được đăng – về các thăng giáng nhiệt độ trong phông nền vi sóng vũ trụ. “Họ nói các anh phải giải thích các thăng giáng đó và chúng tôi nói đó là công việc đang làm. Cuối cùng thì họ cũng chịu,” ông nói.

Trong một vũ trụ đối xứng CPT, thời gian sẽ chạy lùi ra trước Big Bang và phản vật chất sẽ thống trị.

Theo nghĩa rộng, Turok nói, các thăng giáng ấy là do bản chất cơ lượng tử của không-thời gian ở gần kì dị Big Bang. Trong khi tương lai xa xôi của vũ trụ của chúng ta và quá khứ xa xăm của phản vũ trụ sẽ đem lại các điểm cố định (cổ điển), thì lưng chừng ở giữa sẽ tồn tại mọi hoán vị gốc lượng tử khả dĩ. Ông và các cộng sự đã tính đến trường hợp mỗi cấu hình khả dĩ của cặp CPT, và từ đó tính ra khả năng tồn tại cao nhất. “Hóa ra thì vũ trụ có khả năng nhất là một vũ trụ trông rất giống với vũ trụ của chúng ta,” ông nói.

Turok cho biết thêm rằng do sự bất định lượng tử nên vũ trụ và phản vũ trụ không chính xác là ảnh qua gương của nhau – nó né tránh được các vấn đề gai góc như tự do ý chí.

Ngoài các vấn đề ấy, Turok cho biết mô hình mới còn đem lại một ứng cử viên tự nhiên cho vật chất tối. Ứng cử viên này là một hạt rất nặng, cực kì khó tóm bắt, gọi là neutrino “vô sinh”, hạt đã được giả định để giải thích cho khối lượng hữu hạn (rất nhỏ) của các neutrino nghịch thường gặp hơn. Theo Turok, ta có thể sử dụng đối xứng CPT để tính ra hàm lượng neutrino thuận trong vũ trụ của chúng ta từ những nguyên lí đầu tiên. Khi tính đến mật độ quan sát thấy của vật chất tối, ông cho biết đại lượng ấy mang lại một khối lượng cho neutrino thuận là khoảng 5 ´ 10⁸ GeV – chừng gấp 500 triệu lần khối lượng proton.

Turok mô tả khối lượng đó là giống “ứa gan” với khối lượng suy luận ra từ một cặp tín hiệu vô tuyến dị thường mà Anten Xung Ngắn Nam Cực (ANITA) phát hiện. Thí nghiệm khí cầu bay cao trên Nam Cực này quan sát các tia vũ trụ tuôn xuống bầu khí quyển. Tuy nhiên, có hai lần ANITA hình như đã phát hiện ra các hạt đang tuôn lên với khối lượng từ 2 đến 10 ´ 10⁸ GeV. Biết rằng các neutrino bình thường hầu như chắc chắn sẽ tương tác trước khi đi xa như thế, Thomas Weiler tại Đại học Vanderbilt và các cộng sự mới đây đề xuất rằng ấy là do các thủ phạm đang phân hủy thành neutrino thuận.

Tuy nhiên, Turok đã chỉ ra con ruồi trong lọ thuốc mỡ – đó là mô hình đối xứng CPT đòi hỏi các neutrino này hoàn toàn bền. Song ông vẫn lạc quan có cảnh giác. “Có thể làm cho những hạt này phân hủy trong tuổi của vũ trụ nhưng cần có một chút điều chỉnh đối với mô hình của chúng tôi,” ông nói. “Vì thế mà chúng tôi vẫn tằng tịu song chắc chắn tôi sẽ không nói rằng chúng tôi đã bị thuyết phục vào lúc này.”

Nguồn: physicsworld.com

Bài trước | Bài kế tiếp