14. RỜI KHỎI VŨ TRỤ
Trái đất đang chết dần.
Trong bộ phim Interstellar, một thảm họa khiến khí hậu trở nên đáng sợ đã tấn công hành tinh, làm cho việc gieo trồng thất bại và nông nghiệp sụp đổ. Mọi người đang đói. Nền văn minh đang dần sụp đổ vì nó phải đối mặt với nạn đói tàn phá.
Matthew McConaughey đóng vai một cựu phi hành gia Nasa, người được giao nhiệm vụ nguy hiểm. Trước đó, một lỗ sâu bí ẩn mở ra gần sao Thổ. Nó là một cửa ngõ sẽ vận chuyển bất cứ ai đi vào nó đến một phần xa xôi của thiên hà, nơi có thể có những thế giới sinh sống mới. Tuyệt vọng để cứu nhân loại, anh tình nguyện bước vào hố sâu và tìm kiếm một ngôi nhà mới cho nhân loại giữa các vì sao.
Trong khi đó, trở lại Trái Đất, các nhà khoa học đang cố gắng tìm kiếm bí mật của lỗ sâu. Ai đã làm nó? Và tại sao nó lại xuất hiện khi gần như nhân loại sắp diệt vong?
Dần dần, sự thật ló ra với các nhà khoa học. Công nghệ tạo ra lỗ sâu này cao cấp hơn hàng triệu năm so với chúng ta. Những thực thể hay loại sự sống nào làm ra nó thực sự là hậu duệ của chúng ta. Những người sáng tạo quá tiên tiến đến mức họ sống trong không gian cao hơn, bên ngoài vũ trụ quen thuộc của chúng ta. Họ đã xây dựng một cửa ngõ vào quá khứ, để gửi công nghệ tiên tiến để cứu tổ tiên của họ (chúng ta). Bằng cách cứu nhân loại, họ sẽ thực sự tự cứu mình. Theo Kip Thorne, người ngoài việc là một nhà vật lý còn là một trong những nhà sản xuất phim, nguồn cảm hứng cho vật lý đằng sau bộ phim xuất phát từ lý thuyết dây.
Nếu chúng ta tồn tại, một ngày nào đó chúng ta sẽ đối mặt với một cuộc khủng hoảng tương tự, ngoại trừ cho lần này, lần vũ trụ đang chết.
Một ngày trong tương lai xa, vũ trụ sẽ trở nên lạnh lẽo và tối tăm; các ngôi sao sẽ ngừng tỏa sáng khi vũ trụ rơi vào một Vụ Đóng Băng Lớn – a Big Freeze. Tất cả cuộc sống sẽ chấm dứt tồn tại khi chính vũ trụ tự chết đi, cuối cùng đạt tới gần bằng nhiệt độ không tuyệt đối.
Nhưng câu hỏi là, Có lỗ hổng nào không? Chúng ta có thể tránh được cái chết cấp vũ trụ này không? Chúng ta có thể, giống như Matthew McConaughey, tìm sự cứu rỗi trong siêu không gian – hyperspace?
Để hiểu được vũ trụ có thể chết như thế nào, điều quan trọng là phân tích những dự đoán về tương lai xa lạ mà chúng ta đưa ra bởi lý thuyết hấp dẫn của Einstein và sau đó phân tích những tiết lộ mới đáng ngạc nhiên đã được thực hiện trong thập kỷ vừa qua.
Theo những phương trình này, có ba khả năng cho số phận cuối cùng của vũ trụ.
VỤ SỤP LỚN, VỤ ĐÓNG BĂNG LỚN, HAY VỤ XÉ LỚN
Đầu tiên là Vụ Sụp Lớn – Big Crunch, khi sự giãn nở của vũ trụ chậm lại, dừng lại và đảo ngược chính nó. Trong kịch bản này, các thiên hà ở các vùng trời cuối cùng sẽ dừng lại và bắt đầu thu nhỏ lại. Nhiệt độ sẽ tăng lên đáng kể khi các ngôi sao ở xa đến gần hơn và gần hơn. Cuối cùng, tất cả các ngôi sao đều hợp nhất lại trong một khối siêu nặng và nóng ở nguyên thủy. Trong một số tình huống, thậm chí có thể có một Cú Bật Bung lên gọi là Big Bounce và Big Bang có thể bắt đầu lại từ đầu.
Thứ hai là Vụ Đóng Băng Lớn – Big Freeze, khi sự phát triển của vũ trụ tiếp tục không suy giảm. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học nói rằng tổng entropy (disorder, chaos hay waste) luôn luôn tăng lên, vì vậy cuối cùng, vũ trụ sẽ nở ra trong lãnh lẽo, khi ấy vật chất và nhiệt trở nên khuếch tán hơn. Các ngôi sao sẽ ngừng tỏa sáng, bầu trời đêm sẽ trở nên hoàn toàn đen, và nhiệt độ sẽ giảm xuống gần bằng không tuyệt đối, khi ấy thậm chí ngay cả khi các phân tử ngừng gần như tất cả chuyển động của chúng.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã cố gắng xác định kịch bản nào xác định số phận vũ trụ của chúng ta. Điều này được thực hiện bằng cách tính toán mật độ trung bình của nó. Nếu vũ trụ đủ dày đặc, thì có đủ vật chất và lực hấp dẫn để thu hút các thiên hà xa xôi và đảo ngược sự giãn nở, để cho Big Crunch trở thành một khả năng thực tế. Nếu vũ trụ thiếu sự sung túc của khối lượng, thì không có đủ lực hấp dẫn để đảo ngược sự giãn nở và vũ trụ đi vào một Freeze lớn. Mật độ tới hạn tách hai kịch bản này là khoảng sáu nguyên tử hydro trên một mét khối.
Nhưng trong năm 2011, giải Nobel vật lý đã được trao cho Saul Perlmutter, Adam Riess, và Brian Schmidt cho một khám phá mà lật đổ nhiều thập kỷ niềm tin ấp ủ. Họ phát hiện ra rằng vũ trụ, thay vì chậm lại trong sự mở rộng của nó, đã thực sự tăng tốc. Vũ trụ là 13,8 tỷ năm tuổi, nhưng khoảng 5 tỷ năm trước, nó bắt đầu tăng tốc theo cấp số nhân. Ngày nay, vũ trụ đang mở rộng trong một thời trang chạy trốn. Tờ Scientific American tuyên bố, "Cộng đồng vật lý thiên văn đã choáng váng khi biết rằng vũ trụ đang tự tách rời nó ra." Các nhà thiên văn học đã đi đến kết luận đáng kinh ngạc này bằng cách phân tích các vụ nổ siêu tân tinh ở các thiên hà xa xôi để xác định tốc độ vũ trụ mở rộng hàng tỉ năm trước. (Một loại vụ nổ siêu tân tinh được gọi là Loại Ia, có độ sáng cố định, vì vậy chúng ta có thể đo chính xác khoảng cách của nó bằng cách sử dụng độ sáng của nó. Nếu người ta có một cái đèn pha của độ sáng đã biết, thật dễ dàng để biết nó ở cách xa bao xa, nhưng nếu bạn không biết độ sáng của nó thì khó có thể nói được khoảng cách của nó. Đèn pha của độ sáng đã biết gọi là "nến chuẩn”.) Khi phân tích những siêu tân tinh này, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng chúng đã vẫn rời xa chúng ta, đúng như dự đoán trông đợi. Nhưng với cú sốc của họ, rằng họ đã phát hiện ra rằng siêu tân tinh gần hơn dường như đang di chuyển nhanh hơn đáng kể so với tốc độ mà chúng lẽ ra, cho thấy tốc độ mở rộng đang tăng lên.
Vì vậy, ngoài Big Freeze và Big Crunch, một lựa chọn thứ ba bắt đầu xuất hiện từ dữ liệu, Big Rip. Nó là một khung thời gian tăng tốc rất lớn cho vòng đời của vũ trụ.
Trong Big Rip, các thiên hà xa xôi cuối cùng di chuyển khỏi chúng ta nhanh tới nỗi chúng vượt quá tốc độ ánh sáng biến mất khỏi tầm nhìn. (Điều này không vi phạm thuyết tương hẹp – special relativity, bởi vì nó là không gian, thứ mở rộng nhanh hơn ánh sáng. Đối tượng vật chất không thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng, nhưng không gian trống có thể kéo dài và mở rộng ở bất kỳ tốc độ nào. Điều này có nghĩa là bầu trời đêm sẽ trở thành ra đen, bởi vì ánh sáng từ các thiên hà xa xôi đang chuyển động nhanh đến nỗi nó không thể chạm tới chúng ta.
Cuối cùng, sự mở rộng theo cấp số nhân này trở nên to lớn đến mức không chỉ thiên hà bị xé toạc, và tận đến các nguyên tử tạo nên cơ thể chúng ta cũng bị xé toạc. Vật chất như chúng ta biết, nó không thể tồn tại trong giai đoạn cuối của Big Rip.
Tạp chí Scientific American viết, "Thiên hà sẽ bị phá hủy, hệ mặt trời sẽ tháo rời ra và cuối cùng tất cả các hành tinh sẽ nổ toác ra khi sự mở rộng nhanh chóng của không gian xé rời ra từng nguyên tử của nó. Cuối cùng, vũ trụ của chúng ta sẽ kết thúc trong một vụ nổ, một điểm kì zị của năng lượng vô hạn chính xác như nghĩa đen của nó."
Bertrand Russell, nhà triết học và nhà toán học vĩ đại người Anh, từng viết: Tất cả sự tận tụy, tất cả nguồn cảm hứng, tất cả ngày và đêm cộng gộp thiên tài nhất nơi con người, đều chịu số phận tuyệt diệt bởi cái chết to lớn của hệ mặt trời, và rồi toàn bộ ngôi đền thành tích của con người chắc chắn phải chịu vùi chôn dưới đống gạch của một vũ trụ đầy những đổ nát ... Chỉ trong khan đài của những sự thật này, chỉ trên nền tảng vững chắc của sự tuyệt vọng không khoan nhượng, mới có thể xây dựng cách an toàn chốn cư trú của linh hồn.
Russell đã viết về "một vũ trụ trong đống đổ nát" và "tuyệt vọng không khoan nhượng" để hồi đáp lại những dự đoán của các nhà vật lý về sự chết sau cùng của Trái Đất. Nhưng ông đã không thấy trước sự xuất hiện của chương trình không gian. Ông đã không thấy trước rằng những tiến bộ trong công nghệ có thể cho phép chúng ta thoát khỏi cái chết của hành tinh chúng ta.
Nhưng mặc dù một ngày nào đó chúng ta có thể tránh được cái chết của mặt trời với các phi thuyền không gian của chúng ta, làm sao chúng ta tránh được cái chết của vũ trụ?
LỬA HAY BĂNG?
Người xưa, theo một nghĩa nào đó, đã lường trước được nhiều kịch bản hung bạo này. Mỗi tôn giáo, dường như, có một số chuyện thần thoại để giải thích sự ra đời và cái chết của vũ trụ.
Trong thần thoại Bắc Âu, tác phẩm Buổi Chạng vạng của các vị thần (the Twilight of the gods) được gọi là Ragnarok, ngày sau hết, khi thế giới bị che phủ trong tuyết và băng giá bất tận và các tầng trời ra đông cứng. Thế giới chứng kiến trận chiến cuối cùng giữa những người khổng lồ băng giá và các vị thần Bắc Âu của Asgard. Trong thần thoại Kitô giáo, chúng ta có Armageddon, khi các thế lực của cuộc đụng độ giữa thiện và ác cho lần cuối cùng. Bốn kỵ binh của Khải huyền xuất hiện, đã báo trước Ngày Phán Xét. Trong thần thoại Hindu, không có ngày kết thúc cuối cùng nào cả. Thay vào đó, có một chuỗi những chu kỳ hay vòng lặp bất tận, mỗi chu kỳ kéo dài khoảng 8 tỷ năm.
Nhưng thế rồi, sau hàng nghìn năm con người suy tưởng chìm đắm và tự hỏi, thì khoa học đang bắt đầu cho việc hiểu cách thức mà thế giới của chúng ta sẽ tiến triển như thế nào và cuối cùng có thể chết ra sao.
Đối với Trái đất, tương lai của nó nằm trong lửa. Trong năm hoặc hơn tỷ năm chúng ta sẽ có ngày tươi đẹp cuối cùng trên hành tinh quê hương của chúng ta, sau đó mặt trời sẽ thoát cạn kiệt nhiên liệu hydro của nó và mở rộng thành một ngôi sao khổng lồ màu đỏ. Cuối cùng mặt trời sẽ khiến bầu trời rực lửa. Các đại dương sẽ sôi bốc hơi lên và những ngọn núi sẽ tan chảy. Trái đất sẽ bị nhấn chìm bởi mặt trời, và sẽ quay quanh như một miếng bọt cháy dở dang trong khí quyển bốc lửa của chính nó. Có một tài liệu tham khảo từ Kinh Thánh nói rằng, từ những đống tro tàn sẽ trở về với tro tàn, cát bụi sẽ trở về với cát bụi. Các nhà vật lý nói rằng, chúng ta đã đến từ bụi của những ngôi sao, và sẽ trở về với chính mình như thế - stardust .
Mặt trời sẽ chịu một số phận khác. Sau giai đoạn khổng lồ màu đỏ, nó cuối cùng sẽ cạn kiệt tất cả nhiên liệu hạt nhân của nó, co lại và trở nên lạnh. Nó sẽ trở thành một ngôi sao lùn trắng nhỏ, khoảng kích thước của Trái Đất, và cuối cùng chết như một ngôi sao lùn tối tăm, một mảnh thải hạt nhân trôi dạt trong thiên hà.
Không giống như mặt trời của chúng ta, thiên hà Milky Way sẽ chết trong lửa. Khoảng bốn tỷ năm kể từ bây giờ, nó sẽ va chạm với Andromeda, thiên hà xoắn ốc gần nhất. Andromeda có kích thước gấp đôi Milky Way, vì vậy đó sẽ là một sự tiếp quản thù địch. Mô phỏng máy tính của vụ va chạm cho thấy rằng hai thiên hà sẽ tiến vào một cái chết khi chúng quay quanh nhau. Andromeda sẽ xé ra nhiều cánh tay của Milky Way, cắt đứt nó. Các lỗ đen ở trung tâm của cả hai thiên hà sẽ quay quanh nhau và cuối cùng va chạm, sáp nhập vào một hố đen lớn hơn, và một thiên hà mới sẽ xuất hiện từ va chạm, một thiên hà hình elip khổng lồ.
Trong mỗi kịch bản nơi các viễn cảnh ấy, điều quan trọng là nhận ra rằng tái sinh cũng là một phần của chu kỳ vũ trụ này. Hành tinh, ngôi sao và thiên hà được tái tạo lại. Mặt trời của chúng ta, ví dụ, có lẽ là một ngôi sao thế hệ thứ ba. Mỗi khi một ngôi sao phát nổ, bụi và khí nó phun vào không gian đã gieo hạt cho thế hệ sao tiếp theo.
Khoa học cũng cho chúng ta một sự hiểu biết về cuộc sống của toàn bộ vũ trụ. Cho đến gần đây, các nhà thiên văn học nghĩ rằng họ hiểu được lịch sử của nó và số mệnh cuối cùng hàng tỷ tỷ năn trong tương lai. Họ đã suy đoán rằng nó đang phát triển một cách chậm rãi trong năm thời đại:
1. Trong thời đại đầu tiên, tỷ năm đầu tiên sau BigBang, vũ trụ tràn ngập những đám mây mờ đục của các phân tử ion, quá nóng đối với các electron và proton để tụ lại trong hình trạng các nguyên tử.
2. Trong thời đại thứ hai, một tỷ năm sau BigBang, vũ trụ nguội xuống đủ để các nguyên tử, ngôi sao và thiên hà có thể trồi ra từ hỗn loạn. Trống Rỗng đột nhiên trở nên tinh thể rõ ràng, và lần đầu tiên các ngôi sao sáng lên vũ trụ. Chúng ta đang sống trong thời đại này.
3. Trong thời đại thứ ba, khoảng hàng trăm tỷ năm sau vụ nổ Big Bang, các ngôi sao sẽ cạn kiệt hầu hết nhiên liệu hạt nhân của họ. Vũ trụ sẽ bao gồm chủ yếu các ngôi sao lùn đỏ nhỏ, đốt cháy chậm đến nỗi chúng có thể tỏa sáng hàng nghìn tỷ năm.
4. Trong thời đại thứ tư, hàng nghìn tỷ năm sau Big Bang, tất cả các ngôi sao cuối cùng sẽ cháy và vũ trụ sẽ hoàn thành màu đen. Chỉ còn lại có các sao neutron chết và các lỗ đen.
5. Trong thời đại thứ năm, ngay cả những hố đen bắt đầu bay hơi và tan rã, do đó vũ trụ trở thành một biển chất thải hạt nhân và các hạt hạ nguyên tử.
Với việc khám phá ra sự tăng tốc nơi vũ trụ, toàn bộ kịch bản này có thể được nén lại thành hàng tỉ năm. The Big Rip làm rối loạn hay tan chảy mọi kế hoạch từ hiểu biết ban đầu.
NĂNG LƯỢNG TỐI – DARK ENERGY
Điều gì đang gây ra sự thay đổi đột ngột này trong sự hiểu biết của chúng ta về số phận cuối cùng của vũ trụ?
Theo lý thuyết tương đối của Einstein, có hai nguồn năng lượng thúc đẩy sự tiến hóa của vũ trụ. Đầu tiên là độ cong của không-thời gian, tạo ra các trường hấp dẫn xung quanh các ngôi sao và các thiên hà. Độ cong này là những gì giữ chân chúng ta trên mặt đất. Đây là nguồn năng lượng được nghiên cứu nhiều nhất bởi các nhà vật lý thiên văn.
Nhưng cũng có một nguồn năng lượng thứ hai, thường bị bỏ qua. Đó là năng lượng của hư vô – emptyness, năng lượng của chân không – vacuum, được gọi là Năng Lượng Tối (không được lẫn lộn với vật chất tối – dark matter.) Sự trống rỗng của không gian chứa năng lượng.
Các tính toán gần đây nhất cho thấy năng lượng tối này hoạt động như [phản hấp dẫn – antigravity] và nó đang đẩy vũ trụ ra xa hơn. Vũ trụ càng mở rộng xa hơn, năng lượng tối càng nhiều hơn, làm cho nó thậm chí giãn nở nhanh hơn.
Hiện tại, dữ liệu tốt nhất chỉ ra rằng khoảng 69% tổng thể [vật chất/năng lượng] (vì vật chất và năng lượng có thể hoán đổi cho nhau) trong vũ trụ này được chứa đựng bởi năng lượng tối. (Ngược lại, vật chất tối chiếm khoảng 26%, các nguyên tử hydro và heli chiếm khoảng 5%, và các nguyên tố cao hơn, hay những vật chất tạo nên Trái đất và cơ thể của chúng ta, chỉ chiếm 0,5%.) Vì vậy, năng lượng tối, đang đẩy các thiên hà ra xa khỏi chúng ta, rõ ràng là lực chủ yếu trong vũ trụ này, lớn hơn nhiều so với năng lượng chứa đựng trong độ cong của không-thời gian.
Do đó, một trong những vấn đề trọng tâm trong tất cả vũ trụ học là hiểu được nguồn gốc của năng lượng tối. Nó đến từ đâu? Nó cuối cùng sẽ phá hủy vũ trụ?
Thông thường, khi chúng ta đơn giản kết hợp thuyết tương đối và lý thuyết lượng tử trong một cuộc hôn nhân hay hợp nhất cưỡng bức đầy thô thiển, chúng ta có thể dự đoán năng lượng tối, nhưng kết quả của dự đoán có khoảng cách xa với hệ là từ 10 ^ 120, điều này là sự không phù hợp hay sai số lớn nhất trong lịch sử của khoa học . Chẳng ở đâu chúng ta tìm thấy sự sai biệt lớn như điều này. Nó chỉ ra rằng một cái gì đó là sai lầm khủng khiếp với sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Vì vậy, lý thuyết trường thống nhất, thay vì là một sự tò mò khoa học, trở nên sự cần thiết quan trọng để hiểu mọi thứ hoạt động như thế nào. Giải pháp cho câu hỏi này sẽ cho chúng ta biết số phận của vũ trụ và tất cả các sinh vật thông minh ở trong nó.
THOÁT KHỎI NGÀY TẬN THẾ - ESCAPE FROM APOCALYPSE
Cho rằng số phận của vũ trụ có khả năng chết một cái chết lạnh lẽo trong tương lai xa xôi, chúng ta có thể làm gì với nó? Các lực vũ trụ này có thể đảo ngược không?
Có ít nhất ba tùy chọn.
Đầu tiên là không làm gì cả và để cho vòng đời của vũ trụ diễn ra. Khi nó lạnh hơn và lạnh hơn, các sinh vật thông minh sẽ điều chỉnh và suy nghĩ chậm hơn và chậm hơn, theo nhà vật lí Freeman Dyson. Cuối cùng, một ý nghĩ đơn giản có thể mất hàng triệu năm, nhưng những sinh mệnh này sẽ không bao giờ nhận thấy bởi vì tất cả những sinh mệnh khác cũng sẽ suy nghĩ chậm hơn theo đó. Vẫn sẽ có thể có những giao tiếp thông minh giữa những sinh mệnh này, ngay cả khi phải mất hàng triệu năm. Vì vậy, từ quan điểm này, mọi thứ có vẻ bình thường.
Sống trong một thế giới lạnh lẽo như thế có thể khá thú vị. Những bước nhảy lượng tử, là điều cực kỳ khó xảy ra trong một đời người, có thể bắt đầu xảy ra thường xuyên. Wormholes hay các lỗ sâu có thể mở và đóng lại trước mắt chúng ta. Bong bóng các vũ trụ có thể bung lên và thoát ra khỏi sự tồn tại. Những sinh vật này có thể nhìn thấy chúng mọi lúc bởi vì bộ não của chúng hoạt động rất chậm.
Tuy nhiên, đây chỉ là một giải pháp tạm thời, bởi vì cuối cùng chuyển động phân tử sẽ trở nên quá chậm nên thông tin không thể được chuyển từ nơi này đến nơi khác. Tại thời điểm này tất cả các hoạt động, bao gồm cả suy nghĩ, không quan trọng là chậm như thế nào, đơn giản là sẽ ngừng lại hay chấm dứt. Một hy vọng trong tuyệt vọng là sự tăng tốc do năng lượng tối gây ra sẽ đột nhiên tự chính nó biến mất trước khi điều này xảy ra. Từ đó không ai biết tại sao vũ trụ lại trở nên tăng tốc giãn ra, có khả năng cho điều đó.
TƯƠNG LAI NHÂN LOẠI - MICHIO KAKU
Bản dịch của ĐỖ BÁ HUY
Phần tiếp theo >>
