Bạn đang xem:
Chuyện bên lề

Chuyện bên lề

Thuyết BigBang-những điều cần biết

10 Tháng Mười 2018   |   0 bình luận   |   2002 lượt xem
Vụ Nổ Lớn xảy ra xấp xỉ cách nay khoảng 13,7 tỷ năm, và được các nhà vũ trụ học coi là tuổi của vũ trụ. Sau giai đoạn này, vũ trụ ở vào trạng thái cực nóng và đặc và bắt đầu giãn nở nhanh chóng. Sau giai đoạn lạm phát, vũ trụ đủ "lạnh" để năng lượng bức xạ (photon) chuyển đổi thành nhiều hạt hạ nguyên tử, bao gồm proton, neutron, và electron.

Tuy những hạt nhân nguyên tử đơn giản có thể hình thành nhanh chóng sau Big Bang, phải mất hàng nghìn năm sau các nguyên tử trung hòa điện mới xuất hiện. Nguyên tố đầu tiên sinh ra là hiđrô, cùng với lượng nhỏ heli và liti.
Những đám mây khổng lồ chứa các nguyên tố nguyên thủy sau đó hội tụ lại bởi hấp dẫn để hình thành lên các ngôi sao và các thiên hà rồi siêu đám thiên hà, và nguyên tố nặng hơn hoặc được tổng hợp trong lòng ngôi sao hoặc sinh ra từ các vụ nổ siêu tân tinh.

Thuyết Vụ Nổ Lớn là một lý thuyết khoa học đã được kiểm chứng và được cộng đồng khoa học chấp nhận rộng rãi. Nó đưa ra cách giải thích hoàn thiện về nhiều loại hiện tượng quan sát thấy trong vũ trụ, bao gồm sự có mặt của những nguyên tố nhẹ, bức xạ nền vi sóng vũ trụ, cấu trúc vĩ mô của vũ trụ, và Định luật Hubble đối với siêu tân tinh loại Ia.
Lịch sử nhận thức vũ trụ

Đầu thế kỷ 20, bằng chứng thực tiễn duy nhất về nguồn gốc vũ trụ là bầu trời ban đêm tối đen. Nghịch lý Olbers (1823) cho rằng nếu vũ trụ vô tận trong không thời gian thì nó phải có nhiều sao đến mức khi nhìn lên bầu trời, tia mắt ta bao giờ cũng gặp một ngôi sao. Và ta sẽ thấy bầu trời luôn sáng rực như mặt trời, ngay cả vào ban đêm. Nhưng thực tế bầu trời ban đêm lại tối đen. Thật thú vị là trong bài thơ văn xuôi dài Eureka năm 1848, Edgar Poe cho rằng, đó là do các ngôi sao không đủ thời gian để chiếu sáng toàn vũ trụ. Vậy bầu trời đêm tối đen chứng tỏ vũ trụ không tồn tại mãi mãi. Không chỉ đứng vững trước thử thách của thời gian mà giả thuyết còn đóng vài trò quyết định trong việc hình thành lý thuyết Big Bang.

Cơ sở lý luận của Big Bang là thuyết tương đối tổng quát, cho rằng không thời gian là các đại lượng động lực, phụ thuộc vật chất đồng thời chi phối vật chất (lưu ý quan niệm của Engels, cho rằng không thời gian là hình thức tồn tại của vật chất). Điều đó dẫn tới việc không thời gian và do đó vũ trụ có thể có khởi đầu và kết thúc, một ý tưởng mà ban đầu chính Einstein cũng tìm cách chống lại. Để vũ trụ là tĩnh (không tự suy sụp do hấp dẫn), ông đưa ra một hằng số vũ trụ có tác dụng phản hấp dẫn. Năm 1922, Friedman tìm được nghiệm của phương trình Einstein cho một vũ trụ động, gần như đồng thời với giả thuyết nguyên tử nguyên thuỷ của mục sư Lemaitre.

Bằng chứng quyết định là phát hiện vũ trụ giãn nở của Hubble những năm 1920. Cho đến lúc đó, dải Ngân hà của chúng ta được xem là toàn bộ vũ trụ. Với viễn kính 100 inch tại núi Wilson, Hubble thấy Tinh vân Tiên nữ, một thiên hà sáng đôi cách 2 triệu năm ánh sáng, đang tiến lại gần chúng ta (theo ngôn ngữ vật lý dựa trên hiệu ứng Dopler, phổ của nó dịch về phía xanh). Khảo sát các thiên hà khác, ông thấy chúng đang tản ra xa (phổ dịch về phía đỏ). Điều đó có nghĩa vũ trụ gồm hàng tỷ thiên hà đang tản xa nhau. Vũ trụ hiện đang giãn nở và các thiên hà ngày càng xa nhau chứng tở trong quá khứ chúng gần nhau, khi vũ trụ có kích thước nhỏ hơn. Suy diễn ngược thời gian sẽ đi đến thời điểm khai sinh, không toàn vũ trụ tập trung tại một điểm, nới có mật độ, nhiệt độ và độ cong không thời gian vô hạn. Và một vũ trụ bùng nổ 15 tỷ năm trước đã khiến vũ trụ sinh thành. Đó là mô hình Big Bang tiêu chuẩn.

Năm 1946, nhà vật lý Gamow thấy rằng, ngọn lửa sáng thế buổi hồng hoang vẫn để lại “vết lông ngỗng” qua bức xạ tàn dư trải trên toàn vũ trụ, nay lạnh chỉ còn cỡ 3 độ trên độ không tuyệt đối. Năm 1965, hai kỹ sư vô tuyến điện Penzias và Wilson tình cờ phát hiện được bức xạ này khi chế tạo một ăng ten có thể bắt sóng từ vệ tinh. Như từng xẩy ra trong lịch sử, giải Nobel danh giá được trao cho phát kiến tình cờ của hai người ngoại đạo! Năm 1991, vệ tinh Cobe đo được phông bức xạ hoá thạch 2,7 0K này với độ chính xác rất cao. Và Big Bang được thừa nhận rộng rãi.
Cuối những năm 1970, mô hình Big Bang tiêu chuẩn đối mặt với một số thách thức, trong đó có vấn đề tính đồng nhất của vũ trụ. Tại sao vũ trụ lại tương đối đồng nhất, như bức xạ hoá thạch chứng tỏ? Đó là lý do Guth và Linde giả định một sự giãn nở lạm phát từ 10-35 tới 10-32 giây sau Big Bang. Trong giai đoạn cực ngắn đó, vũ trụ giãn nở nhanh hơn ánh sáng, với bán kính tăng một ngàn tỷ tỷ tỷ lần. Như quả bong bóng phồng lên rất nhanh thì các nếp nhăn ban đầu giãn ra với độ nóng gần như nhau, sự giãn nở đó khiến vũ trụ trở nên đồng nhất. Đó là thuyết Big Bang lạm phát, một lý thuyết giải quyết được nhiều bài toán vũ trụ học.

Big Bang từ đâu xuất hiện? Big Bang sinh ra vũ trụ, vậy cái gì sinh Big Bang? Năm 1951, nhà thờ tuyên bố Big Bang chính là hiện tượng của đấng sáng tạo. Nên giới khoa học đưa ra nhiều giả định nhằm tránh quan điểm đó.
Một giả thuyết là vũ trụ luân hồi của Wheeler, cho rằng lực hấp dẫn sẽ thắng dần sự giãn nở và vũ trụ có về Vụ co lớn (Big Bang Crunch).

Và vụ bùng nổ tiếp theo sẽ khiến vũ trụ hồi sinh từ đống tro tàn. Quá trình cứ lặp lại mãi với các pha co giãn xen kẽ nhau. Đáng tiếc Big Crunch không phải là đối xứng gương hoàn hảo của Big Bang, và các vụ nổ sẽ ngày càng lớn hơn. Vì thế vũ trụ vẫn có thể có điểm khởi đầu tối hậu, một chủ đề thần học ưu thích.

Một vấn đề cũng được giới thần học ưu thích là giá trị của các hằng số vật lý (như khối lượng điện tử hay tốc độ ánh sáng). Người ta rất ngạc nhiên là chỉ cần một trong hàng chục hằng số vũ trụ đó thay đổi giá trị một phần trăm, vũ trụ đã diễn biến khác hẳn và con người không thể xuất hiện để nghiên cứu vũ trụ. Nên một số nhà khoa học cho rằng, vũ trụ đã được hiệu chỉnh cực kì chính xác nhằm tạo ra con người. Vì thế nhà thiên văn học Trịnh Xuân Thuận, là một phật tử, đặt niềm tin vào ý chí tối cao.

Không đồng ý với niềm tin đó, nhiều nhà khoa học nêu giả thuyết các vũ trụ song song hay đa vũ trụ. Có thể hình dung một cách trực quan qua trò thổi bong bóng xà phòng, mỗi bong bóng là một vũ trụ với hệ qui luật và các giá trị hằng số riêng. Phần lớn các vũ trụ không thích hợp với sự sống. Vũ trụ chúng ta chỉ là một bong bóng may mắn co các hằng số thích hợp để con người xuất hiện. Đây chính là sự tiếp bước Copernicus đến giới hạn tột cùng. Không chỉ tước bỏ vị trí trung tâm của trái đất hay mặt trời, nó còn cho rằng Ngân hà chỉ là một trong vô vàn các thiên hà vũ trụ; thậm chí vũ trụ chúng ta cũng chỉ là một bong bóng mất hút giữa ngút ngàn các bong bóng đa vũ trụ. Và đa vũ trụ này có thể mất hút giữa vô vàn các đa vũ trụ khác.

Tuy nhiên dường như đó chỉ là những suy đoán thuần tuý, vì ta chưa có thuyết hấp dẫn lượng tử để nhìn qua bức tường Planck, hiện được xem là giới hạn của nhận thức (thời gian Planck là 10-43 giây, độ dài Planck là 10-33 cm, nhỏ hơn kích thước nguyên tử 10 triệu tỷ tỷ lần. Nếu khuếch đại nguyên tử lớn bằng vũ trụ nhìn thấy, độ dài Planck sẽ bằng một cái gậy!). Toàn bộ lập luận trên dựa trên thuyết tương đối tổng quát (mô tả cấu trúc vĩ mô) và cơ học lượng tử (mô tả cấu trúc vi mô). Đáng tiếc là hai thuyết không tương thích nhau. Ở qui mô vũ trụ, có thể bỏ qua các thăng giáng lượng tử xuất hiện do nguyên lý bất định Heisenberg. Còn ở các cấu trúc nhỏ cỡ kích thước Blanck, các thăng giáng đó rất mạnh nên giả thuyết không thời gian biến đổi liên tục và nhẵn của thuyết tương đối bị phá vỡ. Người ta nói các quy luật khoa học bị phá vỡ tại các kì dị (là vùng nhỏ hơn độ dài Planck nên mật độ vật chất lớn vô hạn).

Lý thuyết trường lượng tử xem các hạt cơ bản (như điện tử, quark....) là chất điểm không kích thước. Năm 1984, lý thuyết dây xuất hiện để thống nhất thuyết tương đối và thuyết lượng tử, hai nền tảng của vật lý hiện đại. Theo đó cấu tử cơ bản của vũ trụ là dây một chiều (giống đoạn dây nhìn từ xa nên dường như chỉ có chiều dài), màng hai chiều (giống tờ giấy mỏng vô hạn) hay các thực thể nhiều chiều hơn (đến 10 chiều). Chúng luôn dao động và các kiểu dao động cộng hưởng được xem là các hạt cơ bản mà ta thấy. Khác với không thời gian bốn chiều trong thuyết tương đối, không thời gian trong lý thuyết dây có 11 chiều, với bảy chiều cong lại và nhỏ bằng độ dài Planck. Đó là lý do ta sống trong 11 chiều mà chỉ “thấy” bốn chiều đã trải rộng ra nhờ vụ nổ lớn.

Quá đẹp nên chỉ có thể hoặc đúng hoàn toàn hoặc sai hoàn toàn (phê phán năm 1986 của nhà vật lý hạt cơ bản đoạt giải Nobel Glashow), lý thuyết dây chứng tỏ các qui luật vật lý của thế giới “nhỏ” sau bức tường Planck hoàn toàn đồng nhất thế giới “lớn” trước bức tường. Điều đó cho phép đưa ra kịch bản mới cho Big Bang, theo đó khởi thuỷ không phải là một kì dị, mà là một trạng thái “hấp dẫn lượng tử” kích thước Planck với 11 chiều. Rồi một vụ nổ khiến bốn chiều không thời gian giãn ra tạo nên vũ trụ (lý thuyết dây giải thích được tại sao bảy chiều khác vẫn cong nhỏ như trước). Và nếu co lại, vũ trụ cũng không co về điểm kì dị chung cục Big Crunch (như mô hình Big Bang tiêu chuẩn), mà chỉ co đến kích thước Blanck rồi lại nở ra. Quá trình có thể lặp lại mãi như thế.

Theo lý thuyết dây thì vũ trụ chúng ta cũng có thể là một màng bốn chiều, vốn là biên của một hình cầu năm chiều. Nằm cách ta một khoảng cách vi mô trong chiều thứ năm là một màng khác, được gọi là “màng bóng” (như hình với bóng, nhưng bóng cũng thực như hình). Hai màng hình và bóng chỉ tương tác nhau qua lực hấp dẫn. Khi đó vật chất hay năng lượng tối của màng này chính là vật chất thông thường của màng bên cạnh. Hai màng có thể tự co giãn và va chạm nhau. Đối với chúng ta (đang sống trên một màng), cú và chạm chính là Big Bang. Và có thể có nhiều vụ nổ và co lớn nhỏ nối tiếp hay xen kẽ nhau. Điều đó giúp loại bỏ niềm tin về một ý chí tối cao.

TH

Bài mới hơn

Bài cũ hơn

Tư vấn ứng dụng CNTT

Đăng tin yêu cầu tư vấnBan đang cần tư vấn đầu tư, mua sắm, tìm kiếm giải pháp ứng dụng công nghệ thông tin? Vui lòng cung cấp đủ thông tin vào biểu mẫu bên dưới.

Yêu cầu hỗ trợ kỹ thuậtVui lòng điền đủ thông tin yêu cầu hộ trợ vào biểu mẫu bên dưới gửi về toàn soạn. Thông tin phản hồi yêu cầu của độc giả sẽ được gửi qua email sau khi xem xét (thông tin phản hồi này sẽ không đăng tải lại trên website).

Xem nhiều nhất

Bình luận nhiều nhất

Thông tin website

Chuyên trang Bản tin khoa học công nghệ.
Thực hiện : Phòng Khoa học - Công nghệ, Trung Tâm CNTT, BộVăn hoá,Thể thao & Du lịch.
Người chịu trách nhiệm chính: Nguyễn Thanh Liêm - Giám đốc.

Địa chỉ: Ngõ 2 số 20, Vân Hồ, Hoa Lư, Hà Nội;
Tel: 0243 9745845
Email: khoahoccongnghe@cinet.gov.vn
Ghi rõ nguồn khi phát lại thông tin từ website này.

Liên hệ Tòa soạn

Thư viện ảnh

tất cả »