Thứ Tư, 15 tháng 1, 2020
TRÀ DƯ TỬU HẬU 16/a3
Những Hiện Tượng Vũ Trụ Có Tốc Độ Nhanh Hơn Cả Ánh Sáng
Hình ảnh đầu tiên về Hố Đen Messier 87 - Thư Viện Thiên Văn
Khuyết danh
-
Cuộc sống đặt mục tiêu cho khoa học, khoa học soi đường cho cuộc sống.
Khuyết danh.
-Phương pháp thích đáng nhất để nghiên cứu đặc tính của sự vật là suy luận xuất phát từ những cuộc thí nghiệm.
Isaac Newton
-Ngu
dốt sinh ra sự quả quyết hơn là tri thức; chính những người biết ít chứ
không phải những người biết nhiều mới quả quyết khẳng định vấn đề này
hay vấn đề kia sẽ không bao giờ được khoa học giải đáp.
Charles Darwin
-Khoa học cho chúng ta tri thức, nhưng chỉ triết học mới có thể cho chúng ta sự thông thái.
-
Thật sai lầm khi nghĩ rằng nhiệm vụ của vật
lý là tìm ra bản chất của Tự nhiên. Vật lý là điều chúng ta nói về Tự
nhiên.
Will Durant
Niels Bohr
-Trí tuệ trực giác là một năng khiếu thiêng liêng và trí tuệ thuần lý là
đầy tớ trung thành. Chúng ta đã tạo ra một xã hội chỉ tôn kính tên đầy
tớ mà quên mất đi cái năng khiếu.
Albert Einstein
-Khoa học không bao giờ có điểm dừng, nó là một câu đố vĩnh hằng.
Albert Einstein
-Rồi
đây, khoa học sẽ nhận thấy rằng hoang tưởng vừa là kẻ thù lung lạc tinh
thần, vừa là người bạn đồng hành thân thiết đóng vai trò cứu cánh không
thể chối bỏ cuối cùng của vật lý học nghiêm túc trong công cuộc đi tìm
sự thực khách quan của Tự Nhiên.
NTT
Chuyện 16: SỰ THỰC KHÁCH QUAN
3/ CHƯA THẤU TỎ:
Sau khi đọc xong bài đó, ông A lại hướng dẫn mọi người đọc thêm hai bài nữa:
"Vụ nổ Big Bang là gì?
Vũ trụ là gì? Một câu hỏi lớn đã từng đặt ra
trước nhân loại suốt bao nhiêu thế kỷ. Thời xưa ở Trung Hoa cổ đại, nhà
triết học Lão Tử đã cho vũ trụ là một tồn tại "vô thuỷ, vô chung, vô
cùng, vô tận". Nhưng đến thế kỷ 20, với sự tích luỹ các kiến
thức của vật lý vi mô và vật lý thiên văn, cho phép một học thuyết mới
ra đời, cho rằng vũ trụ có một điểm khởi đầu để hình thành. Đó là vụ nổ lớn Big Bang.
Như vậy Big Bang là vụ nổ đầu tiên để từ đó đồng thời sinh ra không gian, năng lượng và vật chất để tạo ra vũ trụ như hiện nay. Một thời gian dài, lý thuyết này bị coi là một lý thuyết siêu hình nhưng các thành tựu gần đây của vật lý hạt cơ bản và kết quả quan sát những cấu trúc thiên văn lớn nhất đã cung cấp một kịch bản phù hợp với cấu trúc và sự phức tạp hoá dần dần của vật chất trong lòng vũ trụ nên ngày càng được thừa nhận rộng rãi.
Theo kịch bản này, khởi thuỷ vũ trụ nguyên thuỷ chỉ là một đại dương cực kỳ đặc và nóng (đây vẫn là điều phải thừa nhận). Rồi vụ nổ lớn Big Bang xảy ra, từ đó bắt đầu toàn bộ các biến cố sau này.
Hình ảnh tưởng tượng về vụ nổ Big Bang.
Vũ trụ nguyên thuỷ chỉ là một thứ "cháo đặc" gồm những hạt quark và electron
chuyển động theo một hướng gần với vận tốc của ánh sáng. Tuỳ theo những
va chạm không ngừng diễn ra, mà một số hạt huỷ lẫn nhau, một số khác
lại sinh ra. Trong pha đầu tiên, thứ "cháo" đó bao gồm các đối tượng
lượng tử mang điện tích, quark và phản quark. Rồi thứ "cháo" đó giàu thêm những hạt và phản hạt nhẹ được gọi chung là lepton (electron, nơtron và những phản hạt của chúng).
Một phần triệu giây sau Big Bang, nhiệt độ hạ xuống tới 10.000 tỉ độ Kenvin (thường gọi tắt là độ K. Về giá trị, O độ K bằng -273,16 độ C), lúc này xuất hiện các hạt nặng đầu tiên (proton và nơtron) nhờ các hạt quark kết hợp với nhau. Rồi các lepton sinh sôi nảy nở rất nhanh, đến lượt chúng chiếm hàng đầu trong vũ trụ. Nhưng nở ra nên vũ trụ nguội dần đi. Khi nhiệt độ hạ xuống tới 10 tỷ độ K thì proton và nơtron bắt đầu kết hợp với nhau để tạo thành đơteri. Lúc đó đồng hồ vũ trụ chỉ 1 giây, nhưng năng lượng của các photon vẫn đủ lớn để nhanh chóng phá vỡ hạt nhân đầu tiên đó. Mãi 3 phút sau, khi nhiệt độ hạ xuống tới 1 triệu độ K thì photon mới không còn khả năng phá vỡ các liên kết hạt nhân.
Khi ấy trong vũ trụ đã có hoạt động hạt nhân rất mạnh dẫn tới sự hình thành các hạt nhân nguyên tử nhẹ như đơteri, heli 3, liti 7 và heli 4... 15 phút sau Big Bang, quá trình tổng hợp hạt nhân ban đầu đó mới kết thúc, nhiệt độ hạ xuống quá thấp, không đủ đảm bảo cho phản ứng hạt nhân xảy ra.
Vật chất, ánh sáng và các loại bức xạ khác tràn xa ngày càng mỏng dần khi vũ trụ giãn nở.
300.000 năm sau, vũ trụ nguội đi xuống dưới 3000 độ K và trở nên
trong suốt, electron không chuyển động nhanh như trước nữa. Các hạt nhân
có thể giữ các electron lại, tạo thành các nguyên tử, tạo ra các "viên gạch xây" của vũ trụ. Do tương tác giữa photon và các nguyên tử rất nhỏ nên chúng có thể lan truyền tự do.
Vật chất, ánh sáng và các loại bức xạ khác tràn xa ngày càng mỏng dần khi vũ trụ giãn nở. Hàng tỉ năm sau, những đám mây khí khổng lồ bắt đầu phân tán. Mỗi đám mây trở thành một thiên hà rồi dưới tác dụng của lực hấp dẫn hình thành các chùm sao, các vì sao trong khi vũ trụ vẫn tiếp tục mở rộng.
Kịch bản "thú vị" về Big Bang sau này được hỗ trợ bởi 3 dẫn chứng của Vật lý thiên văn:
Theo thang thời gian thì ranh giới cuối cùng của tri thức hiện nay ở vào quãng 10-43 giây sau Vụ nổ lớn.
Tuy nhiên, cái điểm 0, từ đó mọi thứ bắt đầu thì rõ ràng đối với các
nhà khoa học vẫn chỉ là một... giấc mơ vì nó cực kỳ khó đưa ra một giả
thuyết, thậm chí nhiều người còn cho là "quá sức" của kiến thức
nhân loại. Đó là thời khắc mà cái lò lửa ban đầu có nhiệt độ 1032 K
(tức 100.000 tỷ tỷ tỷ độ) thì vật chất sẽ diễn biến như thế nào? Theo
thang thời gian thì ranh giới cuối cùng của tri thức hiện nay ở vào
quãng 10-43 giây sau Vụ nổ lớn. Đó là thời điểm Planck. Chỉ có thể nghiên cứu được điểm đó khi một nhà khoa học thiên tài nào đó đưa ra được lý thuyết về sự hấp dẫn lượng tử.
Cái thời điểm 0 bí hiểm ấy hiện được các nhà khoa học gọi là "điểm kỳ dị ban đầu" để che giấu sự lúng túng của mình. Có lẽ tạm thời người ta đành phải dựa vào niềm tin tôn giáo chăng?
Đây là chuyện học thuật với nội dung chuyên môn hơi sâu. Chỉ có thể giải thích một cách "đơn giản" như thế.
Hy vọng với kiến thức phổ thông, chúng ta vẫn có thể hiểu được Big Bang là gì và những diễn biến sau đó như thế nào để tạo ra vũ trụ của chúng ta.
Như vậy Big Bang là vụ nổ đầu tiên để từ đó đồng thời sinh ra không gian, năng lượng và vật chất để tạo ra vũ trụ như hiện nay. Một thời gian dài, lý thuyết này bị coi là một lý thuyết siêu hình nhưng các thành tựu gần đây của vật lý hạt cơ bản và kết quả quan sát những cấu trúc thiên văn lớn nhất đã cung cấp một kịch bản phù hợp với cấu trúc và sự phức tạp hoá dần dần của vật chất trong lòng vũ trụ nên ngày càng được thừa nhận rộng rãi.
Theo kịch bản này, khởi thuỷ vũ trụ nguyên thuỷ chỉ là một đại dương cực kỳ đặc và nóng (đây vẫn là điều phải thừa nhận). Rồi vụ nổ lớn Big Bang xảy ra, từ đó bắt đầu toàn bộ các biến cố sau này.
Hình ảnh tưởng tượng về vụ nổ Big Bang.
Một phần triệu giây sau Big Bang, nhiệt độ hạ xuống tới 10.000 tỉ độ Kenvin (thường gọi tắt là độ K. Về giá trị, O độ K bằng -273,16 độ C), lúc này xuất hiện các hạt nặng đầu tiên (proton và nơtron) nhờ các hạt quark kết hợp với nhau. Rồi các lepton sinh sôi nảy nở rất nhanh, đến lượt chúng chiếm hàng đầu trong vũ trụ. Nhưng nở ra nên vũ trụ nguội dần đi. Khi nhiệt độ hạ xuống tới 10 tỷ độ K thì proton và nơtron bắt đầu kết hợp với nhau để tạo thành đơteri. Lúc đó đồng hồ vũ trụ chỉ 1 giây, nhưng năng lượng của các photon vẫn đủ lớn để nhanh chóng phá vỡ hạt nhân đầu tiên đó. Mãi 3 phút sau, khi nhiệt độ hạ xuống tới 1 triệu độ K thì photon mới không còn khả năng phá vỡ các liên kết hạt nhân.
Khi ấy trong vũ trụ đã có hoạt động hạt nhân rất mạnh dẫn tới sự hình thành các hạt nhân nguyên tử nhẹ như đơteri, heli 3, liti 7 và heli 4... 15 phút sau Big Bang, quá trình tổng hợp hạt nhân ban đầu đó mới kết thúc, nhiệt độ hạ xuống quá thấp, không đủ đảm bảo cho phản ứng hạt nhân xảy ra.
Vật chất, ánh sáng và các loại bức xạ khác tràn xa ngày càng mỏng dần khi vũ trụ giãn nở.
Vật chất, ánh sáng và các loại bức xạ khác tràn xa ngày càng mỏng dần khi vũ trụ giãn nở. Hàng tỉ năm sau, những đám mây khí khổng lồ bắt đầu phân tán. Mỗi đám mây trở thành một thiên hà rồi dưới tác dụng của lực hấp dẫn hình thành các chùm sao, các vì sao trong khi vũ trụ vẫn tiếp tục mở rộng.
Kịch bản "thú vị" về Big Bang sau này được hỗ trợ bởi 3 dẫn chứng của Vật lý thiên văn:
- Thứ nhất, năm 1929, Hubble (Mỹ) chứng minh được sự dịch chuyển có hệ thống trong quang phổ của các thiên hà về phía màu đỏ, chỉ ra rằng chúng đang rời xa chúng ta với tốc độ tỷ lệ với khoảng cách tới chúng ta. Đó là dấu hiệu cho thấy rằng vũ trụ đang nở ra và không gian trong đó các thiên hà cùng chuyển động cũng đang nở ra theo thời gian.
- Thứ hai, năm 1965, Penzias và Wilson (Mỹ) khám phá: luồng bức xạ vô tuyến thể hiện những tính chất giống nhau trong mọi hướng và tương ứng với bức xạ nhiệt của vật đen ở nhiệt độ khoảng 3 độ K. Điều này phù hợp với giả định về vụ nổ Big Bang: bức xạ đó là thông điệp của ánh sáng cổ nhất đến từ vũ trụ ban đầu. Đó là những photon đầu tiên bắt đầu lan truyền tự do sau khi vũ trụ đã trở nên trong suốt và ánh sáng dịch chuyển về phía những bước sóng lớn.
- Thứ ba, từ những năm 1970, các nhà khoa học đã phát hiện nhiều nguyên tố nhẹ như đơteri, heli 3, heli 4 và liti 7 trong vũ trụ, đặc biệt heli 4 chiếm đến 25% bất kể vùng không gian nào, phù hợp với giả định heli là chất khí sinh ra ở những khoảnh khắc đầu tiên của vụ nổ Big Bang.
Theo thang thời gian thì ranh giới cuối cùng của tri thức hiện nay ở vào quãng 10-43 giây sau Vụ nổ lớn.
Cái thời điểm 0 bí hiểm ấy hiện được các nhà khoa học gọi là "điểm kỳ dị ban đầu" để che giấu sự lúng túng của mình. Có lẽ tạm thời người ta đành phải dựa vào niềm tin tôn giáo chăng?
Đây là chuyện học thuật với nội dung chuyên môn hơi sâu. Chỉ có thể giải thích một cách "đơn giản" như thế.
Hy vọng với kiến thức phổ thông, chúng ta vẫn có thể hiểu được Big Bang là gì và những diễn biến sau đó như thế nào để tạo ra vũ trụ của chúng ta.
Cập nhật: 04/05/2017
Theo Vietnamnet
Big Bang - Quá trình phát triển của vũ trụ và những điều chưa biết
Trần Nam Sơn ,
8 năm trước
Trong nhiều thế kỷ, con người đã quan sát những vì sao và tự hỏi rằng làm thế nào, và bằng cách nào vũ trụ đã phát triển được như ngày hôm nay. Câu hỏi này đã trở thành một đề tài tranh luận dường như bất tận.
Trong nhiều thế kỷ, con người đã quan sát những vì sao và tự hỏi
rằng làm thế nào, và bằng cách nào vũ trụ đã phát triển được như ngày
hôm nay. Câu hỏi này đã trở thành một đề tài tranh luận dường như bất
tận. Từ tôn giáo đến khoa học, vấn đề này đã đồng hành cùng con người
trong suốt lịch sử nhân loại. Rất nhiều nhà khoa học vĩ đại cũng đã bị
cuốn vào nó, có thể kể ra rất nhiều cái tên như Edwin Hubble, Albert
Einstein hay Stephen Hawking... Và một trong những mô hình được chấp
nhận rộng rãi nhất chính là học thuyết Big Bang. Bài viết dưới đây hi
vọng sẽ cung cấp cho bạn đọc một vài thông tin về học thuyết nổi tiếng
này.
Mặc dù cực kỳ phổ biến, nhưng cũng rất nhiều người có sự ngộ nhận
về học thuyết này. Một trong những hiểu biết sai lầm hay gặp nhất chính
là việc cho rằng Big Bang mô tả nguồn gốc của vũ trụ. Big Bang, thực
chất, để giải thích việc làm cách nào vũ trụ có thể phát triển từ một
trạng thái rất nhỏ và dày đặc để được như ngày hôm nay - không phải để
tìm hiểu xem điều gì đã tạo nên vũ trụ ngày hôm nay, hay cái gì đã tồn
tại trước sự hình thành của vũ trụ, cũng như những điều nằm bên ngoài vũ
trụ.
Một quan niệm sai lầm khác chính là việc cho rằng Big Bang là một
vụ nổ. Big Bang, thực chất dùng để mô tả sự giãn nở của vũ trụ. Một số
phiên bản khác cho rằng sự giãn nở này là cực kỳ nhanh (có thể còn nhanh
hơn cả tốc độ ánh sáng), nhưng dù sao đi nữa, đó cũng không phải là một
vụ nổ theo đúng nghĩa.
Khái quát hóa thuyết Big Bang là một thách thức thực sự. Nó liên
quan đến rất nhiều khái niệm mâu thuẫn với cái cách mà chúng ta nhận
thức thế giới. Càng đi sâu tìm hiểu về những thời điểm sơ khai nhất
trong sự hình thành vũ trụ, bạn càng thấy chúng trở nên mâu thuẫn với
những định luật khoa học cơ bản nhất. Cuối cùng, bạn chợt nhận ra rằng
mình không thể đưa ra một định luật khoa học nào để lý giải chính xác
điều gì đã xảy ra, vì chính các định luật khoa học đã tự phủ nhận nó.
Một vài nét cơ bản về thuyết Big Bang
Học thuyết Big Bang mô tả về quá trình giãn nở của vũ trụ từ thời
điểm nó bắt đầu hình thành cho đến nay. Đó là một trong số những học
thuyết cơ bản nhất về sự hình thành và phát triển của vũ trụ. Đồng thời,
nó cũng đưa ra một số dự đoán về tương lai của vũ trụ, và rất nhiều
trong số những phán đoán này đã được chứng minh là hoàn toàn có cơ sở.
Chính những điều này đã làm cho Big Bang được chấp nhận một cách rộng
rãi.
Điều đầu tiên cần đề cập đến khi nói về thuyết Big Bang chính là
khái niệm về một vụ nổ. Hoàn toàn sai lầm. Nhiều người nghĩ rằng, Big
Bang mô tả thời điểm khi tất cả các thể loại vật chất và năng lượng của
vũ trụ được tập trung ở một điểm rất rất nhỏ, rồi sau đó, BANG, vật chất
được bắn đi khắp nơi - và kết quả là vũ trụ được sinh ra. Trên thực tế,
Big Bang cho thấy sự giãn nở của vũ trụ, có nghĩa là mọi thứ tồn tại
trong vũ trụ được dàn trải đều ra theo các chiều không gian. Ví dụ minh
họa dưới đây sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa 2 khái
niệm này.
Ngày nay, khi nhìn vào bầu trời đêm, chúng ta có thể thấy thiên hà
được phân chia bởi một khoảng không rộng lớn. Ở những khoảnh khắc sơ
khai khi vũ trụ hình thành, khoảng không đó, bao gồm tất cả những vật
chất và năng lượng của vũ trụ được nén vào 1 điểm duy nhất - 1 điểm có
khối lượng và mật độ lên đến ngưỡng vô cùng - và các nhà vũ trụ học gọi
nó là điểm Singularity.
Vậy câu hỏi đặt ra là, vũ trụ sẽ như thế nào vào thời điểm bắt đầu
xảy ra Big Bang. Rất dày đặc và rất nóng, nhưng sau đó, do sự giãn nở
rất nhanh, nên mật độ và nhiệt độ dần hạ xuống. Cùng với sự giãn nở này,
vật chất bắt đầu hình thành, các bức xạ mất dần năng lượng. Và chỉ
trong một vài giây, vũ trụ được hình thành, trải dài đến vô tận chỉ từ
một điểm đen duy nhất.
Đồng thời với sự giãn nở này, 4 lực cơ bản của vũ trụ cũng đã hình thành:
Lực điện từ
Lực hạt nhân mạnh
Lực hạt nhân yếu
Lực hấp dẫn
Vào thời điểm bắt đầu xảy ra Big Bang, tất cả các lực này là một
phần của một lực duy nhất - và làm cách nào các lực này có thể tồn tại
cùng nhau trong một thể thống nhất, chúng tương tác với nhau ra sao, có
liên quan đến nhau như thế nào - đó vẫn là một bí ẩn lớn.
Thuyết Big Bang đã ra đời như thế nào?
Thuyết Big Bang là kết quả của hai cách tiếp cận khác nhau trong
việc nghiên cứu vũ trụ: thiên văn học và vũ trụ học. Các nhà thiên văn
học sử dụng nhiều công cụ khác nhau để quan sát các vì sao, trong khi đó
các nhà vũ trụ học nghiên cứu các tính chất vật lý thiên thể của vũ
trụ.
Ánh sáng cũng mang tính chất sóng, và các nhà thiên văn học nhận
thấy có một số ngôi sao có bước sóng thiên về phía quang phổ hồng ngoại
nhiều hơn dự kiến. Từ đó, họ đưa ra giả thuyết rằng các ngôi sao này
đang di chuyển xa dần khỏi Trái đất. Khi những ngôi sao này di chuyển,
các bước sóng mà chúng phát ra sẽ dần bị "căng" ra - kết quả là bước
sóng này bị kéo dài, và trở thành một quang phổ hồng ngoại. Các nhà vũ
trụ học gọi hiện tượng này là Redshift - tạm dịch: Dịch chuyển đỏ. Bước
sóng càng hướng về phía hồng ngoại, ngôi sao đó càng di chuyển nhanh
hơn.
Vào năm 1920, nhà thiên văn học Edwin Hubble đã phát hiện ra một
điều rất lý thú: Vận tốc xuất hiện của một ngôi sao tỷ lệ thuận với
khoảng cách của nó từ Trái đất. Nghĩa là, một ngôi sao ở càng xa Trái
đất thì sẽ di chuyển càng nhanh ra xa chúng ta. Với giả thuyết này, một
lần nữa Hubble khẳng định rằng vũ trụ đang tiếp tục giãn nở.
Phát hiện của Hubble đưa đến một cuộc tranh cãi vẫn tiếp diễn đến
ngày nay: Chính xác thì mối quan hệ giữa vận tốc và khoảng cách của một
ngôi sao là gì? Các nhà khoa học gọi đây là hằng số Hubble, và Hubble
đưa ra giả thuyết rằng nó vào khoảng 464 km/s/Mpc. Mpc - viết tắt của
Megaparsec là một đơn vị khoảng cách tương ứng với 3.08 x 1022m.
Nhưng con số này là không chính xác, vì tại thời điểm của Hubble,
các dụng cụ thiên văn là không đủ độ nhậy và độ chính xác để đo khoảng
cách giữa Trái đất và các vì sao. Ngày nay, khi các dụng cụ đo đạc và
quan sát đã trở nên tiến bộ hơn, các nhà khoa học đã thay đổi hằng số
Hubble, tuy nhiên, chính xác nó là bao nhiêu - đây vẫn là một cuộc tranh
luận đang tiếp diễn.
Big Bang- từ khoảnh khắc đầu tiên.
Do những giới hạn của khoa học, chúng ta không thể đưa ra bất kỳ dự
đoán nào về thời điểm vũ trụ ra đời. Thay vào đó, ta có thể nghiên cứu
những thời điểm ngay sau khoảnh khắc trọng đại này. Và thời điểm sớm
nhất được đề cấp đến - đó là vào khoảng thời gian t= 1 x 10^ -43 s.
Trong những thời điểm đầu đời, vũ trụ là quá nhỏ bé, và những định
luật vật lý cổ điển trở nên lệch pha khi áp dụng vào đây. Và vật lý
lượng tử đã thay thế vật lý cổ điển trong cuộc chơi này, vì nó có thể
được ứng dụng trên các thành phần hạ nguyên tử.
Tại thời điểm t= 1 x 10^-43s: Vũ trụ là vô cùng nhỏ bé, dày đặc và
có nhiệt độ rất cao. Các nhà khoa học ước tính, lúc này vũ trụ chỉ kéo
dài trên 1 khoảng 1 x 10^-33 cm - so với không gian trải dài hàng tỷ năm
ánh sáng như ngày nay. Trong giai đoạn này, các nhà khoa học tin rằng,
vật chất và năng lượng là không thể tách rời. Bốn lực cơ bản của vũ trụ
trở thành một lực thống nhất. Và nhiệt độ của vũ trụ lúc này ước tính
vào khoảng 10^32 độ C.
Khi vũ trụ mở rộng, nhiệt độ này dần hạ xuống. Vào khoảng 1 x
10^-35s, vật chất và năng lượng bắt đầu tách rời. Các nhà khoa học gọi
đây là thời điểm Baryogenesis - thời điểm mà ta có thể quan sát được vật
chất. Tại thời điểm này, vũ trụ được lấp đầy bởi một lượng gần như
tương đương của vật chất và phản vật chất. Tuy nhiên, vật chất vẫn chiếm
ưu thế về số lượng, nên khi hạt và phản hạt bắt đầu triệt tiêu nhau,
một số hạt vật chất sẽ may mắn sống sót. Và những thành phần này sẽ
nhanh chóng kết hợp với nhau để tạo thành vật chất trong vũ trụ.
Tại thời điểm t = 1 x 10^-11s, các nhà khoa học đã có thể tái tạo
lại vũ trụ trong phòng thí nghiệm với máy gia tốc hạt. Và điều này đồng
nghĩa với việc ta có thể trực tiếp quan sát vũ trụ, với những hình ảnh
và số liệu cụ thể, chứ không còn thông qua phán đoán như ở những thời
điểm trước nữa. Vào lúc này, lực thống nhất đã bị phá vỡ. Lực điện từ và
lực hạt nhân yếu bị tách ra trước tiên. Photon chiếm ưu thế hơn so với
vật chất, nhưng vũ trụ lúc này vẫn là cực kỳ dày đặc, và do đó khái niệm
"ánh sáng" vẫn còn rất xa xôi.
Tiếp theo đó là giai đoạn tiêu chuẩn của ngành vũ trụ học: thời
điểm 0.01s kể từ sau Big Bang. Vũ trụ tiếp tục mở rộng, nhiệt độ vẫn
tiếp tục hạ xuống. Các hạt hạ nguyên tử bắt đầu liên kết với nhau, tạo
ra neutron và proton. Khi thời gian 1s đã bắt đầu trôi qua, những hạt
nhân của các nguyên tố nhẹ bắt đầu hình thành: hydrogen, heli, lithium.
Tuy nhiên, lúc này vũ trụ vẫn là quá nóng để các electron có thể tham
gia cuộc chơi và hình thành nên các nguyên tử ổn định.
....Và 13 tỷ năm sau.
Một giây đầu tiên dường như là một câu chuyện rất dài, nhưng đó mới
chỉ là sự khởi đầu. Sau 100 giây, nhiệt độ của vũ trụ được làm mát
xuống chỉ còn.... 1 tỷ độ C. Các hạt hạ nguyên tử tiếp tục kết hợp với
nhau. Căn cứ theo khối lượng, sự phân bố của các nguyên tố là vào khoảng
75% hạt nhân hydrogen và 24% hạt nhân heli. 1% còn lại được phân bố cho
các hạt nhẹ hơn, ví dụ như lithium.
Nhiệt độ lúc này vẫn là quá cao để electron có thể vào cuộc, do đó,
chúng chọn cách va chạm với với các positron để tạo ra nhiều photon
hơn. Nhưng mật độ của vũ trụ lúc này vẫn là quá dày đặc, và ánh sáng vẫn
chưa xuất hiện.
Quá trình mở rộng và làm mát vũ trụ vẫn tiếp tục diễn ra. Sau
khoảng 56.000 năm, nhiệt độ vũ trụ đã hạ xuống chỉ còn khoảng 9000 độ C,
và tại thời điểm này, mật độ vật chất của vũ trụ đã bắt đầu phù hợp với
mật độ bức xạ. Trải qua khoảng 300.000 năm nữa, nhiệt độ chỉ còn là
3000 độ C, và cuối cùng, proton và electron đã có thể kết hợp với nhau
để tạo ra các nguyên tử Hydro đầu tiên.
Cũng tại thời điểm này, 380.000 năm sau Big Bang, ánh sáng đã xuất
hiện. Bức xạ nền vi sóng vũ trụ đã hình thành, và với việc nghiên cứu
những bức xạ này, giờ đây con người đã có thể phác thảo lại hình ảnh vũ
trụ từ thuở sơ khai ban đầu.
Cho đến khoảng 100 triệu năm sau hoặc lâu hơn thế, vũ trụ vẫn tiếp
tục giãn nở và được làm mát. Một vài biến động nhỏ về lực hấp dẫn sẽ
khiến cho các phần tử vật chất co cụm lại với nhau, chúng trở nên dày
đặc hơn, và nóng hơn, và sau khoảng 1 đến 2 trăm năm, các ngôi sao ra
đời.
Khi một ngôi sao nào đó già cỗi đi và phát nổ, những mảnh vật chất
sẽ bắn đi khắp vũ trụ, và tạo nên những nguyên tố nặng mà ta có thể tìm
thấy trong tự nhiên (những nguyên tố có khối lượng trên Uranium). Những
dải thiên hà bắt đầu hình thành nên các cụm riêng, và dải thiên hà của
chúng ta được hình thành từ cách đây khoảng 4.6 tỷ năm.
Thuyết Big Bang cho ta biết điều gì?
Một số nhà vũ trụ học sử dụng thuyết Big Bang để ước tính tuổi của
vũ trụ. Nhưng do những kỹ thuật đo lường khác nhau, nên sai số của phép
đo này là rất lớn, và trên thực tế, sai số này có thể lên đến hàng tỷ
năm.
Việc phát hiện ra vũ trụ đang mở rộng sẽ dẫn đến nhiều câu hỏi
khác. Nó có mở rộng ra mãi không? Nó có dừng lại không? Liệu sẽ có sự
đảo ngược không? Căn cứ theo thuyết tương đối tổng quát, tất cả điều này
đều phụ thuộc vào việc lượng vật chất trong vũ trụ là bao nhiêu.
Ở đây, lực hấp dẫn đóng vai trò quyết định. Cụ thể, nếu lượng vật
chất trong vũ trụ là đủ lớn, lực hấp dẫn sẽ có đủ khả năng làm chậm lại
quá trình giãn nở của vũ trụ, và có thể làm vũ trụ thu nhỏ lại. Và nếu
chuyện này thực sự xảy ra, các nhà vũ trụ học sẽ phác thảo nên hình ảnh 1
vũ trụ khép kín với một độ cong dương.
Nhưng nếu lực hấp dẫn là không đủ mạnh để đảo ngược quá trình mở
rộng của vũ trụ, nó sẽ giãn ra mãi mãi. Và khi đó, vũ trụ hoặc sẽ là
không có đường cong, hoặc là nó sẽ mang một độ cong âm.
Theo thuyết Big Bang, không có gì gọi là trung tâm, hay cái rốn của
vũ trụ. Mỗi điểm trong vũ trụ đều giống như điểm khác, không có điểm
nào là trung tâm. Quan điểm này luôn là điều cốt lõi trong thuyết Big
Bang - khi thuyết này cho rằng vũ trụ đang mở rộng một cách đồng nhất và
đẳng hướng. Và thực tế đã cho thấy vật chất trong vũ trụ có vẻ như đang
chuyển động theo đúng những gì mà thuyết Big Bang đề ra.
Những kẽ hở trong thuyết Big Bang
Kể từ sau khi ra đời, thuyết Big Bang đã vấp phải rất nhiều lời chỉ
trích và hoài nghi. Và dưới đây là những kẽ hở phổ biến nhất của học
thuyết này:
1. Đi ngược lại định luật thứ nhất của nhiệt động học. Định luật
này phát biểu rằng, vật chất, cũng như năng lượng, không tự nhiên sinh
ra và cũng không tự nhiên mất đi. Phe phản đối cho rằng, thuyết Big Bang
đã đề ra giả thuyết vũ trụ được hình thành từ con số 0. Tuy nhiên,
những người ủng hộ lại cho rằng lời chỉ trích này là không có căn cứ, vì
2 lý do. Thứ nhất, Big Bang không giải thích về việc vũ trụ được tạo ra
như thế nào, mà chỉ nói về sự phát triển của vũ trụ. Thứ hai, khi các
định luật khoa học cơ bản nhất lần lượt đổ vỡ dưới sự hình thành và phát
triển của vũ trụ, không có gì chắc chắn rằng định luật bảo toàn vật
chất và năng lượng này vẫn có thể đúng 100%.
2. Đi ngược lại định luật Entropy. Định luật này phát biểu rằng
theo thời gian, vật chất sẽ càng trở nên hỗn độn hơn. Nhưng nếu nhìn
lại, bạn có thể thấy, tại thời điểm ban đầu, vũ trụ là hoàn toàn đồng
nhất và đẳng hướng, và cho đến nay, vũ trụ là một tập hợp của vô vàn
những vì sao, những thiên hà.... và điều này là một dấu hiệu cho thấy
thuyết Big Bang vẫn tuân thủ định luật Entropy.
3. Sự mở rộng quá nhanh của vũ trụ trong giây đầu tiên đã phá vỡ
giới hạn vận tốc ánh sáng. Những người ủng hộ có nhiều quan điểm khác
nhau để bác bỏ ý kiến này. Thứ nhất, vào thời điểm đầu tiên của Big
Bang, thuyết tương đối hoàn toàn không được áp dụng, và do đó, chẳng có
vấn đề gì với việc di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng. Thứ hai, không
gian hoàn toàn nằm ngoài những tương tác trọng lực, do đó không gian tự
bản thân nó hoàn toàn có thể mở rộng nhanh hơn vận tốc ánh sáng.
Trên đây chỉ là một vài sơ hở hay được đưa ra tranh luận nhất của
thuyết Big Bang. Nhưng vẫn còn rất nhiều câu hỏi khác mà thuyết Big Bang
vẫn chưa giải thích được. Điều gì đã xảy ra trước Big Bang? Liệu có gì
khác tồn tại ngoài vũ trụ hay không? Và hình hài của vũ trụ là như thế
nào? Hi vọng trong một ngày không xa, một học thuyết khác, hoàn chỉnh
hơn sẽ có thể giải đáp được những câu hỏi đó."
***
(còn nữa)
Đăng ký:
Đăng Nhận xét (Atom)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét