Nếu trong dân gian có rất nhiều huyền thoại dân
gian và tôn giáo về sự sáng tạo ra vũ trụ (creation myth), kể cả huyền
thoại sáng tạo của Do Thái – Ki Tô, mà ngày nay đã trở thành lỗi thời,
thì trong khoa học chỉ có một thuyết giải thích nguồn gốc của vũ trụ
(the origin of the universe) hay sự sinh ra của vũ trụ (the birth of the
universe). Đó là thuyết "Big Bang"
Tuy nhiên, muốn hiểu
Big Bang không phải là khó, chúng ta chỉ cần dùng cặp mắt trần nhìn lên
những khoảng tối giữa các vị sao trên trời là có thể "thấy rõ" vũ trụ đã
sinh ra từ một Big Bang. Mặt khác, chúng ta cũng có thể "thấy" Big Bang
ngay trong chiếc TV mà chúng ta thường coi hàng ngày. Tôi sẽ trở lại về
những cái "thấy" này trong một đoạn sau. Trong phần trình bày sau đây,
tôi sẽ cố gắng viết về thuyết này một cách giản dị để cống hiến quý độc
giả "câu chuyện Big Bang". Tuy nhiên, vì đây là một đề tài khoa học và
khả năng của tôi chỉ có hạn, cho nên, nếu có độc giả nào đọc bài này mà
phát dị ứng với khoa học thì đó là tại vì tôi chưa đủ khả năng để diễn
giải rõ ràng một vấn đề, chứ không phải vì độc giả đó chưa đủ trí tuệ để
hiểu. Một mặt khác, khoa học cần nhiều đến suy nghĩ và tưởng tượng. Cho
nên, trong bài viết này tôi đòi hỏi độc giả đôi chút óc tưởng tượng và
suy tư của con người.
Thật là kỳ lạ, cách đây hơn 2500 năm, Đức
Phật đã đưa ra thuyết Vô Thường: Vạn Pháp, nghĩa là vũ trụ và mọi sự vật
trong đó, thay đổi từng sát na, không có gì có thể gọi là Hằng Hữu,
Hằng Sống, Hằng Tồn trong vũ trụ. Mọi sự vật, nếu đã do duyên sinh thì
cũng do duyên mà diệt, đủ duyên thì sinh thành, hết duyên thì diệt, và
thường đều phải trải qua bốn thời kỳ: thành, trụ, hoại, diệt. Ngày nay,
trước những khám phá mới nhất của khoa học, từ thuyết tiến hóa của
Darwin cho tới thuyết Big Bang về sự thành hình của vũ trụ, tất cả đều
chứng tỏ thuyết duyên khởi là đúng.
Trong Kinh Hoa Nghiêm, Đức Phật cũng nói
rõ: "Ngoài thế giới nhỏ nhoi của chúng ta còn có hằng hà sa số thế giới
khác", và đã mô tả hình dạng của các thế giới này rất chính xác, thí dụ
như có hình xoáy nước, hình bánh xe, hình nở như hoa v.v.. Ngày nay,
khoa Vũ Trụ Học đã chụp được hình nhiều Thiên Hà trong vũ trụ có hình
dạng giống như đã được mô tả trong Kinh Hoa Nghiêm, như sẽ được trình
bày với ít nhiều chi tiết trong Phần II của cuốn sách này.
22 thế kỷ sau, vào thế kỷ 17, khoa học gia
Giordano Bruno cũng đưa ra quan niệm là ngoài thế giới của chúng ta còn
có nhiều thế giới khác. Ông bị giam 6 năm tù rồi đưa ra tòa án xử dị
giáo. Tội của ông? Nhận định của ông trái với những lời "mặc khải" không
thể nào sai lầm của Thần Ki-Tô trong Thánh Kinh của Ki-Tô Giáo: thế
giới của chúng ta gồm có trái đất, mặt trời, mặt trăng và các vị sao mà
mắt trần của chúng ta nhìn thấy hàng ngày là thế giới duy nhất mà Thần
Ki-Tô tạo ra và trái đất là trung tâm của thế giới này. Vì là một Linh
Mục dòng Đa Minh, tòa sẽ trả tự do cho ông nếu ông rút lại nhận định
trái ngược với Thánh Kinh của Ki-Tô Giáo và tuyên bố là mình sai lầm.
Nhưng có vẻ như ông là đệ tử của cụ Khổng nên có tư cách của người quân
tử: "uy vũ bất năng khuất" nên ông không chịu "sửa sai". Kết quả là ông
bị tòa án xử dị giáo xử có tội, tuyệt thông ông (nghĩa là khai trừ ông
ra khỏi giáo hội, không cho ông hưởng các "bí tích" và lên Thiên đường
hiệp thông cùng Chúa) và mang ông đi thiêu sống. (Xin đọc các bài “Phật
Giáo và Vũ Trụ Học” và “Phật Giáo và Cuộc Cách Mạng Khoa Học” trong
Phần II.) Từ những sự kiện trên, chúng ta thấy rằng, trí tuệ của Đức
Phật đã vượt xa trí tuệ của Thiên Chúa của Ki-Tô Giáo, ít ra là về nguồn
gốc và cấu trúc của vũ trụ. Bởi vậy, một trong 10 danh hiệu người đời
gọi Đức Phật là "Thiên, Nhân Sư", nghĩa là bậc Thầy của những bậc sống
trên Trời như Thần Ki-Tô và của con người sống trên trái đất.
Ngày nay, các khoa học gia đều công nhận
chúng ta đang sống trong một vũ trụ sống động, thay đổi liên tục. Vũ
trụ, cũng như mọi vật trong đó, từ nhỏ như một vi khuẩn cho tới lớn như
một ngôi sao v.v... đều có một đời sống, nghĩa là, được sinh ra và sẽ
chết đi. Vấn đề sinh tử không còn xa lạ gì với con người, nhưng vấn đề
các ngôi sao, và rất có thể cả vũ trụ, cũng sinh tử thì thực ra các khoa
học gia mới chỉ biết tới cách đây khoảng chưa đầy 80 năm. Khoa học ngày
nay đã thấy lại, sau cái thấy của Đức Phật gần 25 thế kỷ, về sự cấu tạo
và tính cách vô thường của vũ trụ.
Cho tới đầu thập niên 1920, các nhà vũ trụ
học (vũ trụ học là môn học khảo sát về nguồn gốc, sự tiến hóa và sự cấu
tạo của vũ trụ) đều cho rằng vũ trụ chỉ là giải Ngân Hà mà Thái Dương
Hệ (hệ thống mặt trời và các hành tinh trong đó có trái đất) của chúng
ta nằm trong đó, và vũ trụ này có vẻ như vô cùng tận, thường hằng, nghĩa
là không thay đổi và có tính cách vĩnh cửu (eternal). Vào đầu thập niên
1920, các chuyên gia khảo cứu vũ trụ, qua những kính thiên văn tân kỳ,
khám phá ra rằng giải Ngân Hà (Milky Way), trong đó có thể có tới cả
trăm tỷ ngôi sao, mỗi ngôi tương tự như mặt trời trong Thái Dương Hệ,
thật ra chỉ là một ốc đảo, một Thiên Hà (galaxy), trong vũ trụ.
Ngoài giải Ngân Hà ra còn cả triệu, cả tỷ
Thiên Hà khác rải rác trong vũ trụ. Mỗi Thiên Hà đều chứa ít ra là cả tỷ
ngôi sao, tương tự như giải Ngân Hà. Trong vũ trụ, giải Ngân Hà có dạng
của một cái đĩa, rộng khoảng 100000 (một trăm ngàn) năm ánh sáng, và
Thái Dương Hệ của chúng ta ở cách tâm của giải Ngân Hà khoảng 30000 (ba
mươi ngàn) năm ánh sáng. Trong vũ trụ học, vì phải kể đến những khoảng
cách vô cùng lớn nên người ta thường dùng đơn vị đo chiều dài là 1 năm
ánh sáng, hoặc đơn vị parsec bằng hơn ba năm ánh sáng một chút (3.2616).
Chúng ta đều biết, ánh sáng truyền trong không gian với vận tốc khoảng
300000 cây số trong một giây đồng hồ. Chúng ta cũng biết một phút có 60
giây, một giờ có 60 phút, một ngày có 24 giờ, và một năm có khoảng 365
ngày. Do đó, chúng ta có thể tính ra khoảng cách của một năm ánh sáng.
Khoảng cách này vào khoảng 9460800000000 (9 ngàn 4 trăm 60 tỷ 8 trăm
triệu) cây số, hoặc gần 6000000000000 (6 ngàn tỷ) Miles.
Làm sao mà các khoa học gia có thể đo được
những khoảng cách vô cùng lớn như vậy? Lẽ dĩ nhiên không phải đo bằng
thước mà bằng một phương pháp gián tiếp qua những dụng cụ khoa học, và
đây chính là sự kỳ diệu của những phát minh khoa học song hành với sự
phát triển trí tuệ của con người.
Năm 1923, khi quan sát khối tinh vân
(nebula) Andromeda, một khối trông như một đám bụi sáng mờ mà chúng ta
có thể nhìn thấy bằng mắt trần, qua một kính thiên văn vĩ đại tân kỳ có
đường kính khoảng hai thước rưỡi, Edwin Hubble nhận ra rằng đó không
phải là một khối tinh vân mà chính là một thiên hà tương tự như giải
ngân hà. Quan sát kỹ, Hubble nhận thấy trong thiên hà này có những ngôi
sao mà độ sáng của nó thay đổi một cách đều đặn, nghĩa là hiện tượng
ngôi sao mới đầu sáng, rồi mờ đi, rồi lại sáng trở lại, và cứ tiếp tục
thay đổi đều đặn như vậy. Các ngôi sao thay đổi độ sáng này có tên khoa
học là Cepheid (Cepheid variables). Thời gian của một chu trình thay đổi
này tùy thuộc ở độ sáng trung bình của ngôi sao. Chu trình thay đổi này
có thể kéo dài trong khoảng từ 1 tới 50 ngày, tùy theo ngôi sao, nhưng
rất đều đặn, thí dụ 15 ngày chẳng hạn, đối với một ngôi sao nào đó. Thời
gian của chu trình này cho chúng ta biết chính xác độ sáng của ngôi sao
đó. Và độ sáng biểu kiến (apparent brightness), nghĩa là thấy vậy mà
không phải thực là vậy, của các ngôi sao ghi giữ lại trên các kính thiên
văn sẽ cho chúng ta biết khoảng cách từ ngôi sao đến trái đất, vì theo
một định luật đã được kiểm chứng trong khoa học, độ sáng biểu kiến chẳng
qua chỉ là độ sáng thật chia cho bình phương của khoảng cách. Thí dụ,
nếu chúng ta đo thấy độ sáng biểu kiến của ngôi sao A chỉ sáng bằng một
phần tư độ sáng biểu kiến của ngôi sao B thì chúng ta có thể kết luận là
ngôi sao A ở xa chúng ta gấp đôi ngôi sao B, vì bình phương của một nửa
là một phần tư.
Qua kỹ thuật đo khoảng cách này, các khoa
học gia biết rằng thiên hà Andromeda cách xa chúng ta khoảng hai triệu
năm ánh sáng (700 ngàn parsec) và là thiên hà hàng xóm gần chúng ta
nhất. Với những kính thiên văn ngày càng tân kỳ có khả năng ghi lại
những ánh sáng rất yếu, từ rất xa, các khoa học gia đã biết được có
những thiên hà cách xa chúng ta cả chục triệu năm ánh sáng, cả trăm
triệu năm ánh sáng, rồi đến cả chục tỷ năm ánh sáng.
Các khoa học gia thường có thói xấu là
"làm ngày không đủ, tranh thủ làm đêm, làm thêm ngày chủ nhật" và cứ lập
đi lập lại một thí nghiệm để chắc rằng những dữ kiện khoa học phù hợp
nhau, từ đó mới đưa ra những xác định khoa học. Tới năm 1929, Edwin
Hubble nhận ra một hiện tượng kỳ lạ: có vẻ như các thiên hà càng ngày
càng di chuyển ra xa chúng ta. Hiện tượng trên chính là căn bản thuyết
lý của Big Bang. Để hiểu rõ vấn đề, có lẽ chúng ta cần đi thêm vào chút
ít chi tiết.
Sở dĩ Edwin Hubble khám phá ra hiện tượng
trên là vì, khi quan sát những quang phổ (spectrum) ánh sáng từ các
thiên hà, ông thấy vị trí của toàn bộ quang phổ này thay đổi với thời
gian. Chúng ta biết rằng, dùng một lăng kính (prism) chúng ta có thể
phân ánh sáng trắng của mặt trời ra làm bảy màu khác nhau, tương tự như
những màu ta nhìn thấy trên một cầu vồng sau một cơn mưa, đó là quang
phổ của ánh sáng mặt trời. Tương tự, ánh sáng từ các thiên hà, khi đi
qua một quang phổ kế (spectroscope), nghĩa là một tổ hợp của kính hiển
vi (microscope) và lăng kính (prism), cũng cho chúng ta những quang phổ
tương ứng. Quan sát kỹ những quang phổ này, chúng ta thấy ngoài những
màu chính còn có những vạch sáng và tối xen kẽ. Không đi vào chi tiết,
chúng ta có thể nói rằng, vị trí của những vạch này cho chúng ta biết
những nguyên tố đã phát ra ánh sáng tạo thành quang phổ đó, vì với mỗi
nguyên tố, vị trí của những vạch này cố định. Nhưng khi quan sát những
quang phổ này, Hubble thấy chúng chuyển sang phía đỏ (redshift), điều
này chứng tỏ các thiên hà tương ứng với những quang phổ chuyển sang phía
đỏ trên đang di chuyển càng ngày càng xa chúng ta. Đây là kết quả của
một hiện tượng trong khoa học gọi là Hiệu Ứng Doppler (Doppler Effect).
Trước khi đi vào chi tiết của hiệu ứng này, chúng ta cần biết qua về cấu
trúc của ánh sáng.
Về phương diện sinh lý, cặp mắt của con
người quả thật vô cùng hạn hẹp. Chúng ta nhận biết được vật chất là vì
có ánh sáng. Nhưng ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy được chỉ là một phần
rất nhỏ của các loại "ánh sáng" gọi chung là sóng điện từ
(electromagnetic waves). Những sóng này vừa dao động (rung) vừa truyền
trong không gian với một tốc độ rất nhanh, như chúng ta đã biết, khoảng
300000 cây số trong một giây đồng hồ. Số rung trong một giây đồng hồ
được gọi là tần số rung của sóng. Các sóng này có thể rung tương đối
chậm, có tần số khoảng một triệu lần (chu kỳ) trong một giây, đó là các
sóng phát thanh ngắn (radio short waves), hoặc rung rất nhanh, khoảng
một triệu tỷ tỷ chu kỳ trong một giây, đó là những tia quang tuyến X,
tia Gamma. Khoảng cách sóng truyền đi trong không gian sau mỗi chu kỳ
(một lần rung) gọi là độ dài sóng (wavelength). Độ dài sóng của các tia
X, tia Gamma chỉ vào khoảng một-phần-triệu-tỷ mét, nghĩa là vô cùng nhỏ,
ta có thể tạm coi là 0. Các sóng phát thanh ngắn có độ dài sóng vào
khoảng 100 mét. Vậy nếu ta biểu diễn độ dài sóng của các loại ánh sáng
trên một trục ngang, từ 0 tới 100 mét, nghĩa là trên một đoạn dài 100
mét, thì phạm vi ánh sáng mà chúng ta có thể nhìn thấy được bằng đôi mắt
trần chỉ chưa tới một phần ngàn của một ly mét, hay là một phần triệu
của một mét, trong khoảng từ 0,4 phần triệu của một mét (tương ứng với
ánh sáng tím) tới 0,6 phần triệu của một mét (tương ứng với ánh sáng màu
đỏ), một chấm nhỏ mà mắt con người không thể nào nhìn thấy được. Vâng,
chỉ như vậy thôi, và các con số trên không lạ gì với các học sinh trung
học.
Trở lại hiệu ứng Doppler, chúng ta chắc ai
cũng có kinh nghiệm nghe tiếng còi của xe cứu thương hay xe cảnh sát
thay đổi khi xe tiến lại gần, qua ta và rồi di chuyển ra xa. Tiếng còi
nghe cao dần khi xe tiến lại gần ta và rồi trở thành trầm dần khi rời xa
ta. Hiện tượng này chính là hiệu ứng Doppler, sóng âm thanh co lại hoặc
dãn ra tùy theo âm thanh đó tiến lại gần ta hay rời xa ta. Vì sóng âm
thanh di chuyển trong không gian với một vận tốc cố định nên âm thanh
cao rung nhanh hơn và tương ứng với độ dài sóng ngắn hơn, và âm thanh
trầm rung chậm hơn và tương ứng với độ dài sóng dài hơn. Sóng ánh sáng
cũng vậy, truyền trong không gian với một vận tốc cố định. Cho nên khi
quang phổ của ánh sáng, phát ra từ các thiên hà, chuyển sang phía đỏ,
nghĩa là phía những sóng ánh sáng có độ dài sóng dài hơn, thì chúng ta
có thể kết luận là các thiên hà đang di chuyển càng ngày càng xa chúng
ta. Điều này có nghĩa là vũ trụ không phải là thường hằng, luôn luôn như
vậy, không thay đổi, mà là đang nở rộng ra. Ngoài ra, Hubble cũng còn
khám phá ra một định luật mang tên ông (Hubble's law): rằng vận tốc di
chuyển ra xa của các thiên hà thì tỷ lệ với khoảng cách giữa thiên hà và
trái đất. Thí dụ, một thiên hà A ở xa trái đất gấp đôi thiên hà B thì
vận tốc di chuyển của thiên hà A sẽ nhanh gấp đôi vận tốc di chuyển của
thiên hà B.
Vậy, nếu ngày nay chúng ta có bằng chứng
khoa học rằng vũ trụ đang nở rộng thì đi ngược thời gian chúng ta có thể
tưởng tượng rằng vũ trụ trước đây nhỏ hơn bây giờ, trong đó các thiên
hà gần nhau hơn. Tiếp tục đi ngược thời gian, chúng ta có thể thấy rằng,
một thời nào đó, các thiên hà phải rất gần nhau, chồng chất lên nhau,
không còn khoảng không gian nào giữa các thiên hà hay vật chất trong vũ
trụ. Luận cứ này đưa tới quan niệm về Big Bang: vũ trụ thành hình do một
sự nổ bùng lớn của một dị điểm vô cùng đặc, vô cùng nóng (vì tất cả vật
chất trong vũ trụ được ép lại thành một điểm). Nóng bao nhiêu độ và đặc
như thế nào, các khoa học gia đã tính ra được nhiệt độ và tỉ trọng của
dị điểm này, tôi sẽ đưa ra vài con số trong một đoạn sau.
Quan niệm về một Big Bang không hẳn là khó
hiểu, vì chúng ta có những hình ảnh tương tự, thí dụ như một chiếc pháo
bông nổ trên trời, một quả bom nổ văng ra những mảnh bom có thể rất xa
và khắp mọi hướng v.v... Chỉ có một điều khác biệt, pháo bông hay bom nổ
xảy ra trong một khoảng không gian đã có sẵn, còn Big Bang là sự nổ
bùng của một dị điểm cùng lúc tạo ra không gian và thời gian. Những khái
niệm thông thường về thời gian và không gian mà chúng ta thường hiểu
không áp dụng được trước khi Big Bang bùng nổ. Cho nên, câu hỏi: "vào
thời điểm nào và dị điểm nằm ở đâu để mà bùng nổ?" hoàn toàn không có
nghĩa, ít ra là đối với những khoa học gia.
Thật ra, sự nở rộng của vũ trụ đã được
tiên đoán trong thuyết Tương Đối của nhà Vật Lý Học Albert Einstein.
Những phương trình toán học trong thuyết Tương Đối suy rộng (General
Theory of Relativity) của Einstein đã tiên đoán hiện tượng này. Nhưng
vào thời điểm cuối thập niên 1910, quan niệm của các khoa học gia Tây
Phương về một vũ trụ thường hằng, luôn luôn như vậy không thay đổi từ vô
thỉ đến vô chung, một quan niệm mà thực chất là bác bỏ thuyết sáng tạo
của Ki Tô Giáo, đã ăn sâu vào đầu óc của mọi người, kể cả Einstein. Cho
nên, trong những phương trình toán học của thuyết Tương Đối, thay vì
trình bày sự tiên đoán trên, Einstein đã cho vào các phương trình toán
học của ông một hằng số vũ trụ (cosmic constant) để triệt tiêu sự nở
rộng của vũ trụ. Về sau, Einstein công nhận đó là một sai lầm lớn nhất
(biggest blunder) trong suốt cuộc đời phục vụ cho khoa học của ông. Tuy
vậy, Einstein vẫn được cả thế giới tôn vinh là một khoa học gia vĩ đại
nhất của thế kỷ 20.
Muốn hiểu tại sao thế giới lại tôn vinh
Einstein như trên, có lẽ chúng ta cũng nên biết qua thuyết Tương Đối của
Einstein và chỗ đứng của thuyết này trong thuyết Big Bang. Năm 1905,
Einstein đưa ra thuyết tương đối hẹp (Special theory of Relativity) để
giải thích bản chất của không gian và thời gian. Thuyết này, ngoài sự
chứng minh tính chất tương đối của không gian và thới gian, còn cho
chúng ta biết vận tốc của ánh sáng, thường được viết bằng ký hiệu c, là
một vận tốc giới hạn, nghĩa là không có gì có thể di chuyển nhanh hơn
ánh sáng, do đó vận tốc của ánh sáng là một hằng số tuyệt đối (absolute
constant). Einstein cũng cho chúng ta biết sự tương quan giữa năng lượng
(energy) và vật chất (matter) qua phương trình E = mc2, E là năng lượng
tương ứng với khối lượng m của vật chất, và c là vận tốc của ánh sáng.
Một điểm đặc biệt khác của thuyết tương đối hẹp của Einstein là thuyết
này đã tổ hợp không gian và thời gian thành một miền chung có tên khoa
học là miền liên tục khônggian - thờigian (spacetime continuum), được mô
tả bởi một tập hợp các phương trình. Miền liên tục không gian -
thờigian này thành ra có 4 chiều, 3 chiều cho không gian và một chiều
cho thời gian. Đầu óc của chúng ta đã quen với một không gian 3 chiều
trong đó 3 trục ngang, dọc, và thẳng đứng thẳng góc với nhau, nên chúng
ta khó có thể quan niệm một trục thứ tư, trục thời gian, thẳng góc với
cả 3 trục trên. Nhưng những phương trình toán học trong thuyết tương đối
hẹp của Einstein lại cho chúng ta "thấy" rõ rằng miền liên tục
khônggian - thờigian đúng là như vậy, vì trong những phương trình này,
chiều thứ tư, chiều thời gian, bằng cách nào đó lại dính đến những
khoảng cách âm (negative distances), biểu thị bằng một dấu trừ trước
thông số thời gian, ký hiệu là t, trong các phương trình. Không đi vào
chi thiết phức tạp của các phương trình toán học, chúng ta có thể dùng
một hình ảnh giản dị hơn để có một khái niệm về miền liên tục 4 chiều.
Chúng ta hãy tưởng tượng miền liên tục
khônggian - thờigian này giống như một tờ cao su rộng, được căng thẳng
như mặt trống chẳng hạn. Trên mặt tấm cao su này chúng ta hãy vẽ một
trục biểu thị sự chuyển động trong không gian, và một trục thẳng góc với
trục trên biểu thị sự chuyển động trong thời gian. Nói một cách toán
học thì 3 chiều trong không gian đều tương đương như nhau, nên chúng ta
có thể tưởng tượng một trục có thể tượng trưng cho cả 3. Bây giờ chúng
ta hãy lăn một viên bi trên tấm cao su đó, chúng ta có hình ảnh của một
vật chuyển động trong miền liên tục không gian - thời gian.
Nhưng đây là sự chuyển động của một vật
trong một mẫu khônggian - thờigian phẳng lì (flat spacetime), nghĩa là
trong không gian và thời gian thuần túy. Thực tế là, trong vũ trụ không
phải chỉ có không gian không, mà còn có hằng hà sa số các thiên hà như
chúng ta đã biết. Do đó, Einstein đã để ra 10 năm để nghiên cứu, tìm
cách đưa tác dụng của trọng trường, nghĩa là ảnh hưởng của vật chất, vào
trong thuyết tương đối của ông. Ông đã thành công năm 1915 với kết quả
là thuyết tương đối rộng (General theory of relativity), một thuyết có
thể giải thích, mô tả sự tương quan giữa không gian, thời gian, và vật
chất, nghĩa là vũ trụ.
Muốn hiểu ảnh hưởng của vật chất trong
việc giải thích vũ trụ, chúng ta hãy lấy lại mẫu khônggian - thờigian
phẳng lì trên, và trên tấm cao su căng thẳng chúng ta hãy đặt một khối
nặng trên đó. Hiển nhiên là tấm cao su sẽ bị trũng xuống nơi chúng ta
đặt khối nặng trên. Lăn một viên bi trên tấm cao su theo một đường thẳng
qua gần khối nặng trên, viên bi không di chuyển theo đường thẳng mà lại
quẹo vào gần chỗ trũng trên tấm cao su rồi tiếp tục di chuyển trên quỹ
đạo đã bị uốn cong này. Điều này chứng tỏ khônggian - thờigian bị uốn
cong và biến dạng bởi những vật nặng, thí dụ như mặt trời, trong đó, và
quỹ đạo của bất cứ cái gì, kể cả ánh sáng, di chuyển qua và gần vật nặng
đó cũng bị uốn cong trong cái vùng biến dạng của khônggian - thờigian.
Hiện tượng này đã được kiểm chứng và đo được một cách khá chính xác.
Ngay từ năm 1919, các nhà vũ trụ học đã có thể đo được mức độ uốn cong
của ánh sáng khi đi qua gần mặt trời. Thuyết tương đối của Einstein đã
tiên đoán rất đúng mức độ uốn cong này.
Sau sự khám phá của Hubble là vũ trụ đang
nở rộng, các khoa học gia đã dùng lại những phương trình toán học của
Einstein, bỏ đi cái hằng số vũ trụ mà Einstein cho vào để triệt tiêu sự
nở rộng của vũ trụ. Kết quả là các phương trình này mô tả rất chính xác
vũ trụ của chúng ta.
Thật ra thì người đầu tiên dùng những
phương trình toán học trong thuyết tương đối của Einstein để đưa ra một
thuyết về nguồn gốc của vũ trụ mà ngày nay chúng ta gọi là Big Bang là
một linh mục người Bỉ tên là George Lemaitre. Nhưng Lemaitre chỉ dùng
những phương trình này để tính ngược tới một thời điểm mà vũ trụ được
thu gọn trong một trái cầu lớn hơn mặt trời khoảng 30 lần mà ông ta gọi
là "nguyên tử đầu tiên" (primeval atom), còn được biết dưới danh từ
"trứng vũ trụ" (cosmic egg). Theo Lemaitre thì, vì những lý do không rõ,
trái trứng vũ trụ này nổ bùng tạo thành vũ trụ của chúng ta ngày nay.
Nhưng các phương trình của Einstein lại cho phép chúng ta đi ngược thời
gian xa hơn nữa, tới một thời điểm mà tất cả vũ trụ được thu gọn trong
một điểm mà danh từ khoa học gọi là "dị điểm" (singularity), một thời
điểm vào khoảng 0.0001 (một phần mười ngàn) của một giây đồng hồ (10-4
sec.) sau khi dị điểm bùng nổ, khi đó nhiệt độ của dị điểm là khoảng
1000000000000 (một ngàn tỷ) độ tuyệt đối (1012 oK), nhiệt độ tuyệt đối K
cao hơn nhiệt độ bách phân C là 273.16 độ, do đó 0 độ K tương
đương với -273.16 độ bách phân C, và tỷ trọng của dị điểm là
100000000000000 (một trăm ngàn tỷ) gram (1014 g) cho một phân khối. Để
có môt ý niệm về các con số trên, nhiệt độ ngoài biên của mặt trời chỉ
vào khoảng 6000 độ, và tỷ trọng của nước chỉ là 1 gram cho một phân
khối. Một điểm quan trọng trong thuyết Big Bang mà chúng ta cần hiểu là:
không phải dị điểm nổ bùng và nở rộng trong một không gian hay vũ trụ
có sẵn, thí dụ như pháo bông nổ trên trời, mà là thời gian và không gian
được gói ghém trong dị điểm, nghĩa là thời gian và không gian của vũ
trụ ngày nay được sinh ra cùng với sự nổ bùng của dị điểm.
Sự kiện vũ trụ đang nở rộng đã là một sự
kiện khoa học, không ai có thể phủ nhận. Nhưng sự kiện này có phải là
"tiếng nói cuối cùng" của các khoa học gia về thuyết Big Bang hay không?
Không hẳn, vì thuyết Big Bang lại đưa đến nhiều vấn đề khác cần phải
kiểm chứng để cho thuyết này được công nhận.
Cũng vì vậy mà trong thập niên 1940,
George Gamow đã từ thuyết Big Bang tiến thêm một bước và tiên đoán sự
hiện hữu của một bức xạ nền (background radiation) trong vũ trụ. Gamow
áp dụng môn vật lý nguyên lượng (quantum physics) vào việc khảo sát
những sự tương tác hạt nhân (nuclear interactions) phải xảy ra trong quả
cầu lửa khi Big Bang vừa mới nổ chưa được một giây đồng hồ. Khi đó, quả
cầu lửa, do dị điểm nổ tung ra, gồm các hạt nhân của nguyên tử
hydrogen, còn gọi là dương tử (proton), trung hòa tử (neutron), điện tử
(electron), và các hạt khác. Gamow tính ra rằng vào khoảng 25% các hạt
proton được biến cải thành hạt alpha, nhân của nguyên tử Helium, gồm 2
proton và 2 neutron, phù hợp với sự cấu tạo của các ngôi sao được thành
lập khi vũ trụ mới thành hình, được ghi nhận trên các quang phổ ánh sáng
của các ngôi sao này. Kết quả là quả cầu lửa vô cùng nóng này chứa đầy
ánh sáng (bức xạ) có độ dài sóng ngắn dưới dạng tia X và tia Gamma.
Gamow và nhóm nghiên cứu của ông kết luận là những bức xạ ban khai này
của Big Bang, dù đã nguội đi rất nhiều qua mười mấy tỷ năm, nhưng vì
không thể thất thoát đi đâu được, nên vẫn còn tồn tại đầy trong vũ trụ
hiện nay, tạo thành một bức xạ nền, nghĩa là bức xạ có khắp mọi nơi
trong vũ trụ. Đây chính là dấu tích của Big Bang để lại, nếu thực sự vũ
trụ này sinh ra từ một Big Bang.
Muốn dễ hiểu chúng ta hãy tưởng tượng một
quả bong bóng chứa đầy không khí. Khi quả bong bóng nở phồng ra thì
không khí trong đó cũng loãng ra vì phải chiếm một thể tích lớn hơn.
Tương tự, khi vũ trụ càng ngày càng nở rộng ra thì mật độ (density) của
các bức xạ trên cũng phải càng ngày càng giảm đi. Nói cách khác, các
bức xạ có độ dài sóng ngắn như tia X, tia Gamma cùng dãn ra với vũ trụ,
do đó chuyển dần thành những bức xạ có độ dài sóng dài hơn. Sự khác biệt
quan trọng nhất giữa những bức xạ có độ dài sóng ngắn và độ dài sóng
dài là năng lượng kết hợp với bức xạ có độ dài sóng ngắn thì cao hơn là
năng lượng kết hợp với bức xạ có độ dài sóng dài. Chúng ta đã biết, tia
X có sức xuyên thấu cao, có thể làm nguy hại đến các tế bào trong cơ
thể, trong khi ánh sáng thường trong bóng mát không có ảnh hưởng gì tới
cơ thể. Khi vũ trụ nở rộng thì vì sự chuyển sang phía độ dài sóng dài
của các bức xạ nền trong vũ trụ, và nếu chúng ta biết nhiệt độ ban khai
của Big Bang và tuổi của vũ trụ thì chúng ta có thể tính ra nhiệt độ của
bức xạ nền trong vũ trụ.
Năm 1948, hai sinh viên trong nhóm nghiên
cứu của Gamow là Ralph Alpher và Robert Herman đã tính ra được nhiệt độ
tương ứng với bức xạ nền này vào khoảng 500K, nghĩa là -268 độ Celsius
hay nhiệt độ bách phân (dưới nhiệt độ 00 của nước đá 268 độ). Lẽ dĩ
nhiên, kết quả này tùy thuộc nhiệt độ ban đầu của Big Bang và tuổi của
vũ trụ, vì chúng ta có thể tính ra nhiệt độ của bức xạ nền hiện nay bằng
cách lấy nhiệt độ ban khai của Big Bang chia cho căn số bậc hai của
tuổi vũ trụ, tính bằng giây đồng hồ.
Sự tiên đoán lý thuyết của Gamow và nhóm
nghiên cứu của ông về một bức xạ nền, dấu tích của Big Bang để lại,
không được giới khoa học để ý đến nhiều, tuy cũng có vài nhóm nghiên cứu
khác tính ra nhiệt độ của bức xạ nền là vào khoảng vài độ tuyệt đối.
Một phần vì chưa có kỹ thuật đo nhiệt độ thấp (khoảng -2700 C) nên không
thể kiểm chứng tiên đoán của Gamow, một phần vì thuyết Big Bang chưa có
tính cách hoàn toàn thuyết phục. Mãi tới năm 1965, Arno Penzias và
Robert Wilson ở trung tâm khảo cứu của hãng Bell (Bell Research
Laboratories), thiết kế một cái ăng-ten lớn hình loa để dùng trong sự
liên lạc viễn thông với các vệ tinh, ngẫu nhiên dò ra được một loại âm
thanh vi sóng vô tuyến thuần nhất trong chín phương trời, mười phương
Phật (microwave radio noise coming uniformly from all over the sky). Âm
thanh này chính là bức xạ nền đã tiên đoán bởi Gamow trước đó hơn 20
năm. Thực nghiệm đã kiểm chứng lý thuyết, và điều này đã thuyết phục hầu
hết các nhà vũ trụ học về quan niệm vũ trụ sinh ra từ một Big Bang.
Penzias và Wilson được trao tặng giải Nobel vào năm 1978 về những khám
phá tình cờ này. 20 năm tiếp theo sự khám phá của Penzias và Wilson,
nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã đổ xô vào việc kiểm chứng sự hiện
hữu của bức xạ nền, dấu tích của Big Bang để lại, và ngày nay, nhiệt độ
của bức xạ nền được mọi người công nhận là 2.70K.
Tới đây, có lẽ chúng ta cho rằng câu
chuyện Big Bang đã dứt khoát, không còn ai có thể nghi ngờ gì nữa về
nguồn gốc của vũ trụ, trừ những người mê mẩn với thuyết sáng tạo
(creationist). Không hẳn vậy, vì tới thập niên 1980, các nhà vũ trụ học
không cảm thấy hoàn toàn hài lòng về những kết quả liên hệ tới một bức
xạ nền trong vũ trụ. Sự hiện hữu của một bức xạ nền đã được kiểm chứng
dứt khoát, nhưng vấn đề là nó nhuyễn quá (too smooth), nó đồng đều khắp
mọi phương trong vũ trụ. Bất kể đo từ hướng nào nó cũng như nhau, thuần
nhất (uniform). Điều này làm cho các nhà vũ trụ học bối rối. Vì, nếu
trong vũ trụ nở rộng này chỉ có toàn là bức xạ thì sự thuần nhất của bức
xạ nền không thành vấn đề. Nhưng chúng ta đã biết, trong vũ trụ có cả
tỷ thiên hà, và mỗi thiên hà có đến cả tỷ ngôi sao, nghĩa là trong vũ
trụ có những lượng vật chất rất lớn. Theo các nhà vũ trụ học thì sự hiện
hữu của những khối lượng vật chất lớn, vô cùng lớn, trong vũ trụ sẽ tạo
ra những vân (ripples) trong bức xạ nền, nghĩa là bức xạ nền không thể
nào quá nhuyễn mà phải không đồng đều, dù sự sai biệt này vô cùng nhỏ.
Điều này sẽ gây nên những vân trong bức xạ nền, nghĩa là bức xạ nền
không thể quá nhuyễn như những kết quả đo lường đã chứng tỏ. Đây chính
là mắt xích cuối cùng trong việc xác định thuyết Big Bang, không kiếm
được cái mắt xích này, thuyết Big Bang không có căn bản vững chắc. Các
khoa học gia đã hầu như thất vọng vì kỹ thuật trong đầu thập niên 1990
không thể kiểm chứng được sự hiện hữu của các vân trong bức xạ nền.
Nhưng vào tháng 4 năm 1992, vệ tinh COBE (COsmic Background Explorer)
của cơ quan thám hiểm không gian Hoa Kỳ (NASA) đã dò ra được những vân
trong bức xạ nền với những sai biệt đúng như sự tiên đoán của các khoa
học gia. Thuyết Big Bang không còn là một thuyết nữa mà trở thành một sự
kiện khoa học (scientific fact) và cả thế giới đều công nhận sự kiện
này về nguồn gốc của vũ trụ.
Muốn hiểu tường tận thuyết Big Bang qua
những bằng chứng toán học và vật lý thì có vẻ khó, nhưng muốn "thấy" Big
Bang thì không phải là chuyện khó khăn. Chúng ta chỉ cần mở TV, vặn vào
một đài số không có trong chương trình TV, chúng ta sẽ nghe thấy tiếng
xào xạo và thấy ánh sáng nhấp nháy trên màn huỳnh quang. 1% của loại
tiếng ồn và ánh sáng nhấp nháy này là từ bức xạ nền, dấu tích của Big
Bang để lại trong khắp vũ trụ từ hơn 15 tỷ năm nay.
Một mặt khác, những đêm trời quang, mưa
tạnh, chúng ta chỉ cần nhìn lên những khoảng tối giữa các vị sao trên
trời là có thể thấy ngay Big Bang trên đó. Không đi vào chi tiết, chúng
ta đã biết, cho tới thập niên 1920, quan niệm về vũ trụ là một vũ trụ
thường hằng, vô cùng tận, luôn luôn như vậy với hàng tỷ tỷ ngôi sao khắp
mọi nơi. Theo quan niệm này thì ban đêm trời phải sáng vì nhìn theo bất
cứ hướng nào trong vũ trụ ta cũng thấy một vị sao. Cho nên câu hỏi "tại
sao ban đêm trời lại tối" mà Olbers đưa ra như một nghịch lý (Olbers'
paradox) trong thế kỷ 19, đã là mối thắc mắc của các khoa học gia và
triết gia trong nhiều thế kỷ. Lẽ dĩ nhiên, đối với những người thường
như chúng ta thì khi được hỏi: "Anh nhỉ, tại sao ban đêm trời lại tối?",
câu trả lời rất có thể là: "À, trời tối để anh có thể nhìn thấy ánh mắt
em lấp lánh như sao trên trời." Nhưng các khoa học gia có vẻ như không
thỏa mãn với câu trả lời đầy vẻ thơ mộng trên, cho nên vẫn tìm cách giải
thích câu hỏi “Tại sao ban đêm trời lại tối?”
Mãi khi thuyết Big Bang ra đời, các khoa
học gia mới giải thích được nghịch lý này: Vì vũ trụ luôn luôn nở rộng
làm cho ánh sáng từ các ngôi sao chuyển sang phía đỏ, vì vũ trụ mới sinh
ra từ một Big Bang cách đây khoảng 15 tỷ năm nên chưa đủ thời gian để
cho ánh sáng từ các thiên hà xa hơn nữa, nếu có, truyền tới mặt đất, và
vì các ngôi sao không phải là cứ sống mãi mãi, trước sau gì cũng phải
chết đi như vạn pháp trong vũ trụ.
Trên đây là tóm tắt câu chuyện “Big Bang”,
nguồn gốc của vũ trụ mà ngày nay không còn ai có thể phủ nhận trừ những
người có đầu óc tương đương với đầu óc của những người thuộc thời Trung
Cổ ở Âu Châu, cần được chăn dắt, bảo sao nghe vậy.
Thật vậy, ngày 30 tháng 4, 2001, báo
Chicago tribune loan tin “Những nhà thiên văn của đại học Chicago đã phổ
biến những kết quả đo lường chi tiết về những vân trong bức xạ nền
(background radiation) còn lại từ khi vũ trụ sinh ra từ một Big Bang.”
(University of Chicago astronomers on Sunday released finely detailed
measurements of radiation from the birth of the universe, capturing an
unprecedented snapshot of acoustic waves rippling from the cataclysm of
Big Bang). Những kết quả này đã kiểm chứng bằng chứng là vũ trụ đã sinh
ra từ một Big Bang (Evidence of cosmic explosive growth).
Và ngày 12 tháng 2, 2003, báo chí cũng như
các đài TV Mỹ đã loan tin là cơ quan thám hiểm không gian Hoa Kỳ (NASA)
đã đưa ra những hình ảnh chụp bởi vệ tinh Microwave Anisotropy Probe
(MAP), được phóng lên không gian vào tháng 6, 2001, lên xa trái đất 1
triệu 6 trăm ngàn cây số (1.6 MKm), về một vũ trụ ở thời điểm vài ngàn
năm sau Big Bang, 200 triệu năm sau, và 13,7 tỷ năm sau. Những hình ảnh
này đưa đến sự định tuổi chính xác nhất của vũ trụ là 13,7 tỷ năm và
thời gian này chiếm nửa đời sống của vũ trụ, nghĩa là vũ trụ này chỉ còn
tồn tại khoảng 14 tỷ năm nũa thôi. (Universe: Data reveal birth, life,
eventual end [The remarkable portraits capturing the afterglow of the
Big Bang – called the cosmic microwave background – were released by
NASA on Tuesday. They provide the most accurate dating of the universe’s
birth – 13.7 billion years ago – and suggest that it is now going
through a midlife crisis])
Theo: Phật giáo và Khoa học
Vũ trụ không xuất hiện âm thầm mà thông qua một vụ nổ! Ít nhất,
đó là điều chúng ta thường được nghe: Vũ trụ và mọi thứ trong vũ trụ ra
đời tại thời điểm Big Bang (Vụ nổ lớn) xảy ra. Thật không may, đây là
một sai lầm. Giới khoa học đã nhận ra điều này từ gần 40 năm trước.
Vũ trụ
không xuất hiện âm thầm mà thông qua một vụ nổ! Ít nhất, đó là điều
chúng ta thường được nghe: Vũ trụ và mọi thứ trong vũ trụ ra đời tại
thời điểm Big Bang (Vụ nổ lớn) xảy ra.
Không gian, thời gian,
tất cả vật chất và năng lượng bên trong bắt đầu từ một điểm duy nhất,
sau đó dãn nở và nguội đi từ đó hình thành nên thời gian hàng tỷ năm đến
các nguyên tử, vì sao, thiên hà và siêu thiên hà trải rộng trên hàng tỷ
năm ánh sáng – chính là Vũ trụ hiện hữu của chúng ta.
Bức tranh
tráng lệ và đầy hấp dẫn đó giải thích rất nhiều điều về những thứ chúng
ta thấy được, từ cấu trúc quy mô lớn của hai nghìn tỷ thiên hà trong Vũ
trụ đến bức xạ tàn dư từ vụ nổ nhiễm vào mọi vật thể sống. Thật không
may, đây là một sai lầm. Giới khoa học đã nhận ra điều này từ gần 40 năm
trước.
Theo
ghi chép của Vesto Slipher, nếu khoảng cách của một thiên hà tới chúng
ta càng lớn, nó chuyển động ra xa chúng ta càng nhanh. Trong nhiều năm,
điều này không thống nhất với Big Bang, cho đến khi Hubble cho phép
chúng ta quan sát và sắp xếp các mảnh ghép lại với nhau: Vũ trụ đang mở
rộng.VESTO SLIPHER, (1917): PROC. AMER. PHIL. SOC, 56, 403
Ý
tưởng về Big Bang lần đầu xuất hiện vào những năm 1920 và 1930. Khi
quan sát các thiên hà xa xôi, giới khoa học phát hiện ra điều khác
thường: các thiên hà càng cách xa chúng ta, dường như các thiên hà đó
càng nhanh di chuyển ra xa chúng ta hơn.
Theo các tiên đoán của
Thuyết tương đối rộng của Einstein, một vũ trụ tĩnh sẽ không ổn định về
mặt trọng lực; mọi thứ hoặc cần phải di chuyển ra xa nhau hoặc hút về
phía nhau nếu lưới không gian tuân theo định luật Einstein.
Quan
sát sự suy giảm này cho chúng ta biết rằng Vũ trụ đang mở rộng, và sau
này, những thứ ngày càng cách xa nhau theo thời gian đã từng ở rất gần
nhau trong quá khứ xa xưa.
Nếu
bạn càng nhìn xa và xa hơn nữa, bạn cũng nhìn xa hơn về quá khứ. Bạn
càng đi về trước đó, vũ trụ hóa ra càng nóng, đậm đặc hơn và ítbiến
hóahơn. Nguồn: NASA/STSCI/A. FELID
Vũ trụ đang dãn nở
không chỉ khiến khoảng cách giữa mọi thứ ngày càng xa hơn, mà còn khiến
bước sóng dần trải dài ra theo bước chân chúng ta du hành đến thời gian
phía trước. Vì bước sóng quyết định năng lượng (bước sóng ngắn hơn có
nhiều năng lượng hơn), điều đó có nghĩa là nhiệt độ Vũ trụ giảm theo
thời gian và do đó mọi thứ đã từng nóng hơn trong quá khứ.
Ngoại
suy điều này một khoảng đủ xa về quá khứ, bạn sẽ đến một thời điểm mà
mọi thứ quá nóng đến mức thậm chí không thể hình thành các nguyên tử
trung hòa. Nếu giả thuyết này chính xác, chúng ta sẽ thấy bức xạ tàn dư
ngày nay, theo mọi hướng, đã nguội chỉ một vài độ trên độ 0 tuyệt đối.
Việc
nền vi sóng vũ trụ này được phát hiện bởi Arno Penzias và Bob Wilson
vào năm 1964 là xác nhận đầy thuyết phục cho giả thuyết Big Bang.
Theo
các các quan sát ban đầu của Penzias và Wilson, mặt phẳng thiên hà phát
ra một số nguồn phóng xạ vật lý thiên văn (trung tâm), nhưng ở phía
trên và dưới, tất cả những gì còn lại là một nền bức xạ đồng nhất gần
như hoàn hảo. Nguồn: Đội nghiên cứu khoa học WMAP thuộc NASA
Do
đó, rất thú vị khi tiếp tục ngoại suy ngược thời gian, khi Vũ trụ thậm
chí còn nhỏ hơn và nóng đặc hơn. Nếu tiếp tục ngoại suy ngược, bạn sẽ
thấy:
• Một thời điểm mà Vũ trụ quá nóng để hình thành hạt nhân
nguyên tử, và bức xạ quá nóng đến mức bất kỳ mối liên kết nào giữa các
proton và neutron cũng bị nổ tung.
• Một thời điểm mà các cặp vật
chất và phi vật chất có thể tự hình thành, khi Vũ trụ tràn đầy năng
lượng đến nỗi các cặp hạt/phản hạt có thể được tạo ra một cách tự nhiên.
•
Một thời điểm mà các proton và neutron riêng biệt phân hủy thành trạng
thái plasma quark-gluon, khi nhiệt độ và mật độ cao đến nỗi Vũ trụ trở
nên đậm đặc hơn vùng bên trong một hạt nhân nguyên tử.
• Và cuối
cùng, một thời điểm mà mật độ và nhiệt độ tăng đến các giá trị vô hạn,
khi tất cả vật chất và năng lượng trong Vũ trụ được chứa trong một điểm
duy nhất: nút thắt kỳ dị.
Điểm cuối cùng này – nút thắt kỳ dị là
nơi mà các định luật vật lý bị phá vỡ - hiện được xem là nguồn gốc của
không gian và thời gian. Đây là ý tưởng cuối cùng của Big Bang.
Nếu
chúng ta ngoại suy rất xa, chúng ta đến được các trạng thái đặc nóng
hơn tại thời điểm sớm hơn. Đây có phải là trạng thái cuối cùng của nút
thắt kỳ dị, nơi mà các định luật vật lý tự phá vỡ? Nguồn:
NASA/CXC/M.WEISS
Tất nhiên, tất cả mọi thứ, ngoại trừ
điểm cuối cùng trên, đã được xác nhận là đúng! Chúng tôi đã tạo được các
plasma quark-gluon và cặp phản vật chất trong phòng thí nghiệm; cũng
như tính toán các yếu tố ánh sáng được hình thành và độ phong phú tại
thời kỳ sơ khai của Vũ trụ, thực hiện các phép đo và thấy rằng chúng đều
phù hợp với các dự đoán từ vụ nổ Big Bang.
Xa hơn nữa, chúng tôi
đã đo được sự biến động của nền vi sóng vũ trụ và xem xét cách thức các
cấu trúc liên kết hấp dẫn như sự hình thành và phát triển của các vì
sao và thiên hà. Quan sát tất cả những điều trên, chúng tôi đều tìm thấy
sự thống nhất lớn giữa lý thuyết và quan sát. Big Bang dường như là đáp
án cho câu hỏi về sự hình thành của Vũ trụ.
Các
biến động mật độ trong nền vi sóng vũ trụ cung cấp hạt giống hình thành
nên cấu trúc vũ trụ hiện đại, bao gồm các ngôi sao, thiên hà, cụm thiên
hà, đường phân chia và khoảng trống bức xạ quy mô lớn. Nguồn: CHRIS
BLAKE VÀ SAM MOORFIELD
Tuy nhiên trên một số phương diện vẫn có sự khác biệt. Ba điều đặc biệt sau mà bạn mong chờ từ Big Bang đã không xảy ra. Cụ thể:
1.
Nhiệt độ Vũ trụ là như nhau tại các hướng khác nhau, mặc dù một khu vực
cách vụ nổ hàng tỷ năm ánh sáng theo một hướng không bao giờ (kể từ Big
Bang) tương tác hoặc trao đổi thông tin với một khu vực hàng tỷ năm ánh
sáng ở hướng ngược lại.
2. Vũ trụ không có độ cong không gian đo
được khác với 0, mặc dù Vũ trụ hoàn toàn phẳng trong không gian đòi hỏi
một sự cân bằng hoàn hảo giữa việc dãn nở ban đầu và mật độ vật chất và
bức xạ.
3. Vũ trụ không còn tồn tại bất kỳ tàn dư có năng lượng
cực cao nào còn sót lại từ những thời điểm sớm nhất, mặc dù nhiệt độ có
thể tạo ra những tàn dư này đã tồn tại nếu Vũ trụ đã từng rất nóng.
Các
nhà lý thuyết nghiên cứu vấn đề này bắt đầu nghĩ đến các giả thuyết
thay thế cho một "nút thắt kỳ dị" của Big Bang, cũng như điều gì có thể
tái tạo trạng thái đặc nóng, dãn nở và đang nguội đi trong khi những
người khác tránh đề cập những vấn đề này. Tháng 12/1979, Alan Guth đã
tìm ra đáp án.
Trong
một Vũ trụ đang phồng lên, năng lượng vốn có trong không gian, gây ra
sự dãn nở theo cấp số mũ. Luôn luôn có một xác suất khác 0 mà quá trình
lạm phát sẽ kết thúc (được biểu thị bằng dấu 'X' màu đỏ) vào bất cứ lúc
nào, dẫn đến trạng thái đặc nóng của vũ trụ đầy vật chất và bức xạ.
Nhưng ở những khu vực không diễn ra sự kết thúc, không gian tiếp tục
phồng lên. Nguồn: BEYOND GALAXY – Tác giả: E. SIEGEL
Thay
vì một trạng thái đặc nóng ngẫu nhiên, Vũ trụ có thể bắt đầu từ một
trạng thái không có vật chất, không có bức xạ, không phản vật chất,
không có neutrino, và bất cứ hạt nào. Tất cả năng lượng trong Vũ trụ có
thể liên kết chặt chẽ với chính lưới không gian: một dạng năng lượng
chân không, khiến Vũ trụ dãn nở với tốc độ theo cấp số mũ.
Trong
trạng thái vũ trụ này, biến động lượng tử vẫn tồn tại, và vì vậy khi
không gian mở rộng, những dao động này sẽ kéo dài trên toàn Vũ trụ, tạo
ra các vùng có mật độ năng lượng trung bình nhiều hơn hoặc ít hơn một
chút.
Và cuối cùng, khi giai đoạn phình to này của vũ trụ chấm
dứt, năng lượng đó sẽ được biến đổi thành vật chất và bức xạ, tạo ra
trạng thái đặc nóng tương đồng với vụ nổ Big Bang.
Các
biến động lượng tử vốn có trong không gian, trải dài khắp vũ trụ trong
quá trình phình to, để lại dấu vết của sự biến động mật độ trên nền vi
sóng vũ trụ, từ đó dẫn đến sự xuất hiện của các ngôi sao, thiên hà và
cấu trúc rộng lớn khác trong Vũ trụ ngày nay. Nguồn: Tác giả E. SIEGEL,
Ảnh: TỪ KÍNH THIÊN VĂN PLANCK CỦA CƠ QUAN VŨ TRỤ CHÂU ÂU VÀ NHIỆM VỤ
LIÊN CƠ QUAN CỦA NSF TRONG NGHIÊN CỨU NỀN VI SÓNG VŨ TRỤ/NASA/BỘ NĂNG
LƯỢNG HOA KỲ
Điều này được coi là một ý tưởng hấp dẫn
nhưng vẫn mang tính suy đoán, nhưng có một cách để kiểm tra. Nếu chúng
ta có thể đo lường được những biến động trong ánh sáng tàn dư của Big
Bang, và chúng cho thấy một mô hình cụ thể phù hợp với dự đoán về quá
trìnhphình to, đó sẽ là một bằng chứng quyết định cho quá trình phình
to.
Hơn nữa, biến động đó sẽ phải rất nhỏ để Vũ trụ có thể không
bao giờ đạt đến nhiệt độ cần thiết để tạo ra các tàn dư năng lượng cao,
và nhỏ hơn nhiều so với nhiệt độ và mật độ mà không gian và thời gian
xuất hiện từ điểm kỳ dị.
Trong những năm 1990, những năm 2000, và
sau đó một lần nữa trong những năm 2010, chúng tôi đã đo lường những
biến động đó một cách chi tiết và thấy điều này là chính xác.
Sự
biến động trong nền vi sóng vũ trụ, được đo bằng COBE (trên phạm vi
lớn), WMAP (trên phạm vi trung bình) và Planck (trên phạm vi nhỏ), đều
nhất quán với việc không chỉ tồn tại một bộ bất biến quy mô của biến
động lượng tử, nhưng độ lớn quá nhỏ đến mức không thể nào tạo ra trạng
thái đặc nóng ngẫu nhiên. Nguồn: NASA/WMAP SCAMENCE TEAM
Kết
luận hiển nhiên là: Vụ nổ Big Bang chắc chắn đã xảy ra, nhưng không dãn
nở để quay trở về trạng thái đặc nóng ngẫu nhiên. Thay vào đó, Vũ trụ
từ rất sớm trước đó đã trải qua một khoảng thời gian mà trước khi tất cả
năng lượng tạo thành vật chất và bức xạ như hiện nay, thay vào đó liên
quan mật thiết trong chính lưới không gian của vũ trụ.
Giai đoạn
đó, được gọi là phình to vũ trụ, đã kết thúc và hình thành nên Big Bang,
nhưng chưa bao giờ tạo ra một trạng thái đặc nóng ngẫu nhiên và cũng
không tạo ra điểm kỳ dị. Điều gì đã xảy ra trước khi Vũ trụ phình to ra -
hoặc liệu phình to vũ trụ có vĩnh cửu trong quá khứ hay không - vẫn là
một câu hỏi mở, nhưng có một điều chắc chắn: Big Bang không phải là sự
khởi đầu của vũ trụ!
Theo Forbes
theo Vnreview
