Vì sao Big Bang vẫn đang tiếp diễn?

Nhiều nhà tư tưởng vĩ đại đã suy ngẫm về nguồn gốc cũng như số phận của vũ trụ, nhưng một số câu hỏi lớn nhất của nhân loại vẫn chưa có lời giải đáp. Mặc dù thường bị nhầm lẫn với một sự kiện đơn lẻ, Big Bang thực chất vẫn đang xảy ra.
Image result for Big Bang

Một quan niệm sai lầm phổ biến là Big Bang đã giải thích về sự khởi đầu của vũ trụ, nhưng nó thực sự không đúng như vậy. Ngay từ thuở sơ khai của loài người, chúng ta đã cố gắng tìm hiểu về vũ trụ, nhưng tại sao luôn có gì đó mãi là một bí ẩn!

Big Bang cho rằng — 13,8 tỉ năm trước — mọi vật tồn tại đều được đóng gói trong một điểm có mật độ và nhiệt độ vô hạn. Cuối cùng, một trận lụt nổ ra và Vũ trụ bắt đầu lan rộng. Kể từ đó, cùng với việc hạ nhiệt độ dần dần, vũ trụ tiếp tục giãn nở ra.

Điểm với mật độ và nhiệt độ vô hạn này được gọi là "điểm kì dị" (Singularity). Điểm kỳ dị cũng được cho là tồn tại trong vũ trụ của chúng ta, tại trung tâm của các lỗ đen (black holes). Bởi lỗ đen có khối lượng rất lớn, lực hấp dẫn của chúng có khả năng kéo mọi vật về phía mình — thậm chí là ánh sáng. Điểm kì dị không — thời gian (gravitational singularity) tại trung tâm của chúng sở hữu mật độ vật chất gần như vô hạn.
Image result for singularity

Thuyết Big Bang cho rằng vũ trụ đã từng bị nén lại tại một điểm kì dị với khối lượng và trọng lực đủ lớn để giữ tất cả vật chất trong một điểm cực nhỏ.

Trong một điểm kì dị, vật chất, năng lượng và mọi thứ phía trong bị đè bẹp với nhau. Cùng với mọi thứ khác, điểm kỳ dị ban đầu này cũng bao gồm thời gian và không gian, không thể phân biệt được với nhau. Một điểm kỳ dị lưu trữ một lượng nhiệt điên cuồng, và tại một thời điểm nhất định, vũ trụ bắt đầu giãn nở và hạ nhiệt.

Điều gì đã kích hoạt sự mở rộng này?

Thuyết Big Bang không cố gắng để trả lời câu hỏi, nhưng mô hình này đã cung cấp một miêu tả về lịch sử của vũ trụ và tương lai khả thi. Mặc dù với cái tên như vậy, nhưng vũ trụ có thể đã không bắt đầu với một tiếng nổ lớn. Thay vào đó là sự giãn nở nhanh chóng của không thời gian (spacetime), trong đó có sự hình thành các mô hình mà chúng ta thấy trong vũ trụ. Thay vì bay ra khỏi điểm trung tâm, mọi thứ trong vũ trụ trở nên cách xa khỏi tất tần tật các thứ khác. Hay nói cách khác, quy mô của không gian tự mình tăng lên. Mặt khác, vật chất về mặt lý tính (Physical matter) là hữu hạn.

Thuyết Big Bang có thể bắt nguồn từ Thuyết tương đối rộng (General theory of relativity) của Albert Einstein, mà — đến lượt nó — cũng xuất phát từ việc Einstein có vấn đề với Định luật vạn vật hấp dẫn của Issac Newton.
Image result for Thuyết tương đối rộng

Thuyết tương đối rộng nói rằng lực hấp dẫn là kết quả của không — thời gian bị uốn cong hàng loạt, mặc dù điều này chỉ thực sự đáng chú ý khi có liên quan đến những vật thể khổng lồ. Einstein ban đầu ủng hộ lý thuyết về một vũ trụ tĩnh, nhưng các nhà nghiên cứu khác, đáng chú ý nhất là linh mục người Bỉ Georges Lemaitre, đã đưa ra các lời giải cho phương trình của ông với ngụ ý về một vũ trụ đang mở rộng. Người đầu tiên thực sự quan sát thấy vũ trụ đang giãn nở là nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble, xây dựng dựa trên công trình của người đồng hương Vesto Slipher.

Năm 1917, Slipher đã quan sát thấy các thiên hà xa xôi đang ngày càng xa Trái đất. Năm 1929, Hubble nhận ra rằng không chỉ các thiên hà này đang rút đi, chúng còn di chuyển ra xa với tốc độ tỷ lệ thuận với khoảng cách của chúng với hành tinh chúng ta.

Ta có thể nói thế nào?

Well, bí mật nằm ở ánh sáng. Giống với âm thanh, ánh sáng chuyển động theo sóng. Hãy nghĩ về cách một chiếc xe phát ra âm thanh khi nó vượt qua ta. Khi nó đến gần, khoảng cách giữa mỗi đợt sóng đến sẽ ít đi. Sau đó khi nó di chuyển ra xa, tần số của sóng trở nên ít đi. Hiện tượng này được gọi là Hiệu ứng Doppler, và nó cũng đúng với ánh sáng, ngoại trừ việc thay vì thay đổi độ cao là sự thay đổi về màu sắc.

Khi một vật di chuyển về phía người quan sát, tông màu sẽ dịch chuyển về cực màu xanh của quang phổ (spectrum). Còn khi di chuyển ra xa, người quan sát sẽ thấy sự dịch chuyển về phía đỏ (Trans: ánh sáng đỏ (red-shift) có bước sóng dài (tức là có tần số và năng lượng nhỏ) hơn so với ánh sáng xanh. Chính vì vậy mà người ta dùng thuật ngữ "dịch chuyển về phía đỏ" để chỉ hiện tượng bước sóng của ánh sáng trở nên dài ra do chuyển động chạy ra của nguồn sáng đối với người quan sát). Các thiên hà xa xôi đều có sự dịch chuyển đỏ, nghĩa là tất cả chúng đều di chuyển ra khỏi Dải Ngân hà. Bằng cách quan sát sự dịch chuyển đỏ này trong vũ trụ, Hubble đã học được rằng vũ trụ đang giãn nở.
Image result for spectrum

Không giống với Hiệu ứng Doppler, sự dịch chuyển đỏ này không xảy ra khi hai vật thể di chuyển ra xa nhau mà bởi không gian giữa chúng đang giãn nở. Ánh sáng từ thiên hà xoắn ốc gần nhất mất hơn hai triệu năm để đến Trái đất.

Trong khi di chuyển, bước sóng ánh sáng mở rộng và một thiên hà càng xa, sự dịch chuyển đỏ càng lớn. Do đó, các thiên hà xa hơn đang rút đi với tốc độ nhanh hơn. Mặc dù sự thay đổi về phía đỏ là dữ liệu thuyết phục nhất hỗ trợ cho lý thuyết mở rộng, nhưng nó hầu như không phải là chứng cứ duy nhất. Khoảng 380.000 năm sau Vụ nổ lớn, vũ trụ đã giãn nở và đủ lạnh để các nguyên tử hình thành. Điều này khiến cho các electron tự do nảy ra xung quanh ít hơn, có nghĩa là bức xạ điện từ từ Vụ nổ lớn không còn bị tán xạ nữa.

Được biết đến là Bức xạ phông vi sóng vũ trụ (Cosmic Microwave Background — CMB), ngày nay ánh sáng cổ xưa này vẫn có thể quan sát được trên toàn bộ Vũ trụ. CMB thực chất là tàn dư từ thời kỳ sơ khai của vũ trụ.
Image result for Bức xạ phông vi sóng vũ trụ

Image result for Bức xạ phông vi sóng vũ trụ

Trong 13,8 tỷ năm qua, CMB đã hạ nhiệt đáng kể; quan trọng hơn, nhiệt độ của bức xạ nói chung là giống nhau bất kể vị trí, có thể là rìa của Vũ trụ hoặc Dải Ngân hà.

Ban đầu, các nhà khoa học tin rằng do tổng khối lượng của vũ trụ, lực hấp dẫn có thể làm giảm tốc độ giãn nở, thậm chí có thể đảo ngược nó thành Big Crunch (Trans: Big Crunch là một giả thuyết về sự quy tụ của vũ trụ trở lại 1 điểm sau khi nó ngừng nở ra sau Big Bang). Tuy nhiên, vào năm 1998, các quan sát về siêu tân tinh (supernovae) ở xa đã dẫn đến việc phát hiện ra rằng tốc độ giãn nở của vũ trụ đang thực sự tăng tốc!
Image result for supernova

Vì sao nó vẫn đang tiếp diễn?

Tại thời điểm này, mặc dù ít được biết đến, nhưng vài nhà khoa học tin rằng năng lượng tối (dark energy) có thể chịu trách nhiệm. Dù các vì sao và ngân hà rất lớn, vật chất thường chỉ chiếm khoảng 5% vũ trụ. Phần còn lại được tin là năng lượng tối và vật chất tối (dark matter), dù cả hai vẫn còn là bí ẩn. Chỉ riêng năng lượng tối đã bao gồm khoảng 68% những gì ngoài kia.

Một giả thuyết cho rằng năng lượng tối thực sự là một tính chất của không gian trống và lượng năng lượng tối tăng lên khi vũ trụ giãn ra. Đổi lại, năng lượng này làm cho tốc độ giãn nở tăng lên, tạo ra một chu kỳ trong đó gia tốc là đại lượng bất biến duy nhất. Điều này có thể có nghĩa là thay vì Big Crunch, chúng tôi thực sự sẽ phải đối mặt với Big Rip. (Trans: Big Rip là một mô hình vũ trụ giả thuyết liên quan đến số phận cuối cùng của vũ trụ, trong đó vật chất của vũ trụ, từ các ngôi sao và thiên hà đến các nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử, và thậm chí là không-thời gian, bị phá hủy dần dần bởi sự giãn nở của vũ trụ tại một thời điểm nhất định trong tương lai.)
Image result for big rip

Khi sự giãn nở tăng tốc và các thiên hà trôi xa nhau hơn, vũ trụ có thể bị kéo dài cho đến khi các nguyên tử bắt đầu tách ra. Bất kể những gì tương lai nắm giữ, Big Bang là một quá trình liên tục, bắt nguồn từ sự khởi đầu của vũ trụ.

Sự dịch chuyển đỏ quan sát được phát ra từ các thiên hà, cùng với bức xạ nền vũ trụ làm mát dần dần, cho thấy Vũ trụ chỉ ngày càng lớn hơn. Và đó là lý do tại sao Big Bang vẫn đang xảy ra.

xem thêm tại game bai doi thuong:

Search This Blog

Mẹo cá cược

Vì sao Big Bang vẫn đang tiếp diễn?

Comments

Post a Comment

Popular posts from this blog

Đâu là những nhầm lẫn thường thấy nhất về việc đánh răng?

CLB Nam Định: ‘Không lẽ vào sân đánh nhau với trọng tài’