DIỄN ĐÀN NGHIÊN CỨU – HỌC TẬP

Trao đổi thảo luận về các họat động nghiên cứu – ứng dụng về cảm nhận và trực giác


    Những Quan Niệm và Học Thuyết Mới về Vũ Trụ

    Share

    Teacher

    Tổng số bài gửi : 461
    Join date : 28/10/2010

    Những Quan Niệm và Học Thuyết Mới về Vũ Trụ

    Bài gửi  Teacher on Tue Jun 19, 2012 4:16 pm

    Khi vũ trụ được mô phỏng theo góc nhìn của nhà quan sát, chúng ta lại có thêm 1 học thuyết mới.
    Đọc bài này để mở rộng thêm nhiều góc độ quan sát và cách mà các nhà khoa học suy luận ,kiểm chứng 1 lý thuyết .



    Những Quan Niệm và Học Thuyết Mới về Vũ Trụ




    Sunday, 17 June 2012 10:25

    Trần Hồng Văn



    Vào thế kỷ thứ nhì, Ptolemy, một nhà thiên văn học và địa chất học khẳng định vũ trụ là một công trình bất biến và hoàn thiện của thượng đế. Ông vẽ ra một mô hình trong đó trái đất không di chuyển mà nằm ở chính giữa, bầu trời là một khối hỗn độn quay chung quanh trung tâm tạo dựng của thượng đế tức là con người vậy.

    Quan niệm của Ptolemy được duy trì suốt 1400 năm sau. Khi việc nghiên cứu về hành tinh và vũ trụ ngày một tinh vi và chính xác hơn thì giả thuyết trên ngày càng không đứng vững. Năm 1543, một tu sĩ Hoà Lan tên là Nicolas Copernicus đưa ra một mô hình mới thay thế cho vũ trụ của Ptolemy. Thay vì cho trái đất là trung tâm của vũ trụ, ông lại đặt mặt trời làm trung tâm của thái dương hệ. Năm mươi năm sau đó giả thuyết của Ptolemy hoàn toàn không còn được chấp nhận khi khám phá mới của nhà thiên văn học Đức Johannes Kepler được công bố vào năm 1609. Kepler tìm thấy các hành tinh quay quanh mặt trời trên một quỹ đạo hình bầu dục, tức là thái dương hệ. Cho mãi tới đầu thế kỷ 20 người ta khám phá ra giải ngân hà Milky Way với hàng tỉ ngôi sao mà trong đó mặt trời chỉ là một. Vào lúc này, người ta tin là vũ trụ chỉ có như vậy mà thôi, nó bao gồm 200 tỉ ngôi sao nằm trong một vòm có đường kính dài 100,000 năm ánh sáng. Tuy vậy vài thập niên sau các nhà thiên văn học lại bối rối khi nhìn thấy những chòm sáng hình xoắn ốc hiện ra trong những đêm trong sáng, những chòm sáng này không thể giải thích đơn thuần do một ngôi sao tạo ra được. Rồi những cuộc bàn cãi sôi nổi kéo dài trong suốt nhiều năm về những đám mây kỳ lạ này. Vào năm 1920, nhờ một viễn vọng kính khổng lồ đặt trên đỉnh núi Wilson ở California, Edwin Hubble chứng tỏ những đám mây trên là những "ốc đảo của vũ trụ", nói khác hơn đó là các giải ngân hà. Và từ đó cho tới nay mọi người mới công nhận là giải ngân hà mà chúng ta đang cư ngụ chỉ là một trong hàng tỉ giải ngân hà khác nằm rải rác trong vũ trụ.

    ********

    Vũ trụ từ đâu mà có? Nó được thành lập như thế nào và chấm dứt ra sao? Trong suốt 60 năm qua, các nhà thiên văn học, vật lý học cũng như vũ trụ học đã thu thập các dữ kiện để tạo ra một mô hình trong đó diễn tả vũ trụ được thành lập, tiến hoá và kết thúc ra sao. Có thể nói đây là một công trình nghiên cứu vĩ đại nhất của loài người để giải toả những thắc mắc trên các lãnh vực khoa học, triết học và tôn giáo. Áp dụng lý thuyết tương đối của Einstein cùng các định luật căn bản của khoa vật lý học, các nhà khoa học cho là vào khoảng 15 tỉ năm trước, vũ trụ thu gọn ở một điểm thật nhỏ với nhiệt độ, tỉ trọng và hấp lực ở một mức vô cùng. Rồi một sự việc bất chợt xẩy ra, điểm này bật nổ, vũ trụ được phát triển ra mọi phía. Vũ trụ càng bành trướng, nhiệt độ càng giảm. Kể từ lúc khởi đầu, nhiệt độ là 50 tỉ độ F., sau 3 phút, nhiệt độ hạ xuống còn dưới mức một tỉ độ, vật chất được phân bố khắp nơi ngay từ những giây đầu tiên này. Đây là thuyết Big Bang hay một vụ nổ lớn kinh hoàng, một thuyết về sự thành lập vũ trụ nay đã được đa số các nhà nghiên cứu khoa học chấp nhận.

    Nếu vũ trụ có bắt đầu thì sẽ có tận cùng không? Nếu có thì sẽ xẩy ra như thế nào? Đây là một đề tài chính cho các nhà thiên văn học ngày nay nghiên cứu và tìm hiểu.

    ********

    Các nhà khoa học đều nhận định là sự tận cùng xẩy ra như thế nào sẽ tùy thuộc vào số vật chất hiện có trong vũ trụ. Nếu số lượng vật chất có đủ hay lớn hơn con số 10-29 gram cho mỗi centimét khối, hấp lực của vũ trụ sẽ ngăn cản việc bành trướng, Các giải ngân hà ngày càng tách nhau xa hơn kể từ lúc mới thành lập, rồi tới một lúc nào đó, sức bành trướng này bị cản trở và ngưng lại và từ từ bị kéo ngược trở lại giống như một cuốn phim quay ngược chiều, bắt đầu chậm rồi nhanh lên dần và sau cùng sẽ trở về nơi khởi điểm, tức là trở về một điểm mà nhiệt độ, tỉ trọng và hấp lực ở mức vô cùng. Đây là một trường hợp.

    Trường hợp thứ hai là vũ trụ không có đủ khối lượng và hấp lực không đủ mạnh ngăn cản sức bành trướng, các giải ngân hà tiếp tục tách xa nhau, dần dần các ngôi sao tiêu thụ hết các nguyên liệu tức là chất hydrogen, các giải ngân hà sẽ tối dần rồi dần dần tắt hẳn. Sau hết vũ trụ chỉ là khoảng không đen tối với xác chết của các giải ngân hà.

    Trường hợp thứ ba là vũ trụ có đủ khối lượng để làm ngưng sự bành trướng, nhưng hấp lực không đủ mạnh để co rút lại, nó sẽ ở tình trạng đó mãi.

    Để đơn giản hoá, các nhà vũ trụ học đã diễn tả tình trạng trên như sau: một vũ trụ trong tương lai bị co rút lại về một điểm được gọi là "khép", một vũ trụ bành trướng mãi mãi được gọi là "mở", và với vũ trụ cân bằng giữa hai tình trạng trên được gọi là "phẳng".

    Với lý thuyết là vật chất trong toàn vũ trụ phải có một tỉ trọng bằng hoặc lớn hơn con số 10-29 gram trên một centimét khối để có thể ngăn cản được sự bành trướng, người ta đi tìm con số này. Áp dụng định luật Newton và các định luật, nguyên lý căn bản của khoa vật lý học, người ta đã tính toán để cân đo toàn thể vật chất trong vũ trụ, gồm các ngôi sao, thái dương hệ, các giải ngân hà, bụi bậm, ánh sáng ... Tuy vậy sự tính toán này chỉ đưa đến con số bằng 1/10 tỉ trọng cần thiết mà thôi.

    Vật chất mà người ta tính toán, đo lường, nhận thấy được, không đủ để tạo ra được số khối lượng cần thiết cho vũ trụ suy sụp. Các lý thuyết gia lại cho là có số vật chất nhỏ vô cùng màu đen đầy rẫy trong vũ trụ mà cho đến nay người ta không khám phá ra được mới là động lực chính. Vào năm 1960, các nhà khoa học Nga tuyên bố là họ đã tìm được chất này, đó là chất neutrino cực nhỏ. Chất này có thể đi xuyên qua một tấm chì dày hàng ngàn miles mà không bị khám phá ra và chính những neutrino đã đưa toàn thể khối lượng trong vũ trụ vượt quá con số 10-29 gram/ centimét khối để vũ trụ có một "big crunch", nghĩa là sẽ co rút lại và suy sụp hoàn toàn, hay nó ở trong tình trạng "khép" vậy.

    Vào những năm 1970, sau khi quan sát hàng trăm giải ngân hà hình xoắn ốc, Vena Rubin và các đồng nghiệp tại viện nghiên cứu Carnegie, Washington, nhận định là phía bên ngoài các giải ngân hà này phải có một khối vật chất quay chung quanh trung tâm với một tốc độ nhanh không kém gì phần bên trong và nếu không có khối này, các ngôi sao phía ngoài bìa các giải ngân hà đó sẽ bị văng vào không gian mất. Hơn nữa, nếu không có khối vật chất này tạo nên các lực lôi kéo, các giải ngân hà sẽ phân bố rải rác khắp toàn bộ vũ trụ chứ không tụ lại thành từng cụm như hiện nay.

    Từ những nhận nhận định trên cộng thêm với những nhận xét thực tiễn đưa đến một kết luận hiển nhiên là phần lớn các ngân hà được một lớp vật chất đen rộng lớn bao bọc, loại vật chất này không phát ra ánh sáng hay quang tuyến nên người ta không khám phá ra được nhưng nó tạo ra một sức hút mạnh đủ để giữ các ngôi sao trong giải ngân hà ở vị trí cân bằng, cũng như sức hút này lớn đủ để giữ các giải ngân hà chụ m lại với nhau. Về bản chất của loại vật chất này, hiện nay có hai nhóm đưa ra hai giả thuyết khác nhau: một bên cho là đó chỉ là loại vật chất đã tạo nên những vật chất thông thường như dương điện tử, trung hoà tử (proton và neutron) nhưng người ta chưa khám phá ra được mà thôi. Nhóm kia thì lại lý luận đó là một loại vật chất mới mẻ chưa từng thấy. Đó là các loại hạt nhân mà trong lý thuyết vật lý học thường nói tới từ nhiều năm qua nhưng chưa chứng minh được trong phòng thí nghiệm.

    Đối với nhiều nhà thiên văn học, loại vật chất không khám phá ra được này chỉ là một dạng của các vật chất thông thường nhưng ở một dạng rất khó khám phá ra và được cấu tạo ngay từ giây đầu tiên sau vụ nổ kinh hoàng thành lập vũ trụ. Mười phần trăm vật chất ban đầu cấu tạo nên các dạng vật chiếu sáng trong khi 90 phần trăm còn lại còn dưới dạng cực nhỏ màu đen bao bọc chung quanh các giải ngân hà. Ngay tại giải ngân hà Milky Way này, thái dương hệ của chúng ta cùng với hàng tỉ ngôi sao khác chiếu lấp lánh trong vùng đĩa nhưng bao bọc quanh vùng đĩa này là một khối vật chất rộng hàng trăm ngàn năm ánh sáng và không phát ra ánh sáng, không nhìn thấy được và chưa được khám phá ra bằng bất cứ loại dụng cụ hiện đại tối tân nào.

    Vài năm gần đây, người ta dồn nhiều nỗ lực vào công cuộc tìm kiếm loại vật chất bí hiểm này. Đầu năm 1996, nhiều nhà thiên văn học phúc trình là thấy nhiều ngôi sao non màu trắng nằm rải rác chung quanh giải ngân hà Milky Way. Những vật chất này được gọi là MACHO (Massive Compact Halo Objects). Những ngôi sao non này có thể là khối lượng vật chất đen bao quanh giải ngân hà tích tụ lại mà ra.

    Sau suốt 6 năm tìm kiếm, toán vật lý học Hoa Kỳ và Úc tại trạm quan sát Mount Stromlo gần Canberra đã tìm ra được chứng cớ về những ngôi sao non nằm rải rác tại vùng MACHO này. Trong buổi họp báo tại Úc ngày 19 tháng 8 năm 1998, trưởng toán nghiên cứu Charles Alcock cho biết là họ đã quan sát được khoảng 20 vật thể nằm rải rác trong vùng MACHO. Những vật này có khối lượng bằng nửa khối lượng mặt trời, chiếu sáng trong vòng 80 ngày. Đây là những vật chất đen kết tụ lại và vì một lý do nào đó được chiếu sáng lên. "Đây chỉ là một bước tiến tới việc giải thích một trong những câu hỏi quan trọng nhất của khoa học, đó là vũ trụ làm bởi những loại vật chất gì?", Alcock nói trong buổi họp báo. Tuy vậy, Vera Rubin tại Viện nghiên cứu Carnegie cho rằng bí mật về vật chất đen rất phức tạp mà không một nhà thiên văn học nào chắc chắn về những kết quả đem lại.

    Nhưng đây mới chỉ là một phần của câu chuyện về loại vật chất bí mật mà thôi. Lý thuyết mới nhất về vũ trụ học cho rằng loại vật chất màu đen bí mật trong vũ trụ không phải chỉ có khối lượng nhiều gấp 10 lần toàn thể khối lượng vật chất mà người ta cân đo đong đếm và nhìn thấy được mà còn nhiều hơn gấp hàng trăm lần nữa. Các nhà vũ trụ học cũng cho là khối lượng vật chất này có ngay từ giây đầu tiên khi vũ trụ mới thành lập.

    Có một điều là cho tới nay người ta chưa xác định được khối vật chất khổng lồ này và những lý luận trên chỉ thuần túy là giả thuyết cũng như còn nhiều nhà thiên văn học không hoàn toàn đồng ý về thuyết cho là vũ trụ trải qua một giai đoạn bành trướng. Nhiều nhà nghiên cứu lại cho rằng nếu loại vật chất bí mật trên có thực thì đó là loại vật chất không giống như bất cứ loại vật chất nào mà ta biết, vì khi vũ trụ bắt đầu thành lập, trận nổ kinh hoàng không biến hoá hoàn chỉnh cho tất cả các dương điện tử (proton) và trung hoà tử (neutron) do đó đưa đến nhiều điều bí mật về loại vật chất này và đây cũng là một thách đố cho các nhà vật lý học hạt nhân hiện nay.

    Một loại vật chất hiện nay được coi là một trong những thành phần của khối vật chất bí mật, đó là neutrino và đã được chứng tỏ là có đầy rẫy trong vũ trụ. Các nhà vật lý học tại phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos gần đây có tuyên bố là đã tìm thấy chứng cớ về loại vật chất này, nhưng kết quả còn đợi kiểm chứng. Một số nhà lý thuyết vật lý học nghĩ tới những loại vật chất mới khác đã tạo nên toàn khối đen trong vũ trụ. Ví dụ khi nói tới một lực nguyên tử mạnh mẽ đã giúp nhân nguyên tử duy trì được ở trạng thái bền vững, các nhà vật lý tiên đoán là có sự hiện hữu của axion, một dạng vật chất nhẹ hơn một dương điện tử 100 tỉ lần. Có khoảng hàng tỉ tỉ axion trong mỗi inch khối bao

    bọc quanh chúng ta và chính axion đã đóng góp vào thành phần khối vật chật chất đen bí mật trong vũ trụ vậy.

    Còn nhiều dạng vật chất khác cũng là thành viên trong khối vật chất trên để tạo ra các lực tương quan trong vũ trụ, như vật chất Z hay Zino, W hay Wino, P hay Photino ... Các chất này được gọi với một tên chung là WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Các nhà vật lý học rất phấn khởi với những giả thuyết trên và nhiều toán nghiên cứu đã thiết kế ra các dụng cụ đặc biệt với hy vọng sẽ khám phá ra được một trong những chất bí mật này. Nếu như đúng như người ta đoán là những vật chất đen này chiếm phần lớn khối lượng trong vũ trụ, việc khám phá ra chúng sẽ chỉ trong tương lai gần cũng giống như việc tìm ra dương điện tử, âm điện tử hay trung hoà tử của một nguyên tử vậy. Có thể các loại vật chất này sẽ khác hẳn với các loại đã thành lập và cấu tạo ra mặt trời, hành tinh hay con người.

    Vài chục năm trước, nhà thiên văn học tại Caltech là Fritz Zwicky nhận thấy thiếu một số lớn vật chất ở ngay bên trong cụm các giải ngân hà. Vài chục năm sau, Vera Rubin suy diễn là những giải ngân hà hình xoắn chìm ngập trong một khối vật chất đen vô hình. Người ta hy vọng là trong vài năm nữa, những vật chất vô hình này sẽ được những lý thuyết vật lý mới giải thích rõ ràng cũng như những được những dụng cụ tinh xảo khác phát hiện ra.

    ********

    Với mắt trần, một người có thể nhìn thấy những ngôi sao lấp lánh trên nền trời với một khoảng cách xa hàng trăm có khi hàng ngàn năm ánh sáng trong một đêm trăng sáng. Nhờ chiếc ống nhòm, những vệt sáng mờ ảo ở nơi nào đó trong giải ngân hà Milky Way trở thành những ngôi sao cách xa hàng chục ngàn năm ánh sáng hiện lên rõ rệt. Những viễn vọng kính tối tân nhất hiện nay giúp người ta khám phá ra những quasar xa xăm và nhờ phương pháp quang phổ redshift, người ta cũng thấy chúng ở cách xa chúng ta hàng tỉ năm ánh sáng, nơi rất gần biên giới vũ trụ.

    Vào năm 1992, vệ tinh COBE ghi nhận được tiếng vọng của buổi ban đầu khi vũ trụ mới được thành lập. Đó là những luồng quang tuyến với làn sóng ngắn 3 chiều chứa đầy trong vũ trụ. Những luồng quang tuyến cổ xưa này có số tuổi lâu hơn cả những ngôi sao, những vật thể xa xăm nhất mà người ta nhận biết, được ghi là khoảng 300,000 năm sau trận nổ kinh hoàng (Big Bang), tức là khi vũ trụ mới thành lập vào khoảng 15 tỉ năm trước đây.

    Nhưng, câu hỏi được đặt ra là trước vụ nổ lớn thì ra sao? Đây là một đề tài lớn đang thách đố các nhà khảo cứu. Nhờ một lý thuyết mới của ngành vật lý gọi là học thuyết vũ trụ học lượng tử (quantum cosmology) các nhà khoa học đang đổ xô đi tìm một giải đáp. Mặc dù không thể có một chứng cớ thực nghiệm nào chứng minh cho học thuyết vũ trụ học lượng tử, thuyết này có một hấp lực lôi cuốn mạnh mẽ các nhà khoa học khiến nó trở thành một trung tâm điểm cho các cuộc nghiên cứu hiện nay. Học thuyết này bắt buộc các nhà khoa học, đôi khi đi ngược lại ý muốn của họ, đó là việc chấp nhận quan niệm có nhiều vũ trụ chạy song song nhau, có những lỗ hổng hay đường hầm trong vũ trụ (wormholes) cũng như không gian 10 chiều. Nhiều nhà vật lý học danh tiếng đã mau chóng chấp nhận lý thuyết trên như Stephen Hawking hay Murray Gell-Mann, người từng đoạt giải thưởng Nobel.

    Trước hết, từ trước môn vũ trụ học căn cứ trên thuyết tương đối của Einstein, một lý thuyết về trọng lực. Các nhà vật lý học dùng thuyết này để miêu tả sự bành trướng của vũ trụ, giống như một quả bong bóng được một đứa trẻ thổi, trong đó hàng tỉ tỉ giải ngân hà nằm trên vùng biên giới vũ trụ. Ngược lại, lý thuyết vũ trụ học lượng tử cho rằng vũ trụ chứa đầy những vật thể như âm điện tử, dương điện tử, các quark, và những sợi dây vô hình.

    Suốt mấy chục năm qua, như có một cuộc chiến tranh lạnh giữa thuyết tương đối và thuyết lượng tử. Mỗi thuyết phát triển một cách độc lập với nhau. Tuy vậy, cả hai đã đụng độ nhau khi giải thích hiện tượng Big Bang. Khi áp xuất và nhiệt độ ở mức vô cùng làm cho các phân tử bị tự phân tách rời nhau ra, thuyết tương đối trở thành vô hiệu vì không giải thích được thì thuyết lượng tử chiếm phần ưu thế. Ở nhiệt độ 10 32 độ Kelvins, nghĩa là nóng gấp tỉ tỉ lần trung tâm một trái bom nguyên tử khi phát nổ, lúc này thuyết lượng tử vượt trội hẳn thuyết tương đối. Nói cách khác, hiện tượng big bang đã đưa hai thuyết này lại gần nhau, bổ túc cho nhau. Chính sự kết hợp này cũng đã đưa ngành vũ trụ học tiến xa hơn với những thuyết về nhiều vũ trụ và không gian vô cùng ra đời vậy.

    Một nguyên tắc của thuyết vũ trụ học lượng tử là ta phải coi vũ trụ như là một phần tử nhỏ bé nhất giống như phần tử đơn giản nhất được coi là âm điện tử (electron). Không bao giờ người ta biết chắc chắn một âm điện tử chiếm hết bao nhiêu năng lượng vì một sự thay đổi về định lượng khiến cho mỗi âm điện tử có những mức năng lượng khác nhau. Nếu coi vũ trụ như một âm điện tử, ta phải kết luận là vũ trụ cũng hiện hữu dưới nhiều trạng thái, ví dụ như có nhiều vũ trụ chạy song song với nhau.

    Một ví dụ về hậu quả lượng tử được ví như một nồi nước sôi trong đó những bong bóng nước nhỏ mới được thành lập rồi phình lớn lên mau chóng. Nếu ta coi vũ trụ như một bong bóng nước này thì ta phải chấp nhận là vũ trụ của ta phải đồng thời với bao nhiêu vũ trụ khác nữa hiện hữu trong một biển cả chứa nhiều vũ trụ. Biển cả vô cực này được gọi là đa vũ trụ liên tục tạo nên những vũ trụ mới. Với khuôn mẫu này, nhiều vụ nổ lớn (big bang) xẩy ra, mỗi vụ như vậy tiêu biểu cho một sự thay đổi về lượng tử trong khoảng không vậy.

    Việc tạo dựng ra vũ trụ từ khoảng chân không hình như ngược lại với nguyên lý bảo toàn năng lượng. Andrei Linde thuộc đại học Stanford, người đi tiên phong trong thuyết vũ trụ bành trướng, cho rằng những bong bóng này liên tục bị khuấy động và làm vỡ các bong bóng khác. "Nếu tôi và các đồng nghiệp của tôi đúng, chúng tôi sẽ sớm từ bỏ quan niệm cho là vũ trụ của chúng ta chỉ là quả cầu lửa độc nhất tạo dựng do một vụ nổ lớn mà ra", Linde nói như trên.

    Lý thuyết mới của môn vũ trụ học cũng tạo nên một vấn đề trong phạm vi tôn giáo. Theo lý thuyết thì nguồn gốc của vũ trụ nằm trong 2 quan niệm: quan niệm của Gia Tô Giáo cho đó là một khoảng có giới hạn hay thuyết sáng tạo, trong khi Phật Giáo lại cho vũ trụ không có giới hạn, trong đó thời gian và không gian không có bắt đầu và không có tận cùng.

    Khi nói đến mô hình với hàng triệu vũ trụ được tạo dựng từ khoảng không, Steve Weinberg, một học giả từng đoạt giải thưởng Nobel về vật lý học nói: "Tôi cho đó là một hình ảnh đầy thích thú mà ta cần phải suy nghĩ chín chắn. Điều quan trọng là tất cả đều không có bắt đầu và có nhiều big bang, do đó việc tạo ra vũ trụ tiếp diễn mãi không ngừng. Tôi thấy đó là một mô hình giải thích được mọi vấn đề".

    Tuy vậy Weinberg còn cho là không có một đời sống nào ở một vũ trụ khác. Phần lớn đó là những vũ trụ chết và đời sống chỉ kéo dài khoảng dưới 10 tỉ năm, thời gian cần thiết để tạo nên những chất hữu cơ bền, đó là DNA hay đời sống. Những vũ trụ này có đầy rẫy các chất neutrino, quang tử và âm điện tử, nhưng chúng không thể kết hợp với nhau để tạo nên đời sống được. Vũ trụ chúng ta có thể chỉ là một trong vài vũ trụ hiếm hoi có đời sống mà thôi.

    Mô hình tạo dựng vũ trụ của thuyết lượng tử có thể giải thích được một số thắc mắc về việc hiện hữu của sinh vật. Từ lâu các nhà vật lý học nhận thấy có sự trùng hợp những hằng số căn bản của vũ trụ nằm trong một phạm trù nhỏ hẹp, đó là đời sống trên trái đất này. Có phải đời sống là một báu vật của vũ trụ không? Giả dụ điện tích (electic charge) hay hằng số trọng lực hơi thay đổi một chút, các phân tử DNA không thể giữ vị thế quân bằng được, như vậy nguyên lý của đời sống phải dựa vào sự hiện hữu của một đấng toàn năng, nói khác đi đó là Thượng Đế. Tuy vậy thuyết vũ trụ học lượng tử giải thích hiện tượng trên một cách rất đơn giản: Có thể có rất nhiều vũ trụ trong đó có rất nhiều hằng số vật lý khác nhau. Chúng ta may mắn được sống trong một vũ trụ thích hợp cho đời sống nẩy nở, vì vậy không phải tình cờ là các hằng số vật lý đều hài hoà với đời sống. Bên cạnh vũ trụ này còn vô số vũ trụ chết khác nữa trong đó các hằng số vật lý không phù hợp cho sự quân bằng của loại phân tử DNA vậy.

    Phần lớn vũ trụ đều chết, tuy nhiên có thể có vài vũ trụ giống như vũ trụ này không, và ta có thể tới để thăm viếng chúng được chăng? Tình cờ nào đó, khi đang đi trên đường, ta thấy một khoảng trống trong không gian rồi dẫn ta tới một chiều nào đó của một vũ trụ nào khác như ta thường thấy trong cấc phim the Twilight Zone? Hoặc là một buổi sáng khi thức dậy, ta thấy mình đang ở một thế giới khác, nơi đó hoàn toàn xa lạ với ta?

    Đây không phải là chuyện hoàn toàn hoang tưởng. Nhà vật lý học Stephen Hawking cho là vũ trụ này được nối liền với nhiều vũ trụ khác bằng hệ thống chằng chịt những đường nối mà ta không nhận biết được. Mạng lưới nối các vũ trụ với nhau gồm có những lỗ hổng (wormhole), đó là những đường hầm hay cửa ngõ từ đó các vũ trụ có thể thông thương với nhau. Các đường hầm này có hình dáng như thế nào? Các nhà khoa học cho là đó là một khoảng không, không gian rất cong, nói cách khác một tia sáng hướng vào trung tâm sẽ bị bẻ cong rồi đi ngược về phía sau nơi phát ra nguồn sáng đó. Ví dụ nếu bạn đang ở trong đường hầm này, nhìn vào trung tâm, vì không gian cong nên theo nguyên tắc thì bạn sẽ nhìn được gáy bạn.

    Kip Thorne, một nhà vật lý học tại Caltech và các cộng sự viên còn cho là đường hầm này là một máy thời gian nữa. Cùng với nhà bác học Nga Igor Novikov, họ lý luận là người đi trong đường hầm này sẽ chịu một lực gia tốc khiến cho con người trẻ lại. Nếu bạn bước vào chiếc máy thời gian này, khi bước ra khỏi chiếc máy, bạn có thể hiện diện ở một thời điểm nào đó trong quá khứ xa xưa hoặc là bạn sẽ thấy cơ thể mình đang ở trong thời thơ ấu vậy.

    Mô hình của thuyết vũ trụ học lượng tử có một khuyết điểm quan trọng là khi tính toán mức biến đổi về lượng tử để từ đó tạo ra một vũ trụ mới thì không tìm ra được đáp số, nói một cách khác là thuyết này trở thành vô nghĩa. Nếu kết hợp thuyết tương đối của Einstein với thuyết lượng tử để giải thích hiện tượng trên thì quả là một sự gượng ép. Nhà bác học chiếm giải thưởng Nobel là Wolfgang Pauli đã đưa ra một học thuyết mới để giải thích hiện tượng trên, đó là học thuyết "mọi vật" với lý thuyết về những sợi dây siêu hình. Thuyết này cho rằng vạn vật trong vũ trụ, gồm cả những nguyên tử trong cơ thể chúng ta là những sợi dây cực nhỏ luôn luôn rung động và sự cộng hưởng của những rung động này tạo nên những vật chất cực nhỏ. Vũ trụ là những khúc giao hưởng tuyệt vời với những sợi dây siêu hình luôn luôn rung động này và những định luật về sự hài hòa là những định luật căn bản của khoa vật lý vậy.

    Học thuyết về "mọi vật" thích hợp với thuyết tương đối trên khía cạnh rộng lớn và cũng thích hợp với thuyết lượng tử trong phạm trù nhỏ hẹp. Điều đáng ngạc nhiên nhất là học thuyết này thích hợp với một không gian và thời gian 10 chiều. Một sợi dây cực nhỏ (khoảng 100 tỉ tỉ lần nhỏ hơn một dương điện tử, proton) chỉ có thể rung động trong một khoảng không gian và thời gian 10 chiều mà thôi và chỉ vũ trụ có khoảng không gian và thời gian 10 chiều này mới phù hợp được cho cả hai thuyết tương đối và thuyết lượng tử. Nếu vũ trụ có nhiều chiều hơn nữa thì sẽ không bền và bị hủy hoại để lại trở về 10 chiều.

    Quan niệm trên lại cho ta một quan niệm mới về thuyết vũ trụ học lượng tử. Một số lý thuyết gia cho rằng những bong bóng vũ trụ đều có một không gian và thời gian 10 chiều nhưng không bền. Sau khi thành lập, vũ trụ của chúng ta tách ra làm hai, một nửa có 4 chiều và nửa kia 6 chiều. Nửa vũ trụ 6 chiều suy sụp khiến nửa vũ trụ 4 chiều bành trướng ra cho tới ngày nay, do đó vũ trụ bành trướng này chỉ là một sản phẩm của một biến cố hãi hùng với việc tách ra làm hai của một vũ trụ 10 chiều mà ra. Những bong bóng vũ trụ có thể hiện hữu với 5,6,7, 8 hay 9 chiều nhưng có lẽ không thích hợp cho đời sống nẩy nở. Khoa vật lý học cho ta biết là với một hệ thái dương bền vững, những nguyên tử, phân tử chỉ hiện hữu và duy trì được trong một vũ trụ 4 chiều mà thôi.

    ********

    Vệ tinh COBE đã khám phá ra những làn sóng ngắn cực nhỏ hầu như đó là sự biến đổi lượng tử ngay sau khi vũ trụ mới thành lập, có thể loài người chúng ta hiện nay là con cháu của những làn sóng này. Những làn sóng cực nhỏ qua sự biến đổi lượng tử ngay từ buổi ban đầu này lớn dần lên qua hàng tỉ năm để tạo thành các giải ngân hà, các ngôi sao, hành tinh hiện nay.

    Một giải thuyết khác về sự thành lập vạn vật là khối vật chất đen chiếm một tỉ lệ nhiều hơn 90 phần trăm trong toàn khối vật chất trong vũ trụ. Vài chục năm nữa, hy vọng là người ta sẽ xác định được những loại vật chất bí mật này, lúc đó sẽ kiểm chứng được học thuyết "mọi vật" với lý thuyết về các sợi dây vô hình và học thuyết vũ trụ học lượng tử, và phải chăng chính những quan niệm mới mẻ này sẽ mở ra một trang sử mới cho việc giải thích về các hiện tượng siêu hình, cũng như thế giới hữu hình và thế giới vô hình chăng?

    Khi đặt giả thuyết về “nguyên tử “trong những thế kỷ trước, các nhà khoa học tuyệt vọng vì không thể nhìn ra được và đặt rất nhiều nghi ngờ với khái niệm về loại vật chất này. Họ cũng tự hỏi có thể gọi đó là một khái niệm về khoa học hay không. Cho mãi tới năm 1905 nhà bác học Albert Einstein trở lại bênh vực giả thuyết trên khi quan sát chuyển động Brownian, sau đó phải mất thêm 20 năm nữa khi phát minh ra thuyết lượng tử các nhà vật lý học mới giảng nghĩa rõ hơn về nguyên tử và 30 năm sau nữa Erwin Muller lần đầu tiên chứng minh được nguyên tử bằng hình ảnh qua kính hiển vi. Có thể nói hiện nay toàn thể nền kỹ nghệ dựa vào những đặc tính của vật chất nguyên tử.

    Cũng vậy, hiện nay một số nhà vật lý không gian cho rằng thành phần cấu tạo của không gian và thời gian cũng đi theo con đường tương tự. Nếu vật chất được cấu tạo bởi nguyên tử thì không gian và thời gian cũng có cùng một cấu trúc, được gọi là “nguyên tử không gian và thời gian”. Nguyên tử của vật chất là những đơn vị nhỏ nhất không thể phân ra được nữa trong thành phần hoá học, trong khi đó các nguyên tử không gian giả định là các đơn vị không gian nhỏ nhất không thể chia thêm nữa. Đơn vị không gian này được cho là 10-35 của một mét, một đơn vị mà không một máy móc tân tiến hiện thời có thể đo được (hiện nay người ta chỉ đo được một khoảng cách nhỏ nhất là 10-18 mét thôi).

    Không giống như trước khi một phi thuyền được phóng đi thì người ta phải đếm ngược dần, thời điểm cho vụ nổ lớn khởi đầu cho việc thành lập vũ trụ không có một báo hiệu nào cả. Các nhà vũ trụ học gọi hiện tượng này là hiện tượng Big Bang, khởi đầu từ một điểm thật nhỏ, nơi đó thật nóng và thật đậm đặc và ở một nơi mà không gian và thời gian thật ở mức vô cùng nhỏ. Điểm thật nhỏ này là nơi mà các lý thuyết gia trước kia cho là điểm khởi đầu của thời gian và không gian.

    Cho đến nay hầu như các khoa học gia đều đồng ý về thuyết Big Bang, vũ trụ dãn nở rất nhanh cũng như nguội rất nhanh sau vụ nổ này. Các nhà thiên văn học ước tính chỉ 1 giây sau khi nổ, nhiệt độ nơi này lên tới 15 tỉ Kelvins (273.16 K tương đương với 0 độ C hay 32 độ F). Cho tới khi vũ trụ được 38,000 năm, nhiệt độ chỉ còn ở dưới 3,000 K thôi. Vào lúc này, các điện tử kết hợp với các dương điện tử, kết quả là lần đầu tiên ánh sáng di chuyển được mà không bị cản trở. Suốt quãng thời gian 13.7 tỉ năm, từ một điểm thật nhỏ, nó dãn nở ra và nguội dần, trải qua các tiến trình biến hoá và tiến hoá các giải ngân hà, các ngôi sao và hành tinh đưọc thành lập. Với các máy móc hiện đại, cho đến nay người ta vẫn còn nhận ra được những làn vi ba vũ trụ ban đầu này. Tuy vậy, dù quan sát được trạng thái của vũ trụ gần buổi mới thành hình nhưng người ta vẫn chưa hiểu rõ nguyên nhân gây nên vụ nổ Big Bang này.

    Suốt vài thập niên qua, các lý thuyết gia về vật lý học bàn cãi rất nhiều về việc giải thích hiện tượng Big Bang, (Xin đọc: Những Quan Niệm và Học Thuyết Mới về Vũ Trụ - phần 1 -Trần Hồng Văn), từ đó các nhà khoa học dựa vào các dữ kiện quan sát được đã tạo ra nhiều mô hình về sự thành lập những vũ trụ. Đó là các lý thuyết như vũ trụ song song, lý thuyết về sự nở phình bất tận trong đó việc dãn nở này tạo ra vô số những vũ trụ bong bóng, giả thuyết về chu trình lập đi lập lại, như là vũ trụ mà chúng ta đang ở được thành lập do hai tấm màng chạy song song rồi tới một lúc chúng đụng phải nhau. Việc đụng chạm này sẽ đưa tới việc thành lập ra vũ trụ, sau đó vũ trụ này sẽ bị suy sụp dần để hai tấm màng trở lại trạng thái lúc đầu và chu trình thành lập vũ trụ mới lại bắt đầu. Giả thuyết khác dựa vào môn vũ trụ học lượng tử giải thích chu trình thành lập vũ trụ qua tiến trình dãn nở, co thắt và suy sụp rồi đưa đến việc tái tạo để thành lập ra vũ trụ mới, như giả thuyết về vòng vũ trụ học lượng tử, lý thuyết về sự thành lập vũ trụ mới kế tiếp ngay sau khi vũ trụ trước suy sụp.



    Vũ Trụ


    GIẢ THUYẾT VỀ VŨ TRỤ SONG SONG:

    Vào năm 1954, Hugh Everett III tại Đại Học Princeton đưa ra một ý tưởng mới lạ: Trong không gian có những vũ trụ song song, giống như vũ trụ chúng ta. Những vũ trụ này là những nhánh hay ngược lại, vũ trụ chúng ta là nhánh cũa những vũ trụ này. Ví dụ tại trái đất này, kết quả của một cuộc chiến tranh lại khác với kết quả cũng cuộc chiến đó tại vũ trụ kia, hay một loài động vật bị tuyệt chủng ở đây nhưng đang phát triển ở vũ trụ khác. Cũng vậy, tại một vũ trụ khác thì loài người đã bị tiêu diệt rồi. Quan niệm mới này được áp dụng rộng rãi vào môn siêu hình học cũng như dùng để giải thích những vấn đề đặt ra trong thuyết vật lý học lượng tử.

    Lượng tử là độ nhỏ nhất của vật chất mà khoa học hiện đại khám phá ra được. Khái niệm về lượng tử lần đầu tiên được nhà vật lý học Max Planck đưa ra vào năm 1900 và việc nghiên cứu về vật lý học lượng tử chỉ bắt đầu vào 50 năm sau. Hãy nghĩ đến những vật chất nhỏ nhất, nhỏ hơn cả một nguyên tử, dó là những điện tử. Điện tử quay quanh nhân một nguyên tử theo những chiều quay khác nhau. Hãy tưởng tượng bạn đến một nơi nào đó thăm bạn bè, nhưng đồng thời các vật chất trong các nguyên tử trong cơ thể bạn không theo kịp để đi cùng nên vẫn còn ở nhà. Chuyện này có vẻ khó chấp nhận nhưng nó dựa vào thực tế của khoa học. “Khi bạn quan sát vật gì ở một trạng thái, lý thuyết cho biết là vật đó còn nằm trong vũ trụ khác nữa mà ta chỉ thấy được tại một vũ trụ thôi”, Andrew Cleland tại Đại Học UC Santa Barbara giải thích về giả thuyết nhiều vũ trụ song song. Lý thuyết này cho rằng ta chỉ nhìn thấy có một vũ trụ. Ta thấy một trái banh bị đá tung lên trời, nhưng có thể ở vũ trụ khác thì trái banh đó đã rơi xuống đất rồi hay đồng thời sân banh này ngày hôm đó không có trận đá banh nào trong vũ trụ khác. Khi áp dụng thuyết lượng tử vào việc nghiên cứu các tia bức xạ , nhiều khám phá cho thấy có nhiều định luật về vật lý hoàn toàn trái ngược lại với các định luật cổ điển mà ta thường áp dụng. Những kết quả này cho thấy trong vũ trụ có những định luật khác hẳn với những những định luật mà ta biết.



    Vũ trụ song song

    Rất nhiều khoa học gia chấp nhận lý thuyết căn bản của thuyết đa vũ trụ mặc dù khó chứng minh được. Trước tiên ta nên hiểu khái niệm về thời gian. Carroll cho rằng ta không cảm được thời gian mà chỉ tiếp nhận được thôi. Ví dụ thời gian đi thật nhanh khi ngồi trên một chiếc xe trượt tuyết nhưng thật chậm trong lớp học buồn chán, thật nhanh khi ta bị trễ đến sở làm nhưng vài phút trước khi hết giờ làm thì lại chậm như kéo dài hàng giờ. Sean Carroll, nhà vật lý học tại Đại học California Institute of Technology nói: “Tuy rằng hiện nay chúng ta chưa hiểu về sự hiện hữu của vũ trụ khác nhưng có thể một nền văn minh tiến bộ của người không gian đã tìm ra. Hãy hy vọng lúc nào đó khoa học làm ra được một chiếc máy có thể liên lạc được với vũ trụ khác”.

    Giáo sư Alan Guth tại MIT vào thập niên 1980 đã đưa ra giả thuyết về vũ trụ song song khi dựa vào nhiều quan sát và đã được nhiều đồng nghiệp hưởng ứng. Ông lý luận là khi vũ trụ khởi đầu, thay vì trọng lực hút vào để giữ vật chất gần với nhau thì có một loại trọng lực ngược khác đẩy mọi vật ra theo một khoảng không thật lớn. Các nhà khoa học đã chứng minh là vũ trụ này đang ngày một nở ra. Vẫn theo giáo sư Guth, sau vụ nổ Big Bang khoảng không này bắt đầu biến thái và tạo ra vật chất, các loại vật chất này tương tự như vật chất ban đầu trong vũ trụ chúng ta. Theo giả thuyết này thì vũ trụ lớn hơn những gì ta đoán. Rồi dần dần vật chất bắt đầu biến thể để tạo nên các bong bóng vũ trụ mới. Càng nhiều vật chất biến thể thì càng nhiều bong bóng vũ trụ được thành lập. Những vũ trụ này có cùng những đặc tính và tồn tại cùng dưới những định luật vật lý.

    Có hai quan niệm về đặc tính các vũ trụ: (1) Các vũ trụ này có cùng một loại vật chất và bị chi phối dưới các định luật vật lý như vũ trụ của chúng ta. Điều ngoại trừ là tuy chúng chịu chi phối dưới cùng các định luật nhưng có thể có những phối hợp khác nhau; (2) Những vũ trụ này ở dưới những điều kiện khác nên không được điều hành giống như chúng ta, có thể là chúng ở dưới không gian ba chiều hay nhiều chiều. Cả hai quan niệm này đều chấp nhận được. Quan niệm thứ nhất cho ta tin vào giả thuyết vũ trụ song song, với giả thuyết này con người ta có thể tồn tại tại nhiều nơi trong cùng một thời điểm từ đó ta có thể phát minh ra một loại máy đặc biệt du hành tới các vũ trụ kế bên và có thể gặp lại chính mình ở nơi đó.



    GIẢ THUYẾT VỀ HIỆN TƯỢNG DÃN NỞ VĨNH VIỄN:

    Vào vài thập niên trước, một nhận xét làm các nhà vật lý học không gian ngỡ ngàng: việc dãn nở của vũ trụ này không phải là độc nhất mà có hàng tỉ vũ trụ khác đang hiện hữu, như vậy là không phải chỉ có một vũ trụ trong không gian mà là một tập đoàn đa vũ trụ.

    Với máy móc hiện đại, người ta có thể quan sát được vật thể ở khoảng được xa là 42 tỉ năm ánh sáng (chú thích: tốc độ ánh sáng là 299,792,458 mét/giây hay 186,282 miles/một giây), đây có thể là biên giới của vũ trụ này. Xa hơn nữa, có thể có rất nhiều, hay vô tận vũ trụ khác, mỗi vũ trụ khác nhau về việc phân bố vật chất nhưng có thể cùng có chung các quy luật vật lý. Cho đến nay, hầu hết các nhà khoa học vũ trụ đều đồng ý với lý thuyết đa vũ trụ mà nhà vật lý học Max Tegmark tại MIT gọi đó là “giai đoạn 1”. Một số người còn đi xa hơn nữa, họ đưa ra những ý kiến như là các vũ trụ này khác nhau về nguồn gốc, những định luật vật lý và cũng như ở trong những chiều không gian khác nhau mà con người cần nghiên cứu thêm, đó là “giai đoạn 2”

    Vào năm 1982, lần đầu tiên nhà lý thuyết vật lý học Alexander Vilenkin tại đại học Tufts, Massachusetts đã đưa ra lý thuyết một vũ trụ nổ bùng ra từ một điểm thật nhỏ trong khoảng không, kết quả là tạo nên một sự biến đổi lượng tử trong vũ trụ. Quan niệm về việc bắt nguồn của vũ trụ từ “một khoảng không gian có gì” làm các nhà vật lý vũ trụ ngỡ ngàng. Nhưng khi nghiên cứu sự hình thành cũng như tiến trình thành lập giải ngân hà Milky Way và thái dương hệ khi mà trái đất trở thành một ốc đảo có loài người sinh sống mới thấy sự ngẫu nhiên trong sự biến đổi là không thể ngờ được.

    “ Trong phạm trù nhỏ nhất, thế giới của chúng ta được miêu tả do động lực lượng tử, thời gian và không gian không còn ý nghĩa gì, chúng có thể biến đi hay hiện ra do biến đổi của lượng tử. Tạo nên vật gì từ không có gì là việc bất thường nhưng việc đó vẫn có thể xẩy ra”. Giáo sư Vilenkin tuyên bố như trên. Trong giả thuyết dãn nở vĩnh viễn, ông đưa ra một mô hình là khi tiến trình thành lập vũ trụ xẩy ra rồi thì nó sẽ hiện hữu mãi mãi, tương tự như một chuỗi phản ứng, một vùng không gian này bị suy sụp thì lại bắt đầu tại một vùng khác và số lượng vũ trụ không bao giờ chấm dứt. Trước khi nở ra, toàn thể một vũ trụ chỉ gói ghém trong một vùng nhỏ hàng tỉ lần một dương điện tử. Dưới những điều kiện thích hợp, vùng này sẽ nổ tung ra thành một vũ trụ rộng lớn. Nếu tại một vùng trong vũ trụ mới này thích hợp với các định luật về vật lý học thì sẽ trở thành nơi có đời sống, còn những vùng khác thì hoàn toàn vô sinh.





    Không gian đa vũ trụ


    Giáo sư môn vũ trụ học Michael Turner tại Đại Học Chicago nói giả thuyết mới về sự dãn nở mãi mãi và vũ trụ được thành lập từ những điểm gói trọn thời gian và không gian là quan niệm rất quan trọng, được kể từ khi Copernicus tuyên bố là trái đất và các hành tinh trong thái dương hệ quay quanh mặt trời. Paul Steinhardt, giáo sư môn lý thuyết học về vũ trụ tại Princeton University tuyên bố: “Một khi việc dãn nở bắt đầu thì sẽ tiếp diễn mãi mãi do những tiến trình về sự biến đổi lượng tử”.

    Khái niệm trên hiện nay được các nhà khoa học chú ý nhiều. Chúng ta sống trong một không gian đa vũ trụ dựa vào lý thuyết dãn nở vĩnh viễn này, trong đó các nhà nghiên cứu lập luận là ngay sau hiện tượng Big Bang, không gian và thời gian dãn nở theo tốc độ và các chiều khác nhau do đó sẽ tạo ra những vũ trụ bong bóng, mỗi vũ trụ này sẽ hoạt động theo những định luật vật lý khác biệt nhau. Khái niệm trên hoàn toàn là giả định cho tới ngày nay. Với nghiên cứu mới nhất các nhà khoa học cho rằng nếu có nhiều vũ trụ khác quanh vũ trụ chúng ta thì ắt phải có những đụng chạm và sẽ để lại những dấu vết hay các tia bức xạ. Hiện nay những loại máy móc đặc biệt được thiết kế để khám phá những tia bức xạ, những luồng sóng vi ba do các cuộc đụng chạm gây nên, cũng như một vệ tinh được phóng lên không gian từ năm 2009 (European Space Agency’s Planck Satellite) để quan sát và đo đạc. Hy vọng những dữ kiện tìm được và công bố vào năm 2013 sẽ làm sáng tỏ những thắc mắc và bí mật này.

    Với thuyết dây vũ trụ, các bong bóng vũ trụ có thể có những đặc tính khác nhau cũng như sự phân bố vật chất tại mỗi vũ trụ đều khác nhau. Vũ trụ chúng ta đang ở chứa loại vật chất gồm các điện tử và các quarts, chúng tác động lẫn lên nhau qua các lực điện từ, trong khi các vũ trụ khác có thể có các loại vật chất và các lực khác, do đó chúng có những định luật vật lý khác. Toàn thể các định luật áp dụng trong một khu vực nào đó được gọi là một thiết kế (landscape)



    GIẢ THUYẾT VỀ CHU TRÌNH THÀNH LẬP VŨ TRỤ:

    Vũ trụ được thành lập theo một chu trình được nhà bác học Albert Einstein nói đến từ năm 1930, theo đó ông cho rằng vũ trụ được thành hình theo sau một chuỗi những dao động, mỗi lần bắt đầu bằng một Big Bang, trong một khoảng thời gian vũ trụ sẽ bành trướng và sau cùng kết thúc bằng một sự suy sụp. Tuy vậy, vào năm 1934, giáo sư Richard Tolman tại Đại học California Institute of Technology lại đưa ra một phản bác thuyết trên khi ông cho rằng giả thuyết này không thể đứng vững nguyên do nội chuyển lực trong vũ trụ: theo nguyên lý của nhiệt động học, dưới ảnh hưởng của nội chuyển lực thì vũ trụ trong mô hình này sẽ nóng khủng khiếp, như vậy sẽ không đúng với thực tế.

    Qua nhiều năm nghiên cứu, mãi sang đến đầu thế kỷ thứ 21 khi người ta xác định sự hiện hữu đầy rẫy vật chất đen trong vũ trụ, giả thuyết về việc thành lập vũ trụ theo chu trình do Einstein đề xướng mới được công nhận. Vào năm 2011, sau 5 năm theo dõi trên 200,000 giải ngân hà và vũ trụ với khoảng thời gian gần đây là 7 tỉ năm, các nhà khoa học đã xác nhận chính “vật chất đen” là nguyên do cơ bản làm cho vũ trụ bành trướng và ngăn cản việc gia tăng nội chuyển lực, do đó nhiệt không thể tích lũy thêm được.



    Giáo Sư Richard Tolman và bác học Albert Einstein (1932)


    Dựa vào lý thuyết “dây vật chất” (String theory), Paul J. Steinhardt, giáo sư và giám đốc Trung Tâm Khoa Học Đại Học Princeton, Neil Turner giáo sư môn lý thuyết học vũ trụ tại Ontario, Canada và Neil Turok tại Đại Học Cambridge đã đưa ra một khuôn mẫu gọi là “giả thuyết về việc thành lập vũ trụ theo chu trình”. Hãy coi vũ trụ chúng ta đang cư ngụ theo cái nhìn ba chiều như “một tấm màng” (vũ trụ như một tấm màng), cách vũ trụ ba chiều khác mà ta không nhận biết được bằng một khoảng không gian bốn chiều. Trong mẫu về chu trình thành lập vũ trụ, việc mà các nhà khoa học gọi là hiện tượng Big Bang chỉ là việc đụng chạm của hai “tấm màng vũ trụ” này. “Chúng tôi gọi hiện tượng Big Bang không phải là việc khởi đầu cho thời gian và không gian, nhưng đó chỉ là thời điểm của sự đụng chạm lần cuối”, Steinhardt nói như trên. Theo lý thuyết thì hiện tượng đụng chạm này là vô tận, hay nói khác hơn là khởi đầu cho một chu trình và những lần đụng chạm như vậy cách nhau cả ngàn tỉ năm, như vậy thời điểm mà chúng ta đang sống chỉ chiếm khoảng một phần trăm của chu trình hiện hữu này mà thôi.



    Chú Thích về học thuyết “Những sợi dây trong vũ trụ” (String Theory).

    Hãy nghĩ về những sợi dây trong cây đàn guitar. Tùy theo sợi dây đó gắn ở đâu cũng như sức căng như thế nào sẽ tạo ra những nốt nhạc. Có thể nói những nốt nhạc là những điệu kích thích của cây đàn guitar dưới sức căng. Tương tự như vậy, học thuyết “những sợi dây trong vũ trụ” cho rằng những phần tử nhỏ nhất (dương điện tử hay trung hoà tử) là những nốt nhạc hay những điệu kích thích của những sợi dây nhỏ nhất trong vũ trụ.

    Như khi chơi cây đàn guitar, những sợi dây trong vũ trụ phải được căng mới tạo nên sự kích thích. Tuy những sợi dây này lại không được gắn vào nơi nào mà bay lơ lửng trong không gian nhưng chúng có đặc tính là có lực căng và đây cũng là lý thuyết trong thuyết hấp lực lượng tử, một học thuyết về sự tác động của hấp lực bao gồm các cơ chế lượng tử để giảng nghĩa về “lực”. Lý thuyết này cho phép có nhiều giải thích khác nhau, mỗi lối giải thích có thể là một vũ trụ có nguồn năng lượng và tính chất vật lý khác nhau.

    Trong một bài nghiên cứu mới đây (tháng Giêng/2012) giáo sư Craig Hogan tại đại học Chicago, cũng là Giám Đốc trung tâm nghiên cứu Vũ Trụ Vật Lý Học Fermilab nhận định rằng vũ trụ này xù xì náo loạn chứ không phẳng lặng như người ta vẫn nghĩ. Nếu ta quan sát những điểm thật nhỏ trong không gian và thời gian sẽ thấy những xáo trộn, những tiếng động ồn áo dồn dập của tĩnh học. Hogan đang xây dựng một dụng cụ có thể khám phá ra những tiếng động sâu trong vũ trụ. Theo ông, “không gian là một cấu trúc lượng tử và chịu những động lực về lượng tử. Những dao động của lượng tử làm cho những sợi dây lượng tử rung lên. Trong phạm trù một khoảng không gian thật nhỏ, vùng này bị dao động liên tục và điều này cho chúng ta một cái nhìn chính xác về cấu trúc của vũ trụ”. Chính việc khám phá ra lượng tử đã nẩy sinh ra môn vật lý học hạt nhân. Einstein khám phá ra thuyết tương đối khi ngồi trên bàn viết và dùng toán học để suy đoán trong khi môn vật lý học lượng tử lại lấy những thực nghiệm để chứng minh.

    Theo như khuôn mẫu về chu trình thành lập vũ trụ thì sự thành lập này là vô tận, nó trải qua những chu trình dãn nở, nguội dần, mỗi lần như vậy lại qua một Big Bang và kết thúc bằng một hiện tượng suy sụp. Hiện tượng Big Bang xẩy ra vào 13.7 tỉ năm trước chỉ là vụ nổ lần cuối nhưng còn nhiều Big Bang khác nữa xẩy ra trong quá khứ và tương lai. Khuôn mẫu này dựa vào 3 khái niệm sau:

    - Hiện tượng Big Bang không phải là điểm khởi đầu cho không gian và thời gian mà chỉ là thời điểm mà hấp lực và các dạng của năng lượng được biến đổi thành các dạng vật chất, các tia bức xạ mới cũng như bắt đầu cho một giai đoạn dãn nở và nguội dần mà thôi.

    - Hiện tượng Big Bang xẩy ra liên tục và định kỳ trong quá khứ và sẽ tiếp tục trong tương lai. Mỗi chu kỳ như vậy xẩy ra trong khoảng thời gian là 1,000 tỉ năm.

    - Vũ trụ mà ta đang quan sát được ngày hôm nay sẽ trải qua một khoảng thời gian thật lâu ở trong giai đoạn suy sụp và co rút lại trước khi đưa đến vụ nổ Big Bang kế tiếp.





    Được sửa bởi Teacher ngày Tue Jun 19, 2012 4:48 pm; sửa lần 1.

    Teacher

    Tổng số bài gửi : 461
    Join date : 28/10/2010

    Re: Những Quan Niệm và Học Thuyết Mới về Vũ Trụ

    Bài gửi  Teacher on Tue Jun 19, 2012 4:47 pm

    Nhắc lại về “Vật Chất Đen”:

    Chỉ khoảng 15 năm trước, các nhà khoa học kinh ngạc khi khám phá ra vũ trụ này đang trên đà dãn nở với tốc độ thật nhanh, họ nghi ngờ có một loại vật chất nào đó chưa khám phá ra được là nguyên nhân đưa tới hiện tượng này, và gọi đó là “vật chất đen”. Nếu sức dãn nở này tăng lên mãi, trọng lực phối hợp với vật chất của loại vật chất này sẽ vô hiệu hoá trọng lực của mọi vật, như là sẽ làm tan rã các chùm sao, các giải ngân hà, làm trái đất tách ra khỏi mặt trời … Vào năm 1998, hai toán nghiên cứu khác biệt nhau, một do Giáo sư Brian Schmidt tại Đài Quan Sát Quốc Gia Úc và toán khác do Giáo sư Saul Perlmutter tại Đài Quan Sát Quốc Gia Lawrence Berkeley dẫn đầu đã cùng khám phá là vũ trụ chúng ta đang dãn nở với tốc độ ngày một gia tăng. Sự dãn nở hiện nay khiến các giải ngân hà ngày một tách xa nhau nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng.

    Như vậy, “vật chất đen” là gì, câu hỏi này là một đề tài lớn lao cho các nhà nghiên cứu ngày nay. Tất cả những vật mà ta nhận biết được như bụi bặm, ánh sáng, con người, ngôi sao, các giải ngân hà …chỉ chiếm khoảng 4.6 phần trăm tổng số lượng vật chất trong vũ trụ. Còn 95.4 phần trăm kia là gì? Các nhà vũ trụ vật lý học ước tính là 23 phần trăm tổng số được gọi là “vật chất đen” và 72 phần trăm là “năng lượng đen”. Vật chất đen tác động lẫn nhau qua hấp lực chứ không phải lực điện từ, điều này có nghĩa là các nhà nghiên cứu chỉ biết được sự hiện diện của chúng chứ không thể quan sát trực tiếp được. Và chính vật chất đen là động lực đưa đến việc kết thúc của vũ trụ. Ta hãy xét đến 3 trường hợp có thể xẩy ra như thi sĩ Robert Frost đã viết: “Có người nói thế giới này kết thúc trong biển lửa, có người lại cho rằng băng đá sẽ bao trùm vũ trụ”:

    - Nếu độ đậm đặc của năng lượng đen giảm dần, vật chất và các tia bức xạ sẽ chiếm ưu thế hơn năng lượng đen sẽ đưa vũ trụ đến tình trạng suy sụp, hấp lực sẽ kéo mọi vật vào một điểm thật nhỏ rồi đưa đến tình trạng Big Bang.

    - Nếu năng lượng đen giữ ở tình trạng không đổi khi vũ trụ dãn nở sẽ đưa đến tình trạng băng đá. Các ngôi sao sẽ tắt dần, các giải ngân hà sẽ trôi ra vùng biên giới của vũ trụ, không gian sẽ trống rỗng và lạnh lẽo.

    - Trường hợp năng lượng đen tràn ngập, vũ trụ sẽ nở mãi và các giải ngân hà sẽ trôi ra vùng biên giới như trường họp trên, chỉ khác một điểm là năng lượng đen này phá vỡ hấp lực của các vật chất với nhau bằng các lực điện từ trường và các lực khác mạnh mẽ hơn, lúc đó các giải nhân hà sẽ tan rã, các hành tinh sẽ tách rời khỏi mặt trời, các phân tử, nguyên tử sẽ bị phá vỡ, vũ trụ sẽ nở ra vô tận. Theo như tính toán, nếu vũ trụ chúng ta ở trong trường hợp này thì tiến trình trên sẽ xẩy ra vào 90 tỉ năm nữa.

    Khuôn mẫu chu trình vũ trụ: Liền ngay sau hiện tượng Big Bang, vật chất đậm đặc, nóng và các tia bức xạ chứa đầy trong vũ trụ mới được thành lập. Nhiệt độ khi đó lên tới 100 tỉ tỉ (1020) lần nhiệt độ tại lõi mặt trời. Dưới nhiệt độ này, vật chất bị phân hoá thành các phần tử như điện

    tử, quang tử, vân vân. Chín tỉ năm sau, vũ trụ vẫn còn đang ở trong tình trạng dãn nở và nguội dần, các vật chất cơ bản bắt đầu tụ dần lại thành các dương điện tử và trung hoà tử, rồi các

    nguyên tử, phân tử, các hành tinh, các ngôi sao, các giải ngân hà và cấu trúc lớn hơn. Cũng trong khoảng sau 9 tỉ năm này, độ đậm đặc của vật chất trong vũ trụ giảm nhanh và một dạng vật chất khác được thành lập và lan tràn đầy rẫy khắp nơi, đó là “vật chất đen” hay “năng lượng đen”. Đây là một dạng vật chất không giống loại vất chất thông thường và tương tự như một dạng năng lượng hơn. Chính nhờ đặc tính có hấp lực “tự kéo vào” mà nó là động cơ chính ngăn cản cho vũ trụ dãn nở mãi mãi. Mặt khác, “năng lượng đen” còn mang đặc tính “tự đẩy ra” khiến hiện tượng dãn nở của vũ trụ nhanh hơn. Đặc tính này giải thích hiện tượng những ngôi sao thật lớn phát nổ

    từ những giải ngân hà thật xa chúng ta mà hiện nay còn để lại những luồng vi ba bức xạ trong vũ trụ, đây là chứng cớ vũ trụ chúng ta đang dãn nở trong suốt 5 tỉ năm nay.

    Trong ngàn tỉ năm tới, vũ trụ vẫn dãn nở, vật chất bị phân tán loãng ra và cấu trúc không còn được như ngày nay. Với lý thuyết thông thường thì lúc này vật chất đen giữ vai trò chủ yếu trong toàn thể vũ trụ, chúng biến vũ trụ thành một vùng hoang trống rỗng. Trong mô hình chu trình thì vật chất đen trở thành những chất không bền, bị hư dần để biến thành dạng năng lượng có áp xuất thật cao. Dưới điều kiện này, vũ trụ sẽ từ từ co rút lại, khi đó sẽ nẩy sinh ra hai hậu quả: (1) không gian trở nên thuần nhất và phẳng trong tiến trình co rút, điều này là căn bản cho tiến trình thành lập vũ trụ khác ngay sau khi xẩy ra vụ Big Bang kế tiếp, (2) Vật lý học lượng tử tạo ra những tình trạng thay đổi trong môi trường ở dạng năng lượng có áp xuất thật cao, với những dạng vật chất và tia bức xạ mới chứa đầy tại những vùng khác nhau trong không gian mang lại hậu quả là tốc độ co rút mỗi ngày một lớn.



    Màng vũ trụ trong thuyết chu trình vũ trụ: Chính việc khám phá ra học thuyết “dây căng trong vũ trụ” đã làm nẩy sinh ra thuyết chu trình vũ trụ mà quan niệm chính là tấm màng vũ trụ và những không gian nhiều chiều. Theo như học thuyết “dây căng trong vũ trụ” toàn thể vũ trụ ba chiều của chúng ta là một tấm màng nằm trong khoảng không gian bốn chiều và sát bên một vũ trụ ba chiều khác. Cũng theo thuyết dây căng, có sáu không gian nhiều khác hiện diện nhưng chúng chỉ giữ vai trò không quan trọng trong thuyết chu trình vũ trụ. Màng vũ trụ có tính đàn hồi, nó có thể dãn nở, lắc lư, co rút hoặc di chuyển. Các định luật trong học thuyết dây căng bắt buộc vật chất trong màng vũ trụ chỉ di chuyển trong khoảng không gian ba chiều thôi, do đó ta không thể đi qua không gian bốn chiều để có thể nhìn, sờ thấy hay cảm nhận màng vũ trụ kế bên được. Tuy vậy trọng lực và các lực khác có thể kéo hai màng này lại với nhau, hậu quả là những chuỗi đụng chạm liên tục và đều, một trận đụng chạm như vậy là một Big Bang.

    Với khuôn mẫu này thì rõ ràng Big Bang không phải là một “Bắt Đầu”. Sự đụng chạm chứng tỏ những màng vũ trụ, nói cách khác là không gian và thời gian, hiện diện trước và sau một Big Bang. Sau trận nổ, những màng bị bắn tung tóe rồi bắt đầu dãn nở trong không gian ba chiều. Vật chất, các tia bức xạ được thành lập, dãn nở, nguội dần và tụ lại với nhau thành những ngôi sao, giải ngân hà … mà ta thấy hôm nay.

    Vật chất đen: Đó là một loại năng lượng mà trọng lực của nó có khả năng tạo nên lực kéo hai vũ trụ lại với nhau. Khi những màng này đã dãn ra tới khi mật độ năng lượng vượt quá mật độ vật chất, tốc độ dãn nở của vũ trụ được thúc đẩy, đó là tình trạng mà ta thấy trong vụ trụ ngày nay. Không giống như quan niệm trước đây, giai đoạn dãn nở này không diễn ra mãi mãi mà trái lại, sau khoảng một thời gian là một ngàn tỉ năm, vũ trụ ngưng dãn nở và do lực đàn hồi của vật chất đen, hai màng vũ trụ bị kéo lại gần nhau rồi đụng nhau. Năng lượng động lực học này được biến đổi thành các vật chất và các tia bức xạ mới. Tóm lại, năng lượng trọng lực không những làm cho hai màng vũ trụ đụng vào nhau mà lực đàn hồi của vật chất đen không bao giờ dứt, chúng tạo nên những cuộc đụng chạm giữa các vũ trụ với nhau xẩy ra mãi mãi. Những màng này dãn nở và co rút trong khoảng không gian ba chiều giữa một không gian rộng lớn khác nhiều chiều hơn.

    Khuôn mẫu nào thích hợp nhất: Khuôn mẫu về chu trình thành lập vũ trụ và thuyết Big Bang trước kia có những điểm khác nhau về sự biến hoá và tiến hoá của vũ trụ. Trong quan niệm Big Bang, trận nổ là khởi đầu cho thời gian, như vậy vũ trụ của chúng ta đã trải qua 13.7 tỉ năm, thời gian dãn nở để thành lập ra vũ trụ ngày hôm nay. Các nhà khoa học đã khám phá ra vật chất đen, chất này là nguyên do giải thích cho việc dãn nở hiện nay mà không còn nhiệm vụ nào khác. Trong tương lai, chúng tràn lan khắp vũ trụ và sẽ biến vũ trụ thành một khoảng không gian hoang vắng, rộng lớn và vô tận. Trái lại, trong khuôn mẫu về chu trình thành lập vũ trụ thì 13.7 tỉ năm qua chỉ là khoảng thời gian xẩy ra từ trận nổ Big Bang lần cuối và là khoảng thời gian tạo nên vật chất và các tia bức xạ mà ta thấy ngày hôm nay. Việc thành lập vũ trụ là những chu kỳ, lập đi lập lại nhiều lần - trước cả lần này - và có thể là vô tận.

    Hai tấm màng vũ trụ đụng nhau sẽ tạo nên những trận bão về vật chất nóng và các luồng quang tuyến. Khi hai tấm màng này phục hồi lại, chúng bắt đầu phát triển theo ba chiều. Đây là giai đoạn vũ trụ dãn nở và nguội dần, vật chất bắt đầu tụ tập lại với nhau để thành lập ra các giải ngân hà hay các cụm giải ngân hà như ta nhìn thấy ngày hôm nay. Độ đậm đặc của năng lượng cao hơn độ đậm đặc của vật chất thúc đẩy vũ trụ bành trướng nhanh, đó là lý do giải thích tình trạng của vũ trụ chúng ta hiện nay. Trong giả thuyết về chu trình thành lập vũ trụ, dần dần vật chất đen (xin đọc những bài khoa học trước giải thích về vật chất đen trong vũ trụ) bị hủy hoại làm cho việc bành trướng chậm lại, sau đó trở thành dẹp và trống rỗng và bắt đầu co rút lại, sau đó hai tấm màng vũ trụ kế nhau bắt đầu tiến gần lại nhau để chuẩn bị cho một chu trình khác, tức là khi chúng đụng nhau sẽ xẩy ra một Big Bang mới. “Chúng ta không nhìn thấy một tấm màng vũ trụ nào khác hay sự đụng chạm của hai tấm màng nhưng hiện giờ ta còn nhìn thấy vật chất nóng và những tia bức xạ, quang tuyến còn đầy rẫy trong vũ trụ”, Steinhardt phát biểu như trên.



    GIẢ THUYẾT VỀ VÒNG VŨ TRỤ HỌC LƯỢNG TỬ:

    Không phải Steinhardt và Turok là những người duy nhất đề nghị ra một mô hình trong đó vũ trụ phục hồi lại sau khi bị suy sụp. Từ trên một thập niên trước, Martin Bojowald tại Pennsylvania State University đã đề ra một khuôn mẫu về sự phục hồi này, được gọi là Vòng Vũ trụ Học Lượng Tử (Loop Quantum Cosmology-LQC). Lý thuyết này dựa vào thuyết Vòng Trọng Lực Lượng Tử (Loop Quantum Gravity) và là một kết hợp giữa thuyết tương đối - lý thuyết của nhà bác học Einstein đề ra để giải thích về sự tác động của trọng lực, với tác động của lượng tử trong vũ trụ hay lý thuyết về động lực của các vật chất nhỏ hơn cả một nguyên tử. Nói một cách khác, Bojowald dùng lý thuyết về trọng lực lượng tử để giải thích hiện tượng tại một điểm thật nhỏ mà có một trọng lực ở mức vô cùng trong Big Bang. “Theo tôi thì Big Bang chỉ là một giao điểm giữa một vũ trụ trước bị suy sụp và việc thành lập vũ trụ sau mà thôi”.





    Chu trình thành lập vũ trụ: Qua giai đoạn dãn nở, co rút lại tại một điểm thật nhỏ, phát nổ rồi dãn nởthành một hay nhiều vũ trụ mới.


    Các nhà khoa học đã đưa ra một quan niệm về thuyết Vòng Trọng Lực Lượng Tử (Loop Quantum Gravity) từ năm 1990. Khi cố gắng kết hợp thuyết tương đối với thuyết động lực lượng tử, họ thấy cần có không gian để tạo nên một cấu trúc một chiều “những nguyên tử không gian và thời gian” hay “những nguyên tử không gian”. Theo như Bojowald, thuyết dãn nở của vũ trụ làm thời gian và không gian trải rộng ra. Với không gian và thời gian trong nguyên tử không gian thì sự dãn nở này không liên tục và mỗi khi một nguyên tử không gian được thành lập thì lại có một đột biến về lượng tử. Những nguyên tử không gian này tạo nên những vũ trụ mới trong đó những nguyên tử vật chất thông thường di chuyển. “Nếu không có giả thuyết này thì sẽ không có giới hạn tối đa để năng lượng có thể đè nén tại một nơi nào đó vì đây là trở ngại thông thường của thuyết tương đối”. Bojowald nói như trên. Với thuyết Vòng Trọng Lực Lượng Tử, năng lượng đạt tới mức tối đa khi một vũ trụ bị suy sụp thu nhỏ tại một nơi mà khối lượng lớn gấp 1,000 tỉ lần tại lõi mặt trời và nơi đó không lớn hơn một dương điện tử. Tại nơi này, năng lượng và tỉ trọng đạt tới giới hạn tối đa rồi phát nổ và nở dãn ra để thành vũ trụ mới (Big Bang). Qua gia đoạn nở lớn và thành lập vật chất, vũ trụ lại tiến hành giai đoạn suy sụp khi nó trở nên đậm đặc và nóng, lúc đó các ngôi sao hay các giải ngân hà di chuyển về gần nhau, các nguyên tử lại bắt đầu bị ion hoá và hiện tượng suy sụp xẩy ra trong khoảng hàng tỉ năm nữa. Có thể đó chỉ là một chu kỳ hay nhiều chu kỳ nữa.



    Không Gian Đa Vũ Trụ


    Kết luận:

    Nhà triết học Hy Lạp Aristotle (384-322 B.C.) đã đưa ra một kiểu mẫu vũ trụ như trái đất đứng yên và toàn thể các tinh tú quay chung quanh chúng ta. Sau đó vào thế kỷ thứ hai, nhà thiên văn gốc Hy Lạp khác nhưng sinh sống tại Ai Cập là Claudius Ptolemy sửa lại khuôn mẫu trên khi cho rằng mặt trăng, mặt trời và năm hành tinh khác quay quanh trái đất, còn các vì sao khác được gắn cố định trên một vòm trời hình cầu. Quan niệm trên được mọi người tin tưởng cho mãi tới thế kỷ thứ 17.

    Khoảng 100 năm trước đây, các nhà khoa học nghĩ là giải ngân hà Milky Way của chúng ta là toàn thể vũ trụ, gồm một chùm sao bao bọc bởi một khoảng không vô tận. Cho đến nay, khoa học chứng minh là giải ngân hà này chỉ là một trong một quần thể nhiều hơn 400 tỉ giải ngân hà khác quan sát được.

    Phần lớn các nhà vật lý vũ trụ học đều dè dặt khi đưa ra các giả thuyết về không gian đa vũ trụ, nhưng họ đều lập luận đó là những tiên đoán dựa trên nền tảng khoa học. Lý thuyết về sự dãn nở miêu tả giai đoạn đầu thành lập vũ trụ, và trong nhiều năm các nhà khoa học tin là vũ trụ khởi đầu bằng sự dãn nở của một khối lửa. Trận nổ lớn bắt đầu cho việc thành hình vũ trụ được gọi là Big Bang. Tuy vậy chỉ vài thập niên gần đây những khuôn mẫu mới về sự tiến hoá và biến hoá của vũ trụ được nói tới, như là vũ trụ ở trong giai đoạn đầu trải qua một sự dãn nở rất nhanh để tạo ra một khoảng không gian trống rỗng, không bền (tình trạng nhiều năng lượng nhưng không có vật chất). Giai đoạn dãn nở không kéo dài lâu nhưng đã có một khoảng không gian rộng lớn. Sau khi giai đoạn dãn nở chấm dứt, vũ trụ trở nên nóng, suy sụp và trở về tình trạng Big Bang. Tuy vậy lúc này Big Bang tạo nên nhiều vũ trụ bong bóng được phình nở lớn ra, đó là không gian đa vũ trụ, và cứ như vậy lập đi lập lại mãi. Sự tiến hoá của vũ trụ như vậy không có bắt đầu và không có tận cùng. Sau mỗi lần nở lớn ra, không gian được chia thành nhiều vùng, tại mỗi vùng đặc tính của vật chất hay chiều không gian và thời gian khác nhau. Như vậy vũ trụ giống như tập họp nhiều vũ trụ trong đó các định luật vật lý học tại mỗi vũ trụ chi phối riêng cho vũ trụ đó.

    Những giả thuyết trên đây đã đưa ra nhiều tranh luận được George Ellis, giáo sư Đại Học Cape Town, Nam Phi, tóm lược trong những điểm sau:

    1-Không gian không có giới hạn: Không gian trong vũ trụ chúng ta dãn nở tới biên giới là 42 tỉ năm ánh sáng, bên ngoài biên giới này trong khoảng không vô tận kia còn rất nhiều vũ trụ khác mà ta không nhận biết được. Đây là một trở ngại vì ta chỉ suy diễn về điểm còn có nhiều vũ trụ khác chứ không thể nhìn, nhận ra được và không thể chứng minh được kết luận này sai hay đúng. Làm sao biết được những vũ trụ khác có sự phân bố vật chất khác với vũ trụ chúng ta hoặc là khác về hằng số vật lý căn bản, như các lực nguyên tử?



    2-Dựa vào môn vật lý học để tiên đoán thế giới khác: Những lý thuyết đồng nhất để tiên đoán sự hiện hữu, giả định một không gian chứa đầy điện hay từ trường. Khoảng không gian như vậy sẽ nở lớn ra, lý thuyết này chỉ áp dụng vào trong vũ trụ của chúng ta trong khi vùng không gian tại các vũ trụ khác thì ta hoàn toàn không hiểu. Có thể các vũ trụ bong bóng đó hiện hữu dưới những điều kiện bị chi phối bởi các định luật vật lý học hoàn toàn khác với chúng ta.



    3-Lý thuyết tiên đoán không gian đa vũ trụ trải qua các cuộc thử nghiệm bằng quan sát: Các tia bức xạ từ cõi xa xăm ghi nhận được cho thấy vũ trụ chúng ta đang ở trong thời đại cuối cùng của tình trạng nóng và dãn nở. Điều này chứng tỏ là vũ trụ đã trải qua giai đoạn phình nở lớn ra, nhưng không phải tất cả những loại dãn nở đều có cùng một tiến trình như nhau để tạo nên các bong bóng vũ trụ. Vài nhà vũ trụ học như Steinhardt cho rằng tiến trình phình nở mãi mãi như vậy sẽ tạo nên một loại tia phóng xạ khác hẳn với những tia phóng xạ mà ta ghi nhận được. Ngược lại, giáo sư Andrei Linde và các cộng sự viên tại Đai Học Stanford lại không đồng ý với quan điểm này.



    4-Hằng số căn bản thích hợp cho đời sống: Điều đáng ghi nhận nhất là tại vũ trụ chúng ta có những hằng số vật lý có giá trị thích ứng nhất cho những cấu trúc phức tạp, bao gồm cả đời sống. Steven Weinberg, giáo sư môn Vật Lý Học tại Đại Học Texas, người đoạt giải thưởng Nobel Vật Lý năm 1997 và một số nhà nghiên cứu khác cho rằng một dạng đời sống cũng có thể tìm thấy tại một nơi nào đó trong không gian đa vũ trụ. Nhiều nhà nghiên cứu khác lại cho rằng đời sống tùy thuộc vào độ đậm đặc của vật chất đen tại một vũ trụ nào đó, tuy nhiên độ đậm đặc này lên quá cao thì đời sống không thể tồn tại được.



    5-Thuyết dây vũ trụ tiên đoán nhiều vũ trụ có những đặc tính khác nhau: Thuyết này thay đổi từ một lý thuyết giảng nghĩa được mọi việc thành lý thuyết mà việc gì cũng có thể giảng nghĩa được. Với quan niệm hiện tại, lý thuyết này cho rằng những đặc tính căn bản trong vũ trụ chúng ta do ngẫu nhiên mà có. Nếu vũ trụ này là vũ trụ độc nhất, những đặc tính đó như không thể giải thích được. Ví dụ như vì sao sự ngẫu nhiên lại có thể tạo ra các điều kiện vật lý thật chính xác với những đặc tính cao độ mà đời sống có thể hiện hữu được? Chỉ trong điều kiện vũ trụ này là một trong hàng tỉ vũ trụ khác thì sự ngẫu nhiên có thể xẩy ra được. Tuy vậy, thuyết dây vũ trụ không phải là một lý thuyết có thể thử nghiệm hay chứng minh được và cũng chưa toàn hảo.



    6-Tất cả đều có thể xẩy ra: Trong khi đi tìm câu trả lời tại sao thiên nhiên lại tuân theo một số quy luật này mà không theo quy luật khác, một số nhà vật lý học cho rằng thiên nhiên không chọn lựa, mà một số quy luật có thể áp dụng tại những nơi này mà không áp dụng được tại những nơi khác. Từ ý niệm này mà thuyết lượng tử ra đời. Một sự phân bố hay xắp xếp về một mô hình được hay không thể có được tại một vũ trụ nào đó, tuy vậy không có cách nào có thể kiểm chứng được.



    Các nhà khoa học bỏ ra rất nhiều năm để suy nghĩ, lý luận rồi lập ra những giả thuyết trên. Mặc dù cho đến nay những lý thuyết này chưa chắc chắn và chưa được kiểm chứng nhưng cũng đưa đến cho ta nhiều suy nghĩ và làm cho tầm hiểu biết của con người được phong phú. Thật ngạc nhiên khi lý thuyết về không gian đa vũ trụ được chứng minh qua những quan sát gián tiếp, như Anthony Aguirre, Matt Kleban và các nhà khoa học khác quả quyết là những tia bức xạ tại nhiều nơi xa xăm trong vũ trụ còn vương lại là chứng cớ của việc nhiều vũ trụ bong bóng đụng vào nhau. Thuyết dây vũ trụ cũng giải thích không gian nhiều vũ trụ, trong đó mỗi vũ trụ có những đặc tính khác biệt. Cũng giống như vào thập niên 1990, người ta nghi ngờ giả thuyết về một chất đặc biệt hiện diện đầy rẫy trong vũ trụ mà không khám phá ra được, đó là “vật chất đen”. Cho đến nay, các nhà khoa học đã nhìn nhận sự hiện diện của loại vật chất này và công nhận chính nó là nguyên nhân khiến vũ trụ dãn nở và suy sụp.

    Dù cho thuyết về đa vũ trụ vẫn còn trong giai đoạn phôi thai, nhưng những thắc mắc trên sẽ được các nhà vật lý học giải đáp trong một tương lai cũng không xa, chúng ta hy vọng như vậy, như một nhà khoa học tuyên bố: “Có thể nói rằng các nhà triết học, vũ trụ học, vật lý học vào đầu thế kỷ thứ 22 sẽ nhìn lại quá khứ mà tiếc cho thế hệ chúng ta ngày nay, vì đã nói đến một không gian đa vũ trụ mà không biết đường tìm ra … “

    *Trần Hồng Văn



    TÀI LIỆU THAM KHẢO:

    1- Carr, Bernard. Universe or Multiverse, Cambridge University Press, 2009

    2- Dorminey, Bruce. What triggered the Big Bang, Astronomy, October 2011, page 24-29.

    3- Ellis, George F.R. Does the Multiverse Really Exit? Scientific American, August 2011, page 38-43.

    4- Ghosh S. et al. Entangled Quantum State of Magnetic Dipoles, Nature, September 2003, page 48-51.

    5- Krauss, L.M.and Scherrer, R.J. The end of Cosmology? Scientific American, March 2008, page 46-53.

    6- Kruesi, Liz. Will Dark Energy Tear the Universe Apart? Astronomy, February 2009, page 34-39

    7- Linde, Andrei. The Self-Reproducing Inflationary Universe, Scientific American, 1994, page 48-55.

    8- Moyer, Michael. The Quantum Universe. Scientific American, February, 2012, page 31-37

    9- Nadis, Steve. How We Could See Another Universe. Astronomy, June 2009, page 24-29.

    10- Steinhardt, Paul J. Why the Universe had no beginning, Astronomy, April 2009, page 29-33.

    11- Steinhardt, Paul J. Quantum Gaps in Big Bang Theory, Scientific American, April 2011, page 36-43

    12- Vedral, Vlalka. Living in a Quantum World, Scientific American, June 2011, page 38-43

    Và nhiều tài liệu khác nữa.
    http://www.baocalitoday.com/index.php?option=com_content&view=article&id=6444:nhng-quan-nim-va-hc-thuyt-mi-v-v-tr-&catid=7:gia-inh-giao-dc&Itemid=55

      Hôm nay: Fri Dec 09, 2016 6:56 pm