Các nhà vũ trụ học thử thám hiểm “phía bên kia” của vụ nổ lớn
Mới đây một công trình lý thuyết của một người Đức Martin Bojowald, làm việc tại Viện Vật lý và Hình học hấp dẫnthuộc Trường Đại học Pennsylvania (Mỹ), công bố trên tạp chí Nature Physics điện tử, đã góp thêm một tiếng nói vào vấn đề này. Anh đã kết luận là có, nhưng ta không thể nào biết rõ mọi thứ được, mà chỉ có thể ngoại suy mà thôi.
Ta cần nhắc lại là nhờ vào lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein đề xướng vào năm 1915 mô tả diễn tiến của vũ trụ ở thang toàn cục, nhờ vào kết quả quan sát thiên văn của Edwi Hubble trong những năm 20 thế kỷ trước cho biết Vũ trụ đang dần nở, người ta có thể quay nhìn lại quá khứ của Vũ trụ. Ta có thể đi ngược thời gian về lại quá khứ đến một sự cố giả định nhưng được phần lớn các nhà vật lý thừa nhận, đó là sự cố Vụ Nổ lớn xảy ra 13,7 tỷ năm trước đây. Chính xác hơn, nguời ta đi ngược thời gian đến được cách Vụ Nổ lớn một chút xíu: 10 ‑43gy, gọi là thời gian Planck.
Vũ trụ mà chúng ta biết ngày nay với nhiều tỷ thiên hà, lúc bấy giờ gói gọn vào một thể tích vô cùng nhỏ, khoảng 1 phần 10 triệu tỷ tỷ lần kích thước một nguyên tử, với mật độ và nhiệt độ vô cùng lớn. Ở trạng thái trước đó, tức là trước thời điểm Planck, các phương trình tương đối tổng quát của Einstein (mô tả một không - thời gian liên tục) không còn dùng được nữa, nhường “sân khấu” cho Cơ học lượng tử với quy luật lượng tử (không liên tục), với nguyên lý bất định không cho phép ta, chẳng hạn, biết chính xác đồng thời vận tốc và vị trí của một hạt, tức không biết được diễn biến của nó trong tương lai hay quá khứ.
Để khắc phục khó khăn này, một số nhà vật lý đã đề xuất một mô hình tổng hợp cả vật lý cổ điển và lượng tử: đó là thuyết hấp dẫn lượng tử vòng(loop quantum gravity). Lý thuyết này cho rằng không gian là không liên tục mà cấu tạo từ các vòng, giống như tấm vải dệt từ các sợi riêng rẽ. Nói riêng thời gian diễn tiến không liên tục mà qua các “bước nhảy” và năng lượng trong cổ điển có thể lấy giá trị lớn bất kỳ thì ở đây bị giới hạn trên, do đó tránh được kỳ dị (năng lượng vô cùng) của Vụ Nổ Lớn. Một trong những tác giả đầu đàn của thuyết này, Abhay Ashtekar, là Giám đốc của Viện nghiên cứu nơi Martin Bojowald làm việc.
Việc không có kỳ dị mở ra khả năng đi ngược thời gian, vượt qua ngưỡng Vụ Nổ Lớn đến những thời điểm trước đó. Vụ Nổ Lớn không là khởi đầu của Vũ trụ mà chỉ là một chuyển tiếp, hay chuyển pha, một bước nhảy (bounce) từ giai đoạn trước đó đến giai đoạn sau Vụ Nổ Lớn. Vậy qua bên kia Vụ Nổ Lớn chúng ta thấy gì? Trong một bài báo đăng trên Physical Reviw Letters năm 2006 Ashtekar mô tả Vũ trụ trước Vụ Nổ Lớn là một Vũ trụ diễn biến ngược với Vũ trụ chúng ta đang sống.Thay vì dãn nở, Vũ trụ này lại co lại, ngày càng đặc hơn, nóng hơn. Các lực hút hấp dẫn làm Vũ trụ co lại, đạt đến một trạng thái mà các lực này trở thành lực đẩy, tạo ra một “bước nhảy” thành Vũ trụ của chúng ta.
Tuy nhiên, một tác giả khác của thuyết hấp dẫn lượng tử vòng là Carlo Rovelli, ở Trung tâm Vật lý lý thuyết Luminy, Đại học Marseilles (Pháp) lại cảnh báo phải coi chừng, vì các khái niệm trướcvà sauở gần Vụ Nổ Lớn là không xác định, giống như một người đi theo đường thẳng, tới được Bắc cực, rồi tiếp tục đi nữa theo hướng cũ nhưng lại không hề tiến lên theo một hướng Bắc. Ở phía bên kia Vụ Nổ Lớn thời gian đi lui hay đi tới? Hay Vũ trụ nối tiếp nhau hay chúng như hai anh em sinh đôi “đi theo hai hướng khác nhau?” Rovelli đã đặt vấn đề.
Công trình của Martin Bojowald dựa trên thuyết hấp dẫn lượng tử vòng. Anh xây dựng mô hình trạng thái Vũ trụ với một số ít tham số, chẳng hạn tốc độ dãn nở, mật độ vật chất, cường độ lực hấp dẫn... anh đơn giả hoá dần dần và đi đến các phương trình trạng thái của Vũ trụ, có nghiệm ở thời điểm Vụ Nổ Lớn. Anh thấy được là trước Vụ Nổ Lớn Vũ trụ không trơn tru như hiện nay mà là một trạng thái thăng giáng lượng tử dữ dội, do vậy ngay cả khái niệm thời giancũng không có nghĩa như ta vẫn biết. Bojowald thu được tính bất địnhcơ bản trong các phương trình, do vậy ta không thể nào biết được chính xác trạng thái Vũ trụ bằng cách đi ngược đến những thời gian trướcVụ Nổ Lớn. Vụ Nổ Lớn như cái “máy trộn”, làm mất đi một số đặc trưng của Vũ trụ trước đó. Các nhà khoa học gọi đây là hiện tượng lãng quên Vũ trụ(cosmic forgetfulness). Tuy nhiên, một số đặc trưng cổ điển như kích thướcVũ trụ, tốc độ dãn nở,hay co lại, về nguyên tắc vẫn xác định được.
Đây không phải là kịch bản tuần hoàn trong đó các Vũ trụ giống hệt nhau, co lại rồi dãn nở nối tiếp nhau. Theo Bojowald, Vũ trụ trước và sau “Big bounce” không liên quan gì với nhau, không thể nào như nhau được. Bằng chứng là Vũ trụ của chúng ta đang dãn nở tăng tốc và có vẻ sẽ mãi mãi như vậy.
