Lịch sử vũ trụ sẽ phải viết lại?

Từ khi Georges Lemaitre lần đầu tiên đưa ra lý thuyết Vụ nổ lớn (Big Bang) vào năm 1927 đến nay, người ta vẫn coi đây là cơ sở để lý giải về sự hình thành của vũ trụ. Những kết quả thực nghiệm và quan sát mới nhất của các nhà khoa học đều đưa ra những bằng chứng củng cố cho sự tồn tại của lý thuyết này.

Tuy nhiên, điều này hoàn toàn không có nghĩa rằng, các nhà khoa học từ bỏ tham vọng tìm những lý thuyết khác khả dĩ có thể giải thích sự hình thành vũ trụ.

Mới đây, hai nhà vật lý học thiên thể Maximo Banados và Pedro Ferreira đã cho công bố thành quả nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực này. Sau khi bổ sung và sửa đổi lý thuyết về lực hấp dẫn của A. Eddington được xây dựng vào đầu thế kỷ XX, Maximo Banados và Pedro Ferreira phát hiện ra rằng, lý luận mới này sẽ mang đến cho con người những kết luận ngoài sức tưởng tượng về sự hình thành vũ trụ.

Eddington là nhà vật lý sống cùng thời với Albert Einstein. Ông được cả thế giới biết đến khi ông quan sát được rằng lực hấp dẫn của mặt trời đã làm cong ánh sáng sao. Chính phát hiện này của Eddington trở thành những bằng chứng đầu tiên cho thuyết tương đối rộng.

Vào năm 1924, Eddington đưa ra hàm tác dụng trường hấp dẫn mới, một lựa chọn thứ hai bên cạnh hàm tác dụng Einstein-Hilbert, có thể trở thành một điểm xuất phát khác của thuyết tương đối rộng.

Trong vật lý học thiên thể, hàm tác dụng trường hấp dẫn thể hiện cơ chế không thời gian hình thành lực hấp dẫn như thế nào khi bị năng lượng và vật chất bẻ cong. Tuy nhiên, lý thuyết của Eddington chỉ đúng trong điều kiện chân không, không hàm chứa bất cứ vật chất nào. Điều này khiến cho lý thuyết của Eddington cho đến nay vẫn chưa thể trở thành một lý luận hoàn chình được.

Sau khi Eddington đề ra lý luận này, nhiều nhà khoa học đã tìm nhiều cách khác nhau để chứng minh cho lý thuyết này trong điều kiện có vật chất song họ đã gặp phải rất nhiều khó khăn. Tuy nhiên, trong công trình nghiên cứu mới đây của mình, Maximo Banados và Pedro Ferreira đã nghĩ ra một biện pháp mới, tức đưa ra hàm tác dụng trường hấp dẫn mới được gọi là hàm tác dụng Born-Infeld. Hàm tác dụng này giúp cho lý thuyết của Eddington đúng cả trong trường hợp có sự hiện diện của vật chất.

Điều khiến mọi người chú ý hơn là, lý luận mới này có thể đưa ra một mô hình vũ trụ hoàn toàn mới mà không có sự tồn tại của Vụ nổ lớn.

Trong lý thuyết Vụ nổ lớn, trạng thái khởi đầu của vũ trụ là một điểm kỳ dị, điều này cũng có nghĩa là vũ trụ từng vô cùng nhỏ bé. Tuy nhiên, lý thuyết đã sửa đổi của Eddington yêu cầu kích thước không thời gian ở thời kỳ đầu hình thành phải có một trị số nhỏ nhất nào đó. Điều này cũng có nghĩa là khi đó vũ trụ không thể nào là điểm kỳ dị được.

Lý luận này cho rằng, trước khi vũ trụ giãn nở và tuân theo những phép tắc diễn biến của bản thân nó thì vũ trụ đã duy trì kích thước tương đối nhỏ trong một thời gian dài. Độ dài của khoảng thời gian này phụ thuộc vào mật độ vật chất của vũ trụ ở thời kỳ ban đầu. Một khả năng khác là vũ trụ có thể đã trải qua một lần đột biến do sự giãn nở của vũ trụ tạo thành. Trạng huống cụ thể của khả năng này phụ thuộc vào điều kiện ban đầu hình thành vũ trụ.

Nhưng bất cứ mô hình vũ trụ nào trong hai khả năng này đều không có sự hiện diện của điểm kỳ dị. Điều này có thể giúp các nhà khoa học giải quyết câu hỏi về điểm kỳ dị đang khiến họ đau đầu trong thuyết tương đối rộng. Vì rằng, cho đến nay, trong toán học, điểm kỳ dị vẫn là khái niệm chưa thể định nghĩa.

Hai nhà khoa học Maximo Banados và Pedro Ferreira cho biết họ sẽ tiếp tục phân tích một cách cụ thể hơn về hàm tác dụng trường hấp dẫn Born-Infeld để chứng minh cho giả thiết của mình. Mặc dù vậy, hai nhà khoa học này cũng chỉ ra rằng, lý thuyết này vẫn đang còn trong giai đoạn đầu của khái niệm hóa và họ hiểu rất rõ rằng để có thể chính xác hóa lý thuyết này vẫn còn một quãng đường rất dài phải vượt qua.

Kết quả nghiên cứu này của Maximo Banados và Pedro Ferreira, được đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters.