Vật chất tối - năng lượng tối

Bốn mươi năm sau phát hiện đó của Zwicky, vào năm 1970 các quan sát chuyển động quay của các đám mây hidro quanh thiên hà cũng như chuyển động quay của các thiên hà quanh những quần tụ thiên hà đều chứng tỏ sự tồn tại của vật chất tối với mật độ lớn hơn mật độ vật chất thông thường khoảng 10 lần (!).

Vật chất tốilà gì? Đó không phải là vật chất thông thường, tức không phải cấu tạo từ proton hay neutron. Nó không tương tác với điện hay/ và từ, do đó ta không “thấy” được nó trực tiếp. Các nhà vật lý lý thuyết đã vào cuộc và đề xuất ứng cử viên cho vật chất tối là hai giả định axionvà neutralino, hạt đầu xuất hiện từ bài toán vi phạm đối xứng CP - mạnh trong sắc động lực lượng tử, còn hạt sau là một đồng hành siêu đối xứng của hạt trung hoà bình thường. Người ta hy vọng có thể phát hiện được những hạt khi máy va chạm lớn nhất thế giới LHC ở CERN sẽ bắt đầu hoạt động vào cuối năm 2007.

Như vậy vũ trụ chứa đầy vật chất tối, nói cách khác vũ trụ chứa nhiều thứ hơn là mắt ta trông thấy được.

Nhiều hơn bao nhiêu? Đây là câu hỏi mà Saul Perlmutter và nhóm nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkelay (LBNL) đặt mục tiêu trả lời vào cuối những năm 80. Nhóm này muốn xác định coi mật độ vật chất trong vũ trụ có đủ để chặn đứng sự giãn nở và làm vũ trụ cọ lại hay không, hay là không đủ nên vũ trụ sẽ dãn nở vĩnh viễn? Sự dãn nở này có chậm lại nhiều không? Tuy nhiên đến đầu những năm 1998, nhóm của Perlmutter và một nhóm nghiên cứu khác do Brian Schmidt đứng đầu, đã đi đến một kết luận ngược hẳn với những gì mọi người chờ đợi, đó là tốc độ giãn nở của vũ trụ không những không chậm lại, mà lại còn tăng lên nữa.

Cũng trong năm đó, nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng ở Đại học Chicago - Michael Turner đã đọc một bài giảng, trong đó ông gọi lực phản hấp dẫn làm tăng tốc việc dãn nở của vũ trụ là năng lượng tối. Sao lại “tối”? Turner cho là để tương tự như vật chất tối. Còn sao lại là “năng lượng”? - Để phân biệt với vật chất tối.

Năng lượng tốicòn mờ mịt hơn vật chất tối và tên gọi đó không có nghĩa gì cả. Nó có thể thay đổi theo thời gian và không gian hay không? Nếu có thì con người ta đã chuẩn bị sẵn cho nó một tên gọi là quintessencelà yếu tố thứ năm thêm vào bốn yếu tố cơ bản của tự nhiên trong triết học phương Tây là không khí, đất, lửa và nước. Nếu không thì phải chăng đó là hằng số vũ trụlmà Einstein đã từng thêm vào phương trình cơ bản mô tả trường hấp dẫn của mình (để giải thích một vũ trụ dừng, tức không giãn nở cũng như không co lại) và sau đó ông đã chối bỏ? các nhà lý thuyết đang đề nghị nhiều ý tưởng, còn các nhà thực nghiệm lại chưa biết dựa vào đâu để kiểm nghiệm (!).

G.Smoot và John C. Mather đã sử dụng COBE để cho các nếp nhăn của không gian, và năm 1992 đã thu được kết quả: các thăng giáng mật độ chứng tỏ vũ trụ bao gồm 22 phần trăm vật chất tối, 74 phần trăm năng lượng tối và chỉ 4 phần trăm là chất liệu vật chất thông thường.

Ba ngày sau khi được tin mình được giải Nobel vật lý năm 2006, George Smoot ngồi trao đổi với nhà nghiên cứu vũ trụ Saul Perlmutter (người có khả năng sẽ nhận giải Nobel sau này) tại văn phòng của mình ở Đại học California., Berkeley . Hai người điểm lại những bước quan trọng trong việc tìm hiểu vũ trụ.

Khi phát minh ra kính viễn vọng bốn thế kỷ trước đây, Mặt trăng, các ngôi sao, các thiên hà và áp dụng định luật Newton, đã biết được một vũ trụ diễn biến chính xác như đồng hồ.

Qua việc phát hiện hiện tượng dãn nở của vũ trụ cũng như sự tồn tại của bức xạ vi sóng tàn dư 2,7K người ta biết được một vũ trụ không dừng như của Newton, mà là vũ trụ Einstein biến thiên dữ dội, khởi đầu bằng Vụ Nổ Lớn và cũng có thể sẽ kết thúc dữ dội không kém.

Tất cả thật rõ ràng, đơn giản. Có thể nói khi quan sát bầu trời về đêm là ta đang nhìn thấy vũ trụ.

Thật ra không phải vậy, cũng không phải gần như vậy.

Chính các công trình của Smoot và Perlmutter lại là một phần của cuộc cách mạng dẫn đến hình ảnh một vũ trụ không giống gì với cái người ta vẫn biết, một vũ trụ mà bản thân chúng ta, cuốn sách ta đang đọc, tất cả các hành tinh, các sao trong thiên hà của chúng ta và trong 125 thiên hà mà ta biết... tất cả chỉ chiếm 4 phần trăm. Phần 96 phần trăm còn lại là cái gì? Ai biết?

Thật tối tăm - Các nhà nghiên cứu vũ trụ đều nói như vậy. Tốiở đây có nghĩa là không biếthiện nay, và có thể vĩnh viễn sau này cũng không biết.

Hệ quả có tính triết học thật rõ ràng. Chúng ta không những không là tâm điểm của mọi vật, trái lại chúng ta không được cấu tạo từ những chất liệu chung của mọi thứ trong vũ trụ. “Chúng ta chỉ là một chút ô nhiễm” - nhà vật lý lý thuyết Lawewnce M.Krauss ở Case Western Reserve, đã nói như vậy. Nếu bỏ chúng ta qua một bên, bỏ luôn cả các hành tinh, sao, thiên hà, cả những người ngoài trái đất (nếu có) thì vũ trụ vẫn gần như không thay đổi gì. Con người hoàn toàn không có nghĩa lý gì hết.