Vũ trụ tuần hoàn

Khoảng gần 14 tỷ năm trước đã xảy ra một sự kiện, khởi đầu cho tất cả. Mô hình vũ trụ hoạt động trơn tru trong suốt quá trình lùi về thời điểm sau Vụ nổ lớn 10-43 giây (Mười mũ âm bốn mươi ba giây). Nhưng quan trọng nhất là điều gì đã xảy ra trước đó. Đáng tiếc là chúng ta không biết. Chúng ta cũng không biết tại sao vật chất không mất đi trong khi va chạm với phản vật chất. Một lỗ hổng kiến thức tiếp theo trong “miếng phó mát”, đó là vấn đề của cái gọi là hằng số vũ trụ. Lịch sự của hằng số này là lịch sử những suy tưởng của các nhà vật lý về vũ trụ – Những suy tưởng thay đổi qua hàng chục năm nay.

Sai lầm lớn nhất của Einstein?

Tất cả bắt đầu vào năm 1917, khi Albert Einstein đi đến kết luận rằng các phương trình thuyết tương đối rộng của ông là không đầy đủ. Lý do là dựa vào những phương trình đó có thể kết luận vũ trụ là động, trong khi đó từ những quan sát thời bấy giờ, người ta lại thấy vũ trụ nghiêng về tĩnh nhiều hơn. Thời kỳ đó, các nhà thiên văn học đồng nhất vũ trụ với dải Ngân hà. Einstein đặt ra giả thuyết là tồn tại những lực giữ cho vũ trụ khỏi sụp đổ dưới ảnh hưởng của trường hấp dẫn. Ông đã thêm vào các phương trình của mình một thành phần mới gọi là hằng số vũ trụ. Khi đó, tất cả đều “ăn khớp”. Vũ trụ trong thực tế cũng như trong các suy luận lý thuyết đều là vật thể tĩnh và không biến đổi. Tuy nhiên, trạng thái này tồn tại không lâu.

Vào năm 1923, nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble phát hiện ra rằng dải Ngân hà chỉ là một phần rất nhỏ của vũ trụ, và vài năm sau ông quan sát thấy các thiên hà chạy ra xa nhau. Vận tốc chạy ra xa càng lớn khi khoảng cách giữa các thiên hà càng lớn (Định luật Hubble). Ngày nay, chúng ta biết rằng các quasar ở bên rìa vũ trụ chạy ra xa chúng ta với vận tốc gần bằng 95% vận tốc ánh sáng! Các quan sát của Hubble đã “biến” vũ trụ tĩnh thành vũ trụ động, còn hằng số vũ trụ thì được chính Einstein gọi là “sai lầm lớn nhất trong cuộc đời”.

Ngày nay, chúng ta biết rằng, không gian vũ trụ không chỉ giãn nở, mà còn giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh. Điều này không thể gây ra nếu như trong vũ trụ chỉ tồn tại thứ vật chất “bình thường”. Phải có một lực đẩy nào đó, chẳng hạn thứ lực được mô tả bởi hằng số vũ trụ. Chính cái hằng số mà gần 80 năm trước đã bị loại khỏi các phương trình của Einstein, thì vài ba năm gần đây lại trở về trong suy nghĩ của các nhà khoa học.

Thời gian vĩnh cửu

Vấn đề là ở chỗ, hằng số vũ trụ đo được nhỏ hơn 10 ¹²⁰(mười mũ một trăm hai mươi lần) so với kết quả thu được từ tính toán lý thuyết theo thuyết Vụ nổ lớn. GS.Neil Turok thuộc trường ĐHCambridge(Anh), đồng tác giả ý tưởng “vũ trụ tuần hoàn”, cho biết: “Giá trị vô cùng nhỏ của hằng số vũ trụ là một trong những thách đố lớn nhất của vật lý đương đại”. Theo các tác giả một bài báo khoa học công bố trên tạp chí “Science” số ra gần đây, thì thuyết Vụ nổ lớn còn có quá nhiều câu hỏi để ngỏ. Một số câu hỏi đó có thể trả lời được nếu như chấp nhận giả thiết rằng thời gian hoàn toàn không phải khởi đầu từ khoảng 14 tỷ năm về trước mà sớm hơn rất nhiều. Ngày nay, lý thuyết nói rằng, thời gian bắt đầu từ thời điểm Vụ nổ lớn. Cùng với nó là sự xuất hiện của năng lượng và không gian. Trước đó là không có gì. Trong khi đó ý tưởng của các nhà vật lý Neil Turok (ĐHCambridge) và Paul Steinhardt (ĐHPrinceton) dựa trên thực tế là vũ trụ già hơn rất nhiều so với chúng ta vẫn nghĩ. Vật chất tạo ra các ngôi sao, các hành tinh và cả chúng ta ngày nay nữa, không phải mới được hình thành cách đây 14 tỉ năm mà là… được tái tạo lại!

Theo các nhà khoa học, vũ trụ trải qua những giai đoạn giãn nở và co rút. Mỗi một giai đoạn co rút đánh dấu cái chết của thế giới cũ, đồng thời báo hiệu sự khởi đầu thế giới mới. Có điều, thời gian không triệt tiêu cùng với mỗi hành vi tàn lụi hay khai sinh, mà bắt đầu dòng chảy của mình sớm hơn rất nhiều. Có thể thời gian là vĩnh cửu, tồn tại mãi mãi. Liệu điều này có thể giải quyết được những vấn đề với hằng số vũ trụ? Theo các tác giả bài báo khoa học đăng trên tạp chí “Science” thì đúng là có thể giải quyết được. Sau mỗi lần khai sinh thế giới mới, hằng số vũ trụ là rất lớn, nhưng cùng với thời gian giá trị của nó giảm dần. Khi giá trị dương chuyển thành giá trị âm, tất cả bắt đầu sụp đổ và hậu quả là vật chất tập trung vào một điểm - đúng vào điểm mà sau đó sinh ra một thế giới mới, trong đó hằng số vũ trụ lại có giá trị lớn.

Tại sao khi hằng số vũ trụ có giá trị dương thì tất cả đều giãn nở, và khi nó có giá trị âm – tất cả đều co lại? Bởi vì hằng số vũ trụ mô tả thứ năng lượng bí ẩn của không gian trống rỗng. Năng lượng này chống lại lực hút của trường hấp dẫn và đẩy tất cả ra xa. Khi lực này đổi dấu từ dương sang âm, “hướng” tác động của nó cũng biến đổi theo. Lúc này không còn thứ gì giãn nở, mà tất cả có xu hướng nén chặt vào một điểm. Liệu mô hình của Turok và Steinhardt có đúng với thực tế? Sau Vụ nổ lớn xuất hiện thời kỳ lạm phát - đó là thời kỳ vũ trụ phồng lên rất nhanh. Sau thời kỳ đó, trong không gian vũ trụ phải còn lại tàn dư dưới dạng sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, cho dù rất cố gắng, cho đến hiện nay, các nhà khoa học cũng không phát hiện ra loại sóng này. Nếu như vũ trụ đúng là có tính tuần hoàn, thì sóng hấp dẫn còn sót lại sau giai đoạn lạm phát trở nên rất yếu, đến mức khó mà phát hiện được nó.

Nguồn: Science, gdtd.com.vn, số 62,25/05/2006