Vũ trụ được tạo ra như thế nào?

Giúp NTDVN sửa lỗi

Câu trả lời ngắn gọn: Khoa học hiện tại không thực sự biết vũ trụ được tạo ra như thế nào, mặc dù hầu hết các nhà vật lý thiên văn tin rằng nó bắt đầu từ Vụ nổ lớn.

Theo Live Science, chúng ta hiện tại chỉ biết rằng chúng ta đang sống trong một vũ trụ đang giãn nở. Điều đó có nghĩa là sau mỗi ngày trôi qua thì toàn bộ vũ trụ sẽ trở nên lớn hơn. Nó cũng có nghĩa là trong quá khứ vũ trụ của chúng ta nhỏ hơn ngày nay. Theo các nhà vật lý, nếu quay ngược thời gian đủ xa, vũ trụ của chúng ta có thể đã từng là một điểm vô cùng nhỏ và đậm đặc - một điểm kỳ dị.

Hầu hết các nhà vật lý nghĩ rằng điểm kỳ dị này mở rộng ra trong Vụ nổ lớn, nhưng vì tất cả vật lý đã biết đều bị phá vỡ trong những điều kiện khắc nghiệt tại giai đoạn ban đầu của vũ trụ, nên thật khó để nói một cách chắc chắn điều gì đã xảy ra vào lúc sơ khai nhất của vũ trụ.

Quay ngược thời gian

Trong phần lớn lịch sử của mình, vũ trụ được điểm xuyết bằng các thiên thể tương tự như hiện nay. Và nếu chúng ta càng quay ngược thời gian thì những thiên thể này càng ở gần nhau hơn.

Ví dụ, khi vũ trụ của chúng ta chưa đầy 380.000 năm tuổi, thể tích của vũ trụ nhỏ hơn hiện nay khoảng một triệu lần và nó có nhiệt độ trung bình khoảng 10.000 kelvin. Do rất nóng và đậm đặc, vũ trụ khi đó là một khối plasma, trạng thái vật chất trong đó các nguyên tử bị xé toạc thành proton, neutron và electron. Chúng ta hiện tại vẫn bắt gặp plasma tại nhiều nơi trong không gian và trên Trái đất, vì vậy chúng ta hiểu khá rõ về cách trạng thái này hoạt động.

Nhưng khi chúng ta càng quay ngược thời gian về thời điểm xa xưa hơn,thì vật lý của vũ trụ càng trở nên phức tạp. Khi vũ trụ mới hình thành được chục phút, nó là một hỗn hợp của các proton, neutron và electron, và bị chi phối bởi cùng một cơ chế vật lý mà chúng ta sử dụng để hiểu về bom hạt nhân và lò phản ứng hạt nhân.

Tuy nhiên, nếu chúng ta quay ngược lại thời điểm sớm hơn nữa, mọi thứ trở nên thực sự sơ khai.

Vào thời điểm vũ trụ mới hình thành chưa đầy một giây, chúng ta vẫn chưa có lý thuyết vật lý nào có thể mô tả được nhiệt độ và áp suất cực cao khi đó. Tất cả các lý thuyết vật lý của chúng ta đều thất bại và chúng ta không hiểu cách thức các hạt, lực và trường hoạt động trong những điều kiện đó.

Sự sản sinh ra điểm kỳ dị

Các nhà vật lý có thể lập biểu đồ về sự phát triển của vũ trụ bằng cách sử dụng thuyết tương đối rộng của Einstein, thuyết này liên kết vật chất trong vũ trụ với lịch sử giãn nở của nó.

Nhưng lý thuyết của Einstein có một lỗ hổng chết người. Nếu chúng ta từ thuyết tương đối rộng để đi đến kết luận cuối cùng của nó, thì tại một thời điểm hữu hạn trong quá khứ, toàn bộ vũ trụ của chúng ta bị nhồi nhét vào một điểm duy nhất, đậm đặc vô hạn. Đây được gọi là điểm kỳ dị Vụ nổ lớn.

Mọi người thường coi điểm kỳ dị là "sự khởi đầu" của vũ trụ: Nhưng nó hoàn toàn không phải là một sự khởi đầu.

Về mặt toán học, điểm kỳ dị không nói với chúng ta rằng vũ trụ bắt đầu từ đó. Thay vào đó, nó nói với chúng ta rằng thuyết tương đối rộng đã bị phá vỡ, không còn khả năng tiên đoán và giải thích.

Các nhà vật lý từ lâu đã biết rằng thuyết tương đối rộng là không hoàn thiện. Nó không thể giải thích hấp dẫn lượng tử, dạng lực hấp dẫn có cường độ cực mạnh và phạm vi cực nhỏ. Nói cách khác, để hiểu đầy đủ những khoảnh khắc sớm nhất của vũ trụ, chúng ta cần lý thuyết vật lý mới.

Câu đố chưa có lời giải

Đáng buồn thay, chúng ta vẫn đang thiếu lý thuyết vật lý như vậy. Chúng ta có một số ứng viên cho lực hấp dẫn lượng tử, như lý thuyết dây và hấp dẫn lượng tử vòng, nhưng những lý thuyết này vẫn chưa được phát triển đầy đủ, chứ chưa nói đến việc thử nghiệm.

Nhưng nếu một trong hai lý thuyết kể trên là đúng, thì chúng có thể cho chúng ta biết những điều thú vị về vũ trụ sơ khai.

Trong trường hợp lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng, điểm kỳ dị được thay thế bằng một đoạn không-thời gian có kích thước hữu hạn. Còn theo lý thuyết dây, vũ trụ của chúng ta bắt nguồn từ một tập hợp bao gồm các vũ trụ khả dĩ. Cũng có thể là Vụ nổ lớn của chúng ta tồn tại chỉ như một trong vô số vũ trụ, nhân lên không ngừng trong đa vũ trụ. Chỉ những tiến bộ xa hơn nữa trong vật lý lý thuyết mới giúp giải quyết được sự mù mờ của những ý tưởng này.

Tuy nhiên, vẫn còn một vấn đề quan trọng khác: Chúng ta có thể không bao giờ biết được nguyên nhân gây ra Vụ nổ lớn. Trong những khoảnh khắc đầu tiên sau vụ nổ này, ngay cả những quan niệm của chúng ta về thời gian và không gian cũng bị phá vỡ. Ở giai đoạn này, các khái niệm quen thuộc như "bắt đầu" và "trước đó" thậm chí có thể không có ý nghĩa.

Văn Thiện

Theo Live Science



BÀI CHỌN LỌC

Vũ trụ được tạo ra như thế nào?