NaBobo2770
New member
Ê, bạn có biết là vũ trụ đã "flex" được 13,7 tỷ năm rồi không? Từ một điểm siêu nhỏ lúc đầu (kiểu như... nhỏ hơn cả hạt bụi á), giờ nó đã to đùng không tưởng tượng nổi luôn. Nhưng mà plot twist ở đây là: một số nhà khoa học đang dự đoán rằng sau 100 triệu năm nữa thôi, vũ trụ sẽ ngừng giãn nở và... co lại! Nghe kinh không?
Theo cái kết luận chuẩn về vũ trụ học, vũ trụ nhà mình đã tồn tại khoảng 13,7 tỷ năm rồi. Trong khoảng thời gian dài "vcđ" này, nó cứ từ từ mở rộng ra từ một điểm siêu nhỏ thành cái quy mô khổng lồ như bây giờ. Và thậm chí hiện tại vũ trụ còn đang giãn nở nhanh hơn nữa á! Đó là lý do các nhà vật lý phải nhập vai "năng lượng tối" vào để giải thích cái tốc độ bất thường này.
Thật ra thì đến tận bây giờ chúng ta vẫn mù tịt về bản chất của năng lượng tối là gì . Và một nghiên cứu mới đây được đăng trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) cho thấy rằng có một trạng thái năng lượng tối có thể khiến vũ trụ ngừng giãn nở và từ từ co lại ngay sau đó. Và cái mốc thời gian này không xa như mình nghĩ đâu - sau 65 triệu năm, vũ trụ sẽ không còn tăng tốc nữa, và sau 100 triệu năm, nó sẽ dừng hẳn và bắt đầu co lại luôn!
**Einstein và cái "bug" trong công thức vũ trụ**
Năm 1915, Einstein đã tạo ra thuyết tương đối rộng, biến vũ trụ học thành một môn khoa học thực thụ. Các phương trình trường của ông ấy chứa câu trả lời cho mọi câu hỏi về nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ. Nhưng có một vấn đề làm các nhà vật lý đau đầu lúc đầu: phương trình không nói về trạng thái tĩnh của vũ trụ, mà chỉ mô tả một vũ trụ luôn giãn nở hoặc co lại.
Bị giới hạn bởi kiến thức vũ trụ học thời đó, Einstein đã sửa phương trình và thêm vào đó "hằng số vũ trụ" để có được một vũ trụ tĩnh.
Nhưng mà ối dồi ôi, những quan sát thiên văn sau đó đã khiến mọi người sốc nặng! Năm 1929, nhà thiên văn học Edwin Hubble đã quan sát thấy sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà xa xôi, có nghĩa là chúng đang bay ra xa chúng ta.
Sự giãn nở của vũ trụ được tiên đoán bởi các phương trình trường của Einstein giải thích được hiện tượng này rồi. Như vậy là phương trình không cần nghiệm tĩnh và việc thêm hằng số vũ trụ là... thừa! Einstein sau đó đã rút lại các sửa đổi của mình, thừa nhận rằng việc đưa ra hằng số vũ trụ là sai lầm lớn nhất mà ông từng mắc phải.
**Nhưng câu chuyện chưa hết đâu nha!**
Bây giờ vũ trụ của chúng ta đang giãn nở, khi vũ trụ càng to, mật độ vật chất trong vũ trụ càng ít, và mật độ năng lượng tương ứng cũng nhỏ hơn. Lúc này, theo tiên đoán của phương trình trường Einstein, sự giãn nở của vũ trụ sẽ dần dần chậm lại. Tuy nhiên, những quan sát thiên văn lại một lần nữa khiến mọi người "tá hoả", năm 1998, các nhà thiên văn tính toán tốc độ giãn nở của vũ trụ dựa trên dữ liệu siêu tân tinh và phát hiện ra rằng vũ trụ không chậm lại mà còn đang tăng tốc!
Các nhà vật lý cảm thấy "não cá vàng" khi phát hiện ra điều này. Để giải thích, họ tin rằng có một thứ chưa biết trong vũ trụ có mật độ năng lượng không giảm khi vũ trụ lớn hơn, mà còn... giữ nguyên! Vì vậy, khi vũ trụ mở rộng gấp đôi, tổng lượng năng lượng này cũng tăng gấp đôi. Việc kết hợp năng lượng chưa biết này vào mô hình vũ trụ về bản chất giống như đang thêm lại cái hằng số vũ trụ mà Einstein đã bỏ đi, cho phép các phương trình của ông ấy đưa ra giải pháp cho sự giãn nở có gia tốc.
Năng lượng chưa được biết đến này giờ được gọi là "năng lượng tối" . Các nhà vật lý ước tính rằng năng lượng tối chiếm khoảng 70% toàn bộ vũ trụ ngày nay để phù hợp với các quan sát về sự giãn nở đang tăng tốc. Tuy nhiên, chính xác thì năng lượng bí ẩn này là gì và cách mô tả nó trong vật lý học, thì cho tới nay giới học thuật vẫn đang tranh cãi ầm ầm.
**Năng lượng tối quyết định số phận vũ trụ!**
Nhận thức về năng lượng tối có liên quan trực tiếp đến dự đoán của chúng ta về số phận tương lai của vũ trụ. Nếu mật độ năng lượng của năng lượng tối không phải là hằng số mà thay đổi theo thời gian, thì vũ trụ có khả năng ngừng giãn nở và bắt đầu co lại trong tương lai - điều đó sẽ mất ít nhất là 100 triệu năm.
Năm 1998, ba nhà vật lý trong đó có Paul Steinhardt đã xuất bản một bài báo đề xuất giả thuyết rằng năng lượng tối là "quintessence". Theo đó, năng lượng tối không còn là một mật độ năng lượng cố định như được mô tả bởi hằng số vũ trụ, mà là một trường vô hướng có thể thay đổi theo thời gian. Trường vô hướng này thể hiện lực hút hoặc lực đẩy, tùy thuộc vào tỷ số giữa động năng và thế năng của nó. Các nhà nghiên cứu cho rằng trường vô hướng này sẽ là lực đẩy vào khoảng 3,5 tỷ năm sau khi vũ trụ ra đời, nhưng lúc đó mật độ năng lượng của vật chất chi phối sự giãn nở của vũ trụ nên tốc độ giãn nở giảm dần. Mãi cho đến khoảng 9,8 tỷ năm sau khi vũ trụ ra đời, mật độ năng lượng của vật chất giảm dần khi vũ trụ trở nên lớn hơn, và năng lượng tối đóng vai trò chi phối, khiến vũ trụ giãn nở với tốc độ gia tốc.
Nhưng nếu năng lượng tối thực sự là một trường vô hướng thay đổi theo thời gian, thì những thay đổi trong thành phần của nó có thể khiến lực đẩy biến mất. Trong một bài báo đăng trên PNAS gần đây, Steinhardt và hai đồng nghiệp là Anna Ijjas và Cosmin Andrei đã phát triển một mô hình vũ trụ bao gồm năng lượng tối "thiết yếu", họ đã điều chỉnh các thông số của mô hình để phù hợp với lịch sử giãn nở đã biết của vũ trụ.
Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng mô hình này để mô phỏng điều gì sẽ xảy ra với năng lượng tối như vậy trong tương lai. Họ phát hiện ra rằng mật độ năng lượng của năng lượng tối giảm dần theo thời gian, cuối cùng hoạt động giống như vật chất bình thường. Quá trình chuyển đổi này có thể đạt được trong 65 triệu năm, khiến sự giãn nở của vũ trụ ngừng tăng tốc tại thời điểm đó. Và 100 triệu năm nữa, năng lượng tối sẽ trở nên hấp dẫn, khiến vũ trụ bắt đầu co lại.
**Vậy là sắp "game over" à?**
Mặc dù mô hình dự đoán rằng thời điểm vũ trụ bắt đầu co lại không còn xa, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết ban đầu nó rất chậm và có thể mất hàng tỷ năm để vũ trụ đạt được một nửa kích thước ngày nay. Nhưng mặt khác, tất cả những quan sát của chúng ta về sự giãn nở của vũ trụ đến từ những vật thể cách xa hàng triệu đến hàng tỷ năm ánh sáng cho chúng ta biết về quá khứ của vũ trụ, không phải hiện tại hay tương lai của nó. Vì vậy, cũng có thể vũ trụ đã bắt đầu thu nhỏ lại và chúng ta sẽ không nhận ra điều đó cho đến một thời gian dài sau đó!
Tuy nhiên, chúng ta vẫn chưa có cách nào để biết chắc liệu năng lượng tối có thực sự là một "chất" hay liệu sự giãn nở của vũ trụ đã bắt đầu chậm lại. Công trình của Steinhardt và cộng sự chỉ dựa trên một mô hình năng lượng tối đặc biệt. Hiểu biết về năng lượng tối này có đúng không? Có lẽ phải đợi những quan sát sau này mới cho chúng ta biết câu trả lời thôi!
Nguồn: soha.vn