Điều gì đã xảy ra trước vụ nổ Big Bang?

Hoặc có khi còn có hằng hà sa số các vũ trụ và liên tục sinh ra thêm các vũ trụ mới thì sao? Nếu thế, liệu có còn ý nghĩa nữa không khi đặt câu hỏi về trật tự của các vũ trụ?

Để trả lời các câu hỏi đó, các nhà khoa học đã bỏ qua giới hạn của các định luật vật lý. Các lý thuyết hiện nay có thể giải thích cho sự tiến hóa của vũ trụ từ thuở sơ khai của nó, tức là từ thời điểm có Big Bang trở đi, nhưng câu hỏi “cái gì đã xảy ra trước đó” mới là câu hỏi đau đầu nhất.

Nhà vật lý học và là nhà vũ trụ học của Trường đại học Toronto, Canada, ông Renée Hložek nói rằng ông đã từng tham dự rất nhiều cuộc hội thảo tranh luận về điều này hàng nhiều giờ liền mà chưa có kết luận rõ ràng.

“Vụ nổ lớn” (Big Bang) hay “Cú va đập mạnh” (Big Bounce)?

Các nhà vật lý học thấy khá dễ dàng khi thảo luận về những thứ có thể nhìn thấy được và cái tồn tại lâu đời nhất trong vũ trụ mà chúng ta có nhìn thấy bằng kính viễn vọng là nền vi ba vũ trụ (CMB). CMB là một dạng “tiếng vọng” của Big Bang và là một ánh sáng mạnh trên toàn bộ nền trời, có thể đo được và vẽ bản đồ được bằng kính viễn vọng vô tuyến. Nó hình thành sau khi có Big Bang 380.000 năm. Còn trước đó vũ trụ ra sao thì chúng ta không thể biết được.

Ông Hložek nói ông chỉ có thể xét đoán những gì đã xảy ra trong quá khứ trên cơ sở những gì nhìn thấy được, còn trước CMB thì không có cơ sở gì để biết vũ trụ ra sao.

Nhưng nếu có các giới hạn mà các nhà thiên văn học không thể nhìn xa hơn được thì lại không có giới hạn trong những điều các nhà lý luận có thể tưởng tượng ra. Một trong những nhà vật lý lý thuyết vĩ đại nhất, Giáo sư Roger Penrose của Trường đại học Oxford, Anh, đã đưa ra ý tưởng về một chuỗi các vũ trụ tiến hóa theo thời gian. Ông cho rằng Big Bang của chúng ta có thể chỉ là một “cú nảy”, một sự chuyển đổi từ một vũ trụ trước đó, bị tan rã và biến thành vũ trụ của chúng ta ngày nay.

Năm ngoái, ông Penrose đã gây ngạc nhiên trong một bài tranh luận về chủ đề này, trong đó ông cho rằng có thể có bằng chứng của sự tồn tài các vũ trụ trước đây. Bằng chứng đó là những dấu vết trên CMB và chúng ta có thể phát hiện ra nếu phân tích kỹ càng các dữ liệu viễn vọng vô tuyến.

Các nhà vật lý học khác đã phản ứng bằng sự hoài nghi (như họ đã từng phản ứng hồi năm 2010 khi ông Penrose đưa ra phát biểu tương tự). “Rõ ràng là nếu một ai đó có thể chứng minh rằng có một điều gì đó đặc biệt trên CMB là bằng chứng cho thấy vũ trụ đã trải qua một loạt các chu trình, thì điều đó thật sự vô cùng thú vị” – nhà vật lý học Douglas Scott của Trường đại học British Columbia phát biểu – “nhưng tài liệu của ông Penrose không đủ để chứng minh điều đó”.

Ông Penrose không phải là người đầu tiên cho rằng Big Bang không phải là khởi thủy của thời gian, và còn có nhiều thứ nữa ngoài vũ trụ mà chúng ta đang thấy quanh mình. Năm 2001, hai nhà vật lý học Paul Steinhardt và Neil Turok đã đưa ra “mô hình quay vòng” của các vũ trụ. Mô hình này dựa trên cái gọi là thuyết M, một phiên bản của thuyết dây. Thuyết này cho rằng sự vật cấu thành từ những sợi dây rung vô cùng nhỏ bé chứ không phải từ những hạt vô cùng nhỏ bé. Trong mô hình quay vòng, vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong rất nhiều vũ trụ cùng tồn tại trong cùng một vùng có nhiều chiều hơn (chứ không chỉ 3 chiều).

Trong mô hình của Steinhardt và Turok, các vũ trụ cứ định kỳ lại va chạm vào nhau và mỗi vụ va chạm lại có tác động như một Big Bang mới. Mô hình Big Bang chuẩn cho thấy một khoảng khắc đơn lẻ của sự sáng tạo còn mô hình mà hai nhà vật lý học này đưa ra, tương tự như mô hình của Penrose, thì lại cho rằng chúng ta sống trong một vũ trụ được hình thành và tái hình thành mãi mãi.

Sự nở phồng, đa vũ trụ và ngược dòng thời gian

Steinhardt và Turok không phải là những người duy nhất cho rằng chúng ta sống trong không gian đa vũ trụ, một tập hợp các các vũ trụ trong đó vũ trụ của chúng ta chỉ là một phần nhỏ bé của một thực tại mênh mông hơn nhiều và gần như chắc chắn rằng Big Bang không phải là khởi đầu của mọi thứ.

Một ý kiến tương tự cũng xuất phát từ thuyết “căng phồng”, thuyết này xuất hiện từ đầu những năm 1980. Ý tưởng trung tâm của thuyết này ngày nay đã được các nhà vật lý học chấp nhận là vũ trụ phát triển cực kỳ nhanh trong khắc đầu tiên của một giây và từ một thứ bé hơn một hạt proton trở thành một thứ cỡ bằng quả bưởi.

Không ai biết cái gì đã gây ra sự nở phồng đó, nhưng một số nhà vật lý học, trong đó có ông Andrei Linde của Trường đại học Stanford, tin rằng cho dù là cái gì đã gây ra sự nở phồng đó thì nó hoàn hoàn có thể xảy ra không chỉ một mà là nhiều lần sau nữa và dẫn đến một tập hợp các vũ trụ. Nếu thuyết “sự nở phồng vĩnh cửu” là đúng thì trong không gian sẽ liên tục sinh ra các vũ trụ mới giống như nồi nước sôi liên tục sủi lên các bọt khí.

Năm 2013, hai nhà vật lý người Anh tên là Julian Barbour và Tim Koslowski của Trường đại học New Brunswick and Flavio Mercati đã đưa ra một học thuyết cũng làm thay đổi suy nghĩ của nhiều người. Họ cho chạy các mô hình trên máy tính mô phỏng các tập hợp hạt đơn giản để xem chúng chuyển động như thế nào trước tác động của trọng lực trong một thời gian dài. Thí nghiệm này mô tả hoàn toàn chính xác sự phát triển mở rộng của vũ trụ mà chúng ta nhìn thấy quanh mình, đồng thời nó cũng như một tấm gương phản chiếu các dòng thời gian quay ngược chiều.

Theo họ, nếu lý thuyết này đúng thì chắc chắn là có một vũ trụ nữa ở phía bên kia của Big Bang, ở đó các trải nghiệm về thời gian chạy ngược với thời gian ở vũ trụ của chúng ta.

Liệu câu hỏi này có ý nghĩa hay không?

Một khả năng khác có lẽ là dễ hiểu dễ có hơn là các thuyết nói về vũ trụ nở ra hay có nhiều vũ trụ, đó là thời gian tự nó bắt đầu vào thời điểm xảy ra Big Bang. Nếu vậy thì trước đó không hề có gì cả.

Nhà khoa học Stephen Hawking đã nói như vậy trong cuốn sách thuộc loại bán chạy nhất năm 1988 có tên “Sơ lược lịch sử thời gian”. Trong cuốn sách, ông so sánh ý tưởng rằng một cái gì đó đã tồn tại trước Big Bang với ý tưởng “phía nam của Nam Cực”. Chẳng có gì về phía Nam của điểm cực Nam đó cả, bề mặt Trái Đất kết thúc ở đó mà thôi. Thật khó mà tưởng tưởng có cái gì đó nữa, và tương tự như tưởng tượng ra cái gì nữa xa hơn Nam Cực, rất có thể chẳng có gì trước Big Bang cả.

Tuy vậy, theo suy đoán thì các nhà vật lý học vẫn sẽ tiếp tục tranh luận xem ý tưởng nào đáng tin hơn. Việc giải thích vũ trụ của chúng ta là sản phẩm của một vũ trụ nào trước đó nghe có vẻ thú vị nhưng nguyên nhân gì dẫn đến sự tồn tại của vũ trụ đó nào?

Ông Hložek đặt câu hỏi “nếu các bạn có một vũ trụ học nở phồng thì phải chăng nó vẫn tiếp tục nở mãi, và nếu đúng như vậy thì nó bắt đầu nở ra sao và từ khi nào?” Những ý tưởng này khá táo bạo nhưng “không thuyết phục”, tương tự như Hawking đã nói răng bạn không thể đặt câu hỏi như thế được.

Cuối cùng thì vũ trụ đã có một câu chuyện về nguồn gốc của mình là vụ nổ Big Bang, nhưng không có tài liệu nào đủ thuyết phục để trình bày về cái gì đã xảy ra trước thời điểm bắt đầu của thời gian. Thay vào đó, chúng ta có rất nhiều ý kiến, giả thiết khác nhau, cái nào cũng mang tính suy đoán rất cao.

Ông Hložek nói rằng “cả đời tôi làm việc chỉ để trả lời cho câu hỏi đó, nhưng câu trả lời là tôi không biết”.

Phạm Hường (Theo NBC News)