Vũ trụ hình thành như thế nào?

(Dân trí) - Câu trả lời ngắn gọn là chúng ta không thực sự biết chính xác vũ trụ được tạo ra như thế nào, cho dù hầu hết các nhà vật lý thiên văn học tin rằng vũ trụ khởi đầu bằng vụ nổ Big Bang.

Vũ trụ hình thành như thế nào? - 1

Hàng triệu ngôi sao ra đời trong một thiên hà ở gần chúng ta. (Ảnh: ESA).

Chúng ta biết rằng mình đang sống trong một vũ trụ luôn mở rộng. Điều đó có nghĩa là toàn bộ vũ trụ đang ngày càng phình to ra, và cũng có nghĩa là trong quá khứ vũ trụ của chúng ta nhỏ hơn ngày nay. Tua ngược cuốn băng đó đủ xa, vật lý học cho rằng vũ trụ xưa kia là một vật chất tí hon cực nhỏ, một điểm đông đặc vô cùng, một thứ kỳ dị độc nhất.

Hầu hết các nhà vật lý học cho rằng điểm kỳ dị này đã bung ra trong vụ nổ Big Bang, nhưng vì tất cả các định luật vật lý mà chúng ta đã biết đều bị phá vỡ trong những điều kiện khắc nghiệt của vũ trụ thuở sơ khai, nên thật khó để khẳng định điều gì đã xảy ra trong những thời khắc khởi đầu của vũ trụ.

Đi ngược thời gian

Phần lớn lịch sử của vũ trụ được điểm xuyết bằng những sự vật tương tự như ngày nay nhưng chúng ở gần nhau hơn hiện nay.

Ví dụ: khi vũ trụ của chúng ta chưa đến 380.000 năm tuổi thì quy mô của vũ trụ nhỏ hơn khoảng 1 triệu lần so với hiện nay, và khi đó vũ trụ có nhiệt độ khoảng 10.000 kelvin (tương đương 9.727 độ C), quá nóng và quá đậm đặc nên nó là một ly tử thể (plasma), tức là một trạng thái của vật chất mà các nguyên tử bị xé thành các proton, neutron và electron. Tuy vậy, chúng ta cũng bắt gặp ly tử thể trong nhiều tình huống khác trong không gian và trên Trái Đất, vì thế chúng ta hiểu khá rõ về cách hoạt động của ly tử thể.

Nhưng càng đi ngược thời gian, vật lý học càng trở nên phức tạp. Khi vũ trụ mới sinh ra được vài chục phút, nó như một nồi súp đặc gồm các proton, neutron và electron do cùng một cơ chết vật lý điều khiển như cơ chế mà chúng ta áp dụng để hiểu về bom hạt nhân và lò phản ứng hạt nhân.

Tuy nhiên, khi nhìn xa hơn thế về thời điểm sơ sinh hơn nữa của vũ trụ thì mọi thứ cực kỳ vô định.

Khi chúng ta cố gắng tìm hiểu vũ trụ ở thời điểm nó mới hình thành chưa đầy 1 giây, chúng ta không có lý thuyết vật lý nào có thể áp dụng để giải thích cho tình huống với nhiệt độ và áp suất cực cao mà vũ trụ vừa trải qua. Tất cả các lý thuyết vật lý của chúng ta đều bị phá vỡ và chúng ta không hiểu được cách thức các hạt, các lực và các trường hoạt động trong những điều kiện đó.

Sinh ra điểm kỳ dị

Các nhà vật lý học có thể lập biểu đồ sự phát triển của vũ trụ bằng cách sử dụng thuyết tương đối của Einstein, thuyết này kết nối các sự vật của vũ trụ với lịch sử giãn nở của vũ trụ.

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

Điểm kỳ dị này thường được coi 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 Big Bang không nói lên rằng vũ trụ bắt đầu từ đó, mà nó nói rằng bản thân thuyết tương đối rộng đã bị phá vỡ và mất đi sức mạnh tiên đoán và khả năng giải thích.

Từ lâu, các nhà vật lý học đã biết rằng thuyết tương đối rộng không hoàn chỉnh. Nó không thể giải thích lực hấp dẫn ở cường độ cao hoặc quy mô nhỏ, còn được gọi là lực hấp dẫn lượng tử. Nói cách khác, để hiểu đầy đủ về những khoảnh khắc sơ khai đầu tiên của vũ trụ, chúng ta cần vật lý học mới.

Một câu hỏi qua nhiều thế hệ

Điều đáng buồn là hiện nay chúng ta chưa có vật lý học đó. Chúng ta có một số lý thuyết cho lực hấp dẫn lượng tử, như là lý thuyết dây và lực hấp dẫn lượng tử vòng, nhưng những lý thuyết này vẫn chưa được phát triển đầy đủ, nên chưa thể nói đến việc thử nghiệm chúng.

Nhưng nếu một trong hai lý thuyết đó đúng thì chúng ta có thể biết nhiều điều thú vị về vũ trụ sơ khai.

Nếu lực hấp dẫn lượng tử vòng đúng thì điểm kỳ dị được thay thế bằng một đoạn không gian - thời gian có kích thước hữu hạn; còn nếu lý thuyết dây đúng thì vũ trụ của chúng ta bắt nguồn từ một "cảnh quan" của các vũ trụ khả dĩ. Cũng có thể Big Bang chỉ tồn tại như một trong vô số vũ trụ vẫn liên tục nhân lên trong một không gian đa vũ trụ. Chỉ khi nào có được những tiến bộ xa hơn nữa về vật lý lý thuyết thì chúng ta mới giải đáp được và thoát khỏi sự mù mờ về những ý tưởng giả định này.

Nhưng cũng còn một vấn đề khác: chúng ta có thể không bao giờ biết được nguyên nhân của vụ nổ Big Bang. Trong những khoảnh khắc đầu tiên của nó, ngay cả những quan niệm của chúng ta về thời gian và không gian cũng bị phá vỡ. Ở quy mô đó, các khái niệm bình thường mà chúng ta vẫn hiểu được, như là "bắt đầu" và "trước đó", lại trở nên không còn ý nghĩa. 

Tin liên quan