Vũtrụdưới góc nhìn
của vật lý hiệnđại -
Vận hành
Vũtrụcó yên tĩnh?
Từnhỏta đã quen vớihình ảnh Mặt trời, Mặt trăng và các ngôi sao. Một cách
trực quan, ta dễdàng nhận thấy rằng, các thiên thểnày quay quanh chúng ta, Mặt
trời mọcởhướng Đông và lặnởhướng Tây. Quan niệm có từngàn xưa này dễ
khiến chúng ta tựmãn vềvịthếcủa mình trong vũtrụnày.
Thực tế, ngôi nhà mà chúng ta đang sinh sống, trái đất, là một trong chín
hành tinh quay quanh Mặt trời. Lực hấp dẫn mang lại sựan toàn cho chúng ta, khi
giữtrái đấttrên quỹ đạo gần tròn khá ổnđịnh quanh Mặt trời.
Trật tựnày lặp lại một cách phổbiến, có hàng tỉtỉngôi sao kiểu nhưMặt trời
cùng với hệhành tinh, vệtinh quay quanh chúng. Đến lượt mình, các ngôi sao này
cũng tham gia vào vũ điệu cuồng nhiệt của vũtrụ, quay quanh tâm của thiên hà
chứa nó. Trên thang vĩmô, lực hấp dẫn cũng đóng một vai trò tương tựnhư đã làm
với Trái đất. Nó giúp cho các hệsao, hệhành tinh có trật tựhơn, cản trởchuyển
động ra xa nhau và gây ra sựnáo loạn vũtrụdo quán tính của chúng.
Năng lượng tối lạiđóng vai trò ngược lại, mang lại tác dụng đẩy và làm vũ
trụdãn nở. Nó phủkhắp mọi ngỏngách trong toàn vũtrụnhưng lại tỏra bất hợp
tác với bàn tay công nghệngày càng vươn xa của chúng ta.
Nhìn lại bức tranh vũtrụ, chắc các bạn sẽcó cảm giác rằng, vũtrụcó kích
thước gần 15 tỉnăm ánh sáng này bịchi phối chủyếu bởi lực hấp dẫn và năng
lượng tối, nhưng thực sựcó phải nhưvậy?
Chúng ta được cấu tạo từnhững hạt rất nhỏ, các nguyên tửvà phân tử. Xa
hơn, nguyên tửbao gồm lớp vỏ điện tửvà các quark tạo nên hạt nhân. Tác dụng
hút hấp dẫn sẽlàm cho chúng tiến lại gần nhau, đến mức, tất cảsẽthu hẹp dần trở
thành một viên kẹo và cứthếnhỏmãi. Rất khó tưởng tượng ra khi bạn gặp tôi lúc
đó.
Nhưng không, tựnhiên lại không vô tình đến vậy. Bản chất của thếgiới vi mô
là chuyểnđộng nhiệt hỗn loạn nên rất khó để các hạt nhỏbé ấy tiến lại quá gần
nhau. Một hệcác quy tắc bắt buộc dành cho các hạt này, mà ta quen gọi là vật lý
lượng tử, khiến chúng giữliên kết với nhau ởkhoảng cách cho phép sựsống ngày
nay tồn tại. Lựcđiện từgiữa các hạt mang điện nhưlực hút giữađiện tửmang điện
âm và hạt nhân mang điện dương. Lực mạnh cản trởcác quark ra xa nhau quá mức,
dễdẫnđến phá vởcấu trúc nhân nguyên tử. Nguyên lý loại trừPauli sẽhạn chếcác
điện tửtiến vào gần hạt nhân một cách đồng bộ.
Mộtđóng góp khác được tìm thấy trong phảnứng nhân, đó là lực yếu với
cường độ chỉ đứng sau lực mạnh. Cũng chính các phảnứng hạt nhân tạo ra luồng
sinh khí ấm áp trong toàn vũtrụ. Năng lượng mà chúng tạo ra, mà một phầnở
bước sóng ánh sáng nhìn thấy, làm cho màn đêm lung linh hơn. Sựsôi động trong
các ngôi sao do nhận năng lượng tửphảnứng tổng hợp hạt nhân trên chính bản
thân nó cũng góp phần cản trởsựsuy sụp chóng vánh của các ngôi sao do hấp dẫn.
Sựcân bằng giữa các lực chi phối thếgiới lượng tửvà lực hấp dẫn mang đến
cho chúng ta hình ảnh thường thấy ngày nay. Các thiên hà, các ngôi sao, các hành
tinh, bạn, tôi.
Tiến trình của vũtrụgắn liến với sự điều chỉnh của các lực và phân bốnăng-
vật chất của vũtrụ
Nhưng cách thức vậnđộng và đóng góp của các lực sẽthay đổiđáng kểkhi ta
chạy nhanh khỏi thờiđiểm hiện tại. Lần ngược vềquá khứ, vũtrụsẽbé dần, bé dần
lại. Kéo theo, mậtđộ năng lượng tăng lên vùn vụt cùng với nhiệtđộ của vũtrụ.
Tương quan về độ lớn và cách thức tác dụng của các lực cơbản cũng kéo lại gần
nhau hơn. Những nổlực mớiđây nhất cho thấy, khi nhiệtđộ tăng đủ cao, hằng số
tương tác của các lực mạnh, yếu và điện từgần như đồng quy, trởthành một lực
duy nhất. Thay cho các ngôi sao trong một không gian hầu nhưtrống rỗng là một
bát súp nóng, nhung nhúc các hạt cơbảnnhư điện tử, nơ-tri-nô, các quark, photon.
Sựkết hợp của các hạt này để hình thành nên cấu trúc hạt nhân làm cơsởcho việc
hình thành các sao được diễn ra sau đó, khi vũtrụ đã nguộiđi nhiều. Lực hấp dẫn
vốn lẫn tránh sựthống nhất các tương tác do "sựyếuđuối" của mình cũng sẽdần
mạnh lên cùng với sự điều chỉnh của ba lực kia và hợp nhất với nhau tại thờiđiểm
ngay sau Vụnổlớn. Siêu lực tạo thành liên lạc chính giữa các miền năng lượng
định xứvà là cơsởcho việc hình thành các hạt cơbảnđầu tiên sau đó vài phần của
giây.
Còn nếuđi nhanh vềtương lai, dĩnhiên, sựdãn nởsẽvẫn tiếp diễn thêm một
thời gian nữa. Vũtrụsẽlạnh dần, các ngôi sao cũng sẽlụi tàn vì sửdụng quá đà
năng lượng có giới hạn tích trữtrong chúng. Vũtrụsẽchuyển sang giai đoạn tối
tăm, các cấu trúc vật chất sẽ ở xa nhau hơn bao giờhết. Nhưng sựdãn nởcó tiếp
diễn mãi nhưvậy hay không? Sốphận vũtrụsẽnhưthếnào? Còn chúng ta?