Vũtrụdưới góc nhìn của
vật lý hiệnđại - Sốphận
của vũtrụ
Cũng nhưvũtrụ, mỗi ngôi sao cũng có một lịch sửcủa nó, nó được sinh ra,
phát triển và chếtđi theo cách riêng phụthuộc vào năng lượng dựtrữtrong chúng.
Do khối lượng chưađủ lớn nên Mặt trời của chúng ta sẽchọn cách “ra đi”
nhẹnhàng hơn, thay vì một vụnổsiêu tân tinh. Khi năng lượng của Mặt trời gần
cạn kiệt, sựmất cân bằng giữa lực hấp dẫn và năng lượng của lớp vỏngoài làm cho
một phần của Mặt trời phun mạnh ra phía ngoài và biến thành sao khổng lồ đỏ.
Cùng với tiến trình này, các hành tinh lân cận với nó sẽbịthiêu rụi, trong đó có trái
đất. Chắc các bạn sẽrất âu lo vềsốphận của chúng ta, nhưng nếu xem mỗi thếhệ
loài người dài 100 năm thì cũng phải chờ đến năm mươi triệu thếhệnữa sựxâm
thực của Mặt trời mới bắtđầu. Chúng ta cũng còn từng ấy thời gian để tìm kiếm
một ngôi nhà mới an toàn và dồi dào tài nguyên hơn.
Kịch bản cũng diễn ra tương tựvới các ngôi sao có khối lượng không khác xa
khối lượng Mặt trời nhiều lắm.
Nhưng với những ngôi sao nặng hơn thếnhiều, khoảng hơn 8 lần khối lượng
Mặt trời, kết cục của nó sẽhoành tráng, nhưng cũng chóng vánh hơn. Hồi kết của
các ngôi sao này sẽlà một vụnổsiêu tân tinh, làm rực sáng cảbầu trờiđêm mà
một ghi nhận của người phương Đông là Sao Khách vài trăm năm trướcđây. Phần
lõi còn lại sẽco lại thành một sao nơ-tron hoặc tệhơn, là một lỗ đen.
Xét vềtoàn cảnh, việc sinh hoặc hủy một vài ngôi sao nào đó lại không ảnh
hưởng lắmđến hoạtđộng chung của vũtrụ. Vũtrụ đang dãn nởsẽvẫn tiếp tục dãn
nở. Quá trình này sẽtiếp diễn mãi vềsau, dừng lại hoặc sau đó đảo chiều, co lại tùy
thuộc vào mộtđại lượng khác. Đó là tương quan giữa mậtđộ năng – khối lượng
trong toàn vũtrụvà mậtđộ tới hạn. Các đođạc gầnđây cho thấy tương quan này
gần bằng đơn vị, nghĩa là vũtrụgần tĩnh. Trong khi đó, các diễn biến kếtiếp của vũ
trụsẽquyếtđịnh sốphận của nó. Nếu tương quan này dần lớn hơn 1 sẽkhẳng
định ưu thếcủa năng – vật chất và mang lại kết cục là sau một thời gian lâu nữa, vũ
trụsẽdần co lại và đem lại khảnăng khởiđầu lại một Vụnổlớn khác. Nếu tương
quan này đảo chiều, diễn tiến hiện nay của vũtrụsẽ được tiếp diễn mãi mãi và
biến thành một bãi tha ma các ngôi sao chết. Kịch bản này là hệquảcủa chủthuyết
Vụnổlớn.
Tuy nhiên, vẫn có một vài kịch bản khảdĩkhác. Vũtrụsong hành là một
trong số đó. Hawking cho rằng, có rất nhiều bản sao của chính bạnđang đọc bài
viết này nhưng vì các bản sao này nằm trong các chiều khác của vũtrụnên không
thểmách lẻo cho bạnđược. Các bản sao sẽnằm trong các vũtrụkhác cùng tồn tại
song hành với chính vũtrụmà chúng ta đang sống. Ở đấy, khi bản sao của bạn
nhảy ra khỏi tầng 5 của Cao ốc Vincom, bạn sẽkhông lo mấy vềmột khảnăng xấu
nào đó, bạn sẽvẫn lơlửng và bình thảnđi vào căn phòng ấm cúng của bạn. Tôi
thích đùa bạnư?Đúng vậy, nhưng điềuđó là có thể, vì vật lý trong các vũtrụsong
hành thường không giống với vũtrụcủa chúng ta.
Một nổlực mớiđây nhất của Penrose có lẽlàm cho chúng ta an tâm hơn về
khảnăng tái sinh của chính vũtrụnày. Sẽkhông có Vụnổlớn! Thay vào đó là một
vũtrụan toàn hơn, co dãn một cách tuần hoàn. Khi vũtrụdãn nở đến một lúc nào
đó, vật lý do Penrose và một sốngười khác đề nghịsẽkhiến cho vũtrụbắtđầu quá
trình co lại. Vũtrụcũng không co lại quá mức, thành mộtđiểm nhưtrước thời
điểm Vụnổlớn. Nó sẽ đạt tới một kích cỡnhấtđịnh nào đó, trước khi quá trình
động lực sẽthổi bùng nó thành một pha mới của chính vũtrụ.
Sẽcòn nhiều kịch bản khác vềsốphận của vũtrụ đượcđưa ra. Nhưng cũng
nhưmọi lý thuyết, cần phảiđược kiểm chứng trong thực tiễn. Vớiđiều kiện cực
hạnởthờiđiểm sinh diệt của vũtrụ, những nổlực của khoa học kỷthuật khó mà
vươn tớiđược. Vì vậy, một lựa chọn có phần tất yếuđể nhận ra kết cục này, là hãy
hướng mắt ra bên ngoài, vào chính vũtrụmà chúng ta đang sống để được thực
chứng nó hoặc may mắn hơn, tìm thấy một vài mảnh ghép quan trọng trong bộxếp
hình mà MẹTựNhiên đã cốtình làm rơi rớt lại.
Vũtrụdưới góc nhìn của vật
lý hiệnđại - Nhìn thấy và
không nhìn thấy
Kì 3: Nhìn thấy và không nhìn thấy
Chúng ta có giống nhau? Có, ít nhất là vềmặt cấu trúc sinh học. Cơthểchúng
ta được tạo thành từhi-đrô, các-bon và một sốnguyên tốkhác.
Hi-đrô là nguyên tốphổbiến nhất trong vũtrụvì cấu trúc đơn giản của
chúng, hạt nhân của nó là một hạt proton. Những ngôi sao, các thiên hà mà ta quan
sát thấy, dù ởrất xa chúng ta, “sống” nhờvào năng lượng trong phảnứng tổng hợp
hi-đrô mà mặt trời là một ví dụ. Nếu sửdụng hiệu quảnguồn năng lượng không
thể“sạch” hơn này, nền văn minh của loài người sẽcải thiệnđáng kể. Chúng ta
không phảiđào bới khắp mặtđịa cầuđể tìm dầu mỏ, khí đốt mà hệquảcủa nó, ô
nhiễm, chiến tranh Trung đông ngày càng làm cho chính chúng ta suy kiệt.
Sựsống khởiđầu cũng từmặt trời. Nhờvào vịtrí không quá gần, cũng không
quá xa mặt trời, các mầm sống trên trái đấtmới nảy sinh và được sưởiấm, thuận
lợi cho sựphát triển. Đó cũng là lý do, tại sao ởKim Tinh (quá nóng) hay ThổTinh
(quá lạnh) không có ưu tiên này.
Nhưng đóng góp của mặt trời cho trái đấtlà rất bé so với khảnăng của nó.
Trong khi, có hàng tỉtỉtỉmặt trời nhưvậy trong toàn vũtrụnày, lớn hơn, nặng
hơn, nhiệtđộ cao hơn và do đó năng lượng cũng lớn hơn.
Vũtrụ được tạo thành từnăng lượng và sau này thêm vào là vật chất. Hiện
nay, đóng góp của vật chất chưa tới một phần ba năng – khối lượng của toàn vũtrụ.
Đáng nói hơn, những gì mà ta nhìn thấyđược,còn gọi là vật chất thông thường,
nhưcác sao, các thiên hà chỉvào khoảng 20% lượng vật chất tồn tại trong vũtrụ;
nghĩa là vào khoảng 1/15 bình diện năng - khối lượng tổng thể.
Phân bốnăng - khối lượng trong toàn vũtrụ.Đóng góp của các sao chỉlà một
mẫu nhỏtrong "miếng bánh" này (màu trắng 0,4%stars). (Ảnh: Wikipedia.com)
vật chất tốiđóng góp vào phần còn lại. Sởdĩgọi là “tối” vì sựlười nhác của
vật chất này trong tương tác với vật chất nhìn thấy. Tuy nhiên, người ta vẫn dự
đoán được sựtồn tại củađối tượng này thông qua một sốhiệuứng của chúng như
thấu kính hấp dẫn vũtrụ, ánh sáng bịbẻcong quá mức khi truyền qua rìa các thiên
hà mà đóng góp của vật chất thông thường không làm nổi; hoặc sựsai lệch vềvận
tốc của các thiên hà.
Đóng góp đáng kểnhất phải kể đến năng lượng tối, là phần năng lượng hiện
hữu trong mọi ngóc nghách của vũtrụ. Ngược với lực hấp dẫn thông thường, năng
lượng tối lại có tác dụng đẩy, là nguyên nhân chính khiến vũtrụdãn nởgia tốc như
những quan sát gầnđây cho biết. Cũng nhưvật chất tối, năng lượng tối hầu như
không tương tác với các đối tượng vật lý thông thường vì vậy rất khó nắm bắt
được hành trạng và tính chất của nó.