2-10-2019 | KHOA HỌC

Những Quan Niệm và Học Thuyết Mới về Vũ Trụ

  TRẦN HỒNG VĂN

Phần 1

Lời Dẫn Nhập: Sẽ không là một chuyện hoang tưởng nếu một ngày nào đó, bạn hay tôi, bỗng lạc lối đi vào một lỗ hổng của không gian, tiến vào một đường hầm dẫn đến một vũ trụ xa lạ. Và nếu có thể quay bước trở về, thì khi ra khỏi đường hầm, bạn sẽ thấy mình trẻ lại, chỉ là một đứa trẻ đang sống ở một làng quê của thời thơ ấu. Khó tin nhưng mà là một tiên đoán có tính khoa học. Tiến sĩ Trần Hồng Văn sẽ đưa bạn bay bổng vào thế giới mười chiều của không gian như trong bài viết dưới đây.(NLG73 Lê Phú Nhuận)

    Claudius Ptolemy
    (AD 90 – AD 168)

Vào thế kỷ thứ nhì, Claudius Ptolemy, một nhà thiên văn học và địa chất học Hy Lạp (AD 90 – AD 168) khẳng định vũ trụ là một công trình bất biến và hoàn thiện của thượng đế. Ông vẽ ra một mô hình trong đó trái đất không di chuyển mà nằm ở chính giữa, bầu trời là một khối hỗn độn quay chung quanh trung tâm tạo dựng của thượng đế tức là con người vậy. Quan niệm của Ptolemy được duy trì suốt 1400 năm sau. Khi việc nghiên cứu về hành tinh và vũ trụ ngày một tinh vi và chính xác hơn thì giả thuyết trên ngày càng không đứng vững. Năm 1543, một tu sĩ Hoà Lan tên là Nicolas Copernicus đưa ra một mô hình mới thay thế cho vũ trụ của Ptolemy. Thay vì cho trái đất là trung tâm của vũ trụ, ông lại đặt mặt trời làm trung tâm của thái dương hệ.

     Johannes Kepler
    (1571 – 1630)

Năm mươi năm sau đó giả thuyết của Ptolemy hoàn toàn không còn được chấp nhận khi khám phá mới của nhà thiên văn học Đức Johannes Kepler được công bố vào năm 1609. Kepler tìm thấy các hành tinh quay quanh mặt trời trên một quỹ đạo hình bầu dục, tức là thái dương hệ.

Cho mãi tới đầu thế kỷ 20 người ta khám phá ra giải ngân hà Milky Way với hàng tỉ ngôi sao mà trong đó mặt trời chỉ là một. Vào lúc này, người ta tin là vũ trụ chỉ có như vậy mà thôi, nó bao gồm 200 tỉ ngôi sao nằm trong một vòm có đường kính dài 100,000 năm ánh sáng. Tuy vậy vài thập niên sau các nhà thiên văn học lại bối rối khi nhìn thấy những chòm sáng hình xoắn ốc hiện ra trong những đêm trong sáng, những chòm sáng này không thể giải thích đơn thuần do một sao ngôi tạo ra được. Rồi những cuộc bàn cãi sôi nổi kéo dài trong suốt nhiều năm về những đám mây kỳ lạ này. Vào năm 1920, nhờ một viễn kính khổng lồ đặt trên đỉnh núi Wilson ở California, Edwin Hubble (20.11.1889-28.9.1953) chứng tỏ những đám mây trên là những "ốc đảo của vũ trụ", nói khác hơn đó là các giải ngân hà. Và từ đó cho tới nay mọi người mới công nhận là giải ngân hà mà chúng ta đang cư ngụ chỉ là một trong hàng tỉ giải ngân hà khác nằm rải rác trong vũ trụ.

*

Vũ trụ từ đâu mà có? Nó được thành lập như thế nào và chấm dứt ra sao? Trong suốt 60 năm qua, các nhà thiên văn học, vật lý học cũng như vũ trụ học đã thu thập các dữ kiện để tạo ra một mô hình trong đó diễn tả vũ trụ được thành lập, tiến hoá và kết thúc ra sao. Có thể nói đây là một công trình nghiên cứu vĩ đại nhất của loài người để giải toả những thắc mắc trên các lãnh vực khoa học, triết học và tôn giáo. Áp dụng lý thuyết tương đối của Einstein cùng các định luật căn bản của khoa vật lý học, các nhà khoa học cho là vào khoảng 15 tỉ năm trước, vũ trụ thu gọn ở một điểm thật nhỏ với độ nóng, tỉ trọng và hấp lực ở một mức vô cùng. Rồi một sự việc bất chợt xẩy ra, điểm này bật nổ, vũ trụ được phát triển ra mọi phía. Vũ trụ càng bành trướng thì nhiệt độ càng giảm. Kể từ lúc khởi đầu, nhiệt độ là 50 tỉ độ F., sau 3 phút, nhiệt độ hạ xuống còn dưới mức một tỉ độ, vật chất được phân bố khắp nơi ngay từ những giây đầu tiên này. Đây là thuyết Big Bang hay một vụ nổ lớn kinh hoàng, một thuyết về sự thành lập vũ trụ nay đã được đa số các nhà nghiên cứu khoa học chấp nhận.

Nếu vũ trụ có bắt đầu thì sẽ có tận cùng không? Nếu có thì sẽ xẩy ra như thế nào? Đây là một đề tài chính cho các nhà thiên văn học ngày nay nghiên cứu và tìm hiểu.

Các nhà khoa học đều nhận định là sự tận cùng xẩy ra như thế nào sẽ tùy thuộc vào số vật chất hiện có trong vũ trụ. Nếu số lượng vật chất có đủ hay lớn hơn con số 10-29 gram cho mỗi centimét khối, hấp lực của vũ trụ sẽ ngăn cản việc bành trướng. Các giải ngân hà ngày càng tách nhau xa hơn kể từ lúc mới thành lập, rồi tới một lúc nào đó, sức bành trướng này bị cản trở và ngưng lại và từ từ bị kéo ngược trở lại giống như một cuốn phim quay ngược chiều, bắt đầu chậm rồi nhanh lên dần và sau cùng sẽ trở về nơi khởi điểm, tức là trở về một điểm mà nhiệt độ, tỉ trọng và hấp lực ở mức vô cùng. Đây là một trường hợp.

Trường hợp thứ hai là vũ trụ không có đủ khối lượng và hấp lực không đủ mạnh ngăn cản sức bành trướng, các giải ngân hà tiếp tục tách xa nhau, dần dần các ngôi sao tiêu thụ hết các nguyên liệu tức là chất hydrogen, các giải ngân hà sẽ tối dần rồi tắt hẳn. Sau hết vũ trụ chỉ là khoảng không đen tối với xác chết của các giải ngân hà.

Trường hợp thứ ba là vũ trụ có đủ khối lượng để làm ngưng sự bành trướng, nhưng hấp lực không đủ mạnh để co rút lại, nó sẽ ở tình trạng đó mãi.

Để đơn giản hoá, các nhà vũ trụ học đã diễn tả tình trạng trên như sau: một vũ trụ trong tương lai bị co rút lại về một điểm được gọi là "khép", một vũ trụ bành trướng mãi mãi được gọi là "mở", và với vũ trụ cân bằng giữa hai tình trạng trên được gọi là "phẳng".

Với lý thuyết là vật chất trong toàn vũ trụ phải có một tỉ trọng bằng hoặc lớn hơn con số 10-29 gram trên một centimét khối để có thể ngăn cản được sự bành trướng, người ta đi tìm con số này. Áp dụng định luật Newton và các định luật, nguyên lý căn bản của khoa vật lý học, người ta đã tính toán để cân đo toàn thể vật chất trong vũ trụ, gồm các ngôi sao, thái dương hệ, các giải ngân hà, bụi bặm, ánh sáng ... Tuy vậy sự tính toán này chỉ đưa đến con số bằng 1/10 tỉ trọng cần thiết mà thôi.

Vật chất mà người ta tính toán, đo lường, nhận thấy được, không đủ để tạo ra được số khối lượng cần thiết cho vũ trụ suy xụp. Các lý thuyết gia lại cho là có số vật chất nhỏ vô cùng màu đen đầy rẫy trong vũ trụ mà cho đến nay người ta chưa khám phá ra mới là động lực chính. Vào năm 1960, các nhà khoa học Nga tuyên bố là họ đã tìm được chất này, đó là chất neutrino cực nhỏ. Chất này có thể đi xuyên qua một tấm chì dày hàng ngàn dặm (miles) và chính những neutrino đã đưa toàn thể khối lượng trong vũ trụ vượt quá con số 10-29 gram/centimét khối để vũ trụ có một "big crunch", nghĩa là sẽ co rút lại và suy xụp hoàn toàn, hay nó ở trong tình trạng "khép" vậy.

Vào những năm 1970, sau khi quan sát hàng trăm giải ngân hà hình xoắn ốc, Vera Rubin và các đồng nghiệp tại viện nghiên cứu Carnegie, Washington, nhận định là phía bên ngoài các giải ngân hà này phải có một khối vật chất quay chung quanh trung tâm với một tốc độ nhanh không kém gì phần bên trong và nếu không có khối này, các ngôi sao phía ngoài bìa các giải ngân hà đó sẽ bị văng vào không gian mất. Hơn nữa, nếu không có khối vật chất này tạo nên các lực lôi kéo, các giải ngân hà sẽ phân bố rải rác khắp toàn bộ vũ trụ chứ không tụ lại thành từng cụm như hiện nay.

Từ những nhận nhận định trên cộng thêm với những nhận xét thực tiễn đưa đến một kết luận hiển nhiên là phần lớn các ngân hà được một lớp vật chất đen rộng lớn bao bọc, loại vật chất này không phát ra ánh sáng hay quang tuyến nên người ta không khám phá ra được nhưng nó tạo ra một sức hút mạnh đủ để giữ các ngôi sao trong giải ngân hà ở vị trí cân bằng, cũng như sức hút này lớn đủ để giữ các giải ngân hà chụm lại với nhau. Về bản chất của loại vật chất này, hiện nay có hai nhóm đưa ra hai giả thuyết khác nhau: một bên cho là đó chỉ là loại vật chất đã tạo nên những vật chất thông thường như dương điện tử, trung hoà tử (proton và neutron) nhưng người ta chưa khám phá ra được mà thôi. Nhóm kia thì lại lý luận đó là một loại vật chất mới mẻ chưa từng thấy. Đó là các loại hạt nhân mà trong lý thuyết vật lý học thường nói tới từ nhiều năm qua nhưng chưa chứng minh được trong phòng thí nghiệm.

Đối với nhiều nhà thiên văn học, loại vật chất không khám phá ra được này chỉ là một dạng của các vật chất thông thường nhưng ở một dạng rất khó khám phá ra và được cấu tạo ngay từ giây đầu tiên sau vụ nổ kinh hoàng thành lập vũ trụ. Mười phần trăm vật chất ban đầu cấu tạo nên các dạng vật chiếu sáng trong khi 90 phần trăm còn lại còn dưới dạng cực nhỏ màu đen bao bọc chung quanh các giải ngân hà. Ngay tại giải ngân hà Milky Way này, thái dương hệ của chúng ta cùng với hàng tỉ ngôi sao khác chiếu lấp lánh trong vùng đĩa nhưng bao bọc quanh vùng đĩa này là một khối vật chất rộng hàng trăm ngàn năm ánh sáng và không phát ra ánh sáng, không nhìn hay khám phá ra bằng bất cứ loại dụng cụ hiện đại tối tân nào

Vài năm gần đây, người ta dồn nhiều nỗ lực vào công cuộc tìm kiếm loại vật chất bí hiểm này. Đầu năm 1996, nhiều nhà thiên văn học phúc trình là thấy nhiều ngôi sao non màu trắng nằm rải rác chung quanh giải ngân hà Milky Way. Những vật chất này được gọi là MACHO (Massive Compact Halo Objects). Chúng có thể là khối lượng vật chất đen bao quanh giải ngân hà tích tụ lại mà ra.

Sau suốt 6 năm tìm kiếm, toán vật lý học Hoa Kỳ và Úc tại trạm quan sát Mount Stromlo gần Canberra đã tìm ra được chứng cớ về những ngôi sao non nằm rải rác tại vùng MACHO này. Trong buổi họp báo tại Úc ngày 19 tháng 8 năm 1998, trưởng toán nghiên cứu Charles Alcock, Giám đốc trung tâm Smithsonian về khoa vật lý thiên văn và cũng là giáo sư môn thiên văn học tại đại học Harvard, Hoa Kỳ, cho biết là họ đã quan sát được khoảng 20 vật thể nằm rải rác trong vùng MACHO. Những vật này có khối lượng bằng nửa khối lượng mặt trời, chiếu sáng trong vòng 80 ngày. Đây là những vật chất đen kết tụ lại và vì một lý do nào đó được chiếu sáng lên. "Đây chỉ là một bước tiến tới việc giải thích một trong những câu hỏi quan trọng nhất của khoa học, đó là vũ trụ làm bởi những loại vật chất gì?" Alcock nói trong buổi họp báo. Tuy vậy, Vera Rubin tại Viện nghiên cứu Carnegie cho rằng bí mật về vật chất đen rất phức tạp mà không một nhà thiên văn học nào chắc chắn về những kết quả đem lại.

Nhưng đây mới chỉ là một phần của câu chuyện về loại vật chất bí mật mà thôi. Lý thuyết mới nhất về vũ trụ học cho rằng loại vật chất màu đen bí mật trong vũ trụ không phải chỉ có khối lượng nhiều gấp 10 lần toàn thể khối lượng vật chất mà người ta cân đo đong đếm và nhìn thấy được mà còn nhiều hơn gấp hàng trăm lần nữa. Các nhà vũ trụ học cũng cho là khối lượng vật chất này có ngay từ giây đầu tiên khi vũ trụ mới thành lập.

Có một điều là cho tới nay người ta chưa xác định được khối vật chất khổng lồ này và những lý luận trên chỉ thuần túy là giả thuyết cũng như còn nhiều nhà thiên văn học không hoàn toàn đồng ý về thuyết cho là vũ trụ trải qua một giai đoạn bành trướng. Nhiều nhà nghiên cứu lại cho rằng nếu loại vật chất bí mật trên có thực thì đó là loại vật chất không giống như bất cứ loại vật chất nào mà ta biết, vì khi vũ trụ bắt đầu thành lập, trận nổ kinh hoàng không biến hoá hoàn chỉnh cho tất cả các dương điện tử (proton) và trung hoà tử (neutron) do đó đưa đến nhiều điều bí mật về loại vật chất này và đây cũng là một thách đố cho các nhà vật lý học hạt nhân hiện nay.

Một loại vật chất hiện nay được coi là một trong những thành phần của khối vật chất bí mật, đó là neutrino và đã được chứng tỏ là có đầy rẫy trong vũ trụ. Các nhà vật lý học tại phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos (thuộc tiểu bang New Mexico, Hoa Kỳ) gần đây có tuyên bố là đã tìm thấy chứng cớ về loại vật chất này, nhưng kết quả còn đợi kiểm chứng. Một số nhà lý thuyết vật lý học nghĩ tới những loại vật chất mới khác đã tạo nên toàn khối đen trong vũ trụ. Ví dụ khi nói tới một lực nguyên tử mạnh mẽ đã giúp nhân nguyên tử duy trì được ở trạng thái bền vững, các nhà vật lý tiên đoán là có sự hiện hữu của axion, một dạng vật chất nhẹ hơn một dương điện tử 100 tỉ lần. Có khoảng hàng tỉ tỉ axion trong mỗi inch khối bao bọc quanh chúng ta và chính axion đã đóng góp vào thành phần khối vật chật chất đen bí mật trong vũ trụ vậy.

Còn nhiều dạng vật chất khác cũng là thành viên trong khối vật chất trên để tạo ra các lực tương quan trong vũ trụ, như vật chất Z hay Zino, W hay Wino, P hay Photino ... Các chất này được gọi với một tên chung là WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Các nhà vật lý học rất phấn khởi với những giả thuyết trên và nhiều toán nghiên cứu đã thiết kế ra các dụng cụ đặc biệt với hy vọng sẽ khám phá ra được một trong những chất bí mật này. Nếu như đúng như người ta đoán là những vật chất đen này chiếm phần lớn khối lượng trong vũ trụ, việc khám phá ra chúng sẽ chỉ trong tương lai gần cũng giống như việc tìm ra dương điện tử, âm điện tử hay trung hoà tử của một nguyên tử vậy. Có thể các loại vật chất này sẽ khác hẳn với các loại đã thành lập và cấu tạo ra mặt trời, hành tinh hay con người.

Vài chục năm trước, nhà thiên văn học tại Caltech là Fritz Zwicky nhận thấy thiếu một số lớn vật chất ở ngay bên trong cụm các giải ngân hà. Vài chục năm sau, Vera Rubin suy diễn là những giải ngân hà hình xoắn chìm ngập trong một khối vật chất đen vô hình. Người ta hy vọng là trong vài năm nữa, những vật chất vô hình này sẽ được những lý thuyết vật lý mới giải thích rõ ràng cũng như được những dụng cụ tinh xảo khác phát hiện ra.

*

Với mắt trần, một người có thể nhìn thấy những ngôi sao lấp lánh trên nền trời với một khoảng cách xa hàng trăm có khi hàng ngàn năm ánh sáng trong một đêm trăng sáng. Nhờ chiếc ống nhòm, những vệt sáng mờ ảo ở nơi nào đó trong giải ngân hà Milky Way trở thành những ngôi sao cách xa hàng chục ngàn năm ánh sáng hiện lên rõ rệt. Những viễn vọng kính tối tân nhất hiện nay giúp người ta khám phá ra những quasars xa xăm (là những tinh thể cổ đại) và nhờ phương pháp quang Stephen Hawking (sinh: 8.1.1942) phổ redshift, người ta cũng thấy chúng ở cách xa chúng ta hàng tỉ năm ánh sáng, nơi rất gần biên giới vũ trụ.

Vào năm 1992, vệ tinh COBE ghi nhận được tiếng vọng của buổi ban đầu khi vũ trụ mới được thành lập. Đó là những luồng quang tuyến với làn sóng ngắn 3 chiều chứa đầy trong vũ trụ. Những luồng quang tuyến cổ xưa này có số tuổi lâu hơn cả những ngôi sao, những vật thể xa xăm nhất mà người ta nhận biết, được ghi là khoảng 300,000 năm sau trận nổ kinh hoàng (Big Bang), tức là khi vũ trụ mới thành lập vào khoảng 15 tỉ năm trước đây.

Nhưng, câu hỏi được đặt ra là trước vụ nổ lớn thì ra sao? Đây là một đề tài lớn đang thách đố các nhà khảo cứu. Nhờ một lý thuyết mới của ngành vật lý gọi là học thuyết vũ trụ học lượng tử (quantum cosmology), các nhà khoa học đang đổ xô đi tìm một giải đáp. Mặc dù không thể có một chứng cớ thực nghiệm nào chứng minh cho học thuyết vũ trụ học lượng tử, thuyết này có một hấp lực lôi cuốn mạnh mẽ các nhà khoa học khiến nó trở thành trung tâm điểm cho các cuộc nghiên cứu hiện nay. Học thuyết này bắt buộc các nhà khoa học, đôi khi đi ngược lại ý muốn của họ, đó là việc chấp nhận quan niệm có nhiều vũ trụ chạy song song nhau, có những lỗ hổng hay đường hầm trong vũ trụ (wormholes) cũng như không gian 10 chiều. Nhiều nhà vật lý học danh tiếng đã mau chóng chấp nhận lý thuyết trên như Stephen Hawking hay Murray Gell-Mann, người đoạt giải thưởng Nobel môn vật lý học năm 1969.

Trước hết, từ trước môn vũ trụ học căn cứ trên thuyết tương đối của Einstein, một lý thuyết về trọng lực. Các nhà vật lý học dùng thuyết này để miêu tả sự bành trướng của vũ trụ, giống như một quả bong bóng được một đứa trẻ thổi, trong đó hàng tỉ tỉ giải ngân hà nằm trên vùng biên giới vũ trụ. Ngược lại, lý thuyết vũ trụ học lượng tử cho rằng vũ trụ chứa đầy những vật thể như âm điện tử, dương điện tử, các quark, và những sợi dây vô hình.

Suốt mấy chục năm qua, như có một cuộc chiến tranh lạnh giữa thuyết tương đối và thuyết lượng tử. Mỗi thuyết phát triển một cách độc lập với nhau. Tuy vậy, cả hai đã đụng độ nhau khi giải thích hiện tượng Big Bang. Khi áp suất và nhiệt độ ở mức vô cùng làm cho các phân tử bị tự phân tách rời nhau ra, thuyết tương đối trở thành vô hiệu vì không giải thích được thì thuyết lượng tử chiếm phần ưu thế. Ở nhiệt độ 1032 độ Kelvins, nghĩa là nóng gấp tỉ tỉ lần trung tâm một trái bom nguyên tử khi phát nổ, lúc này thuyết lượng tử vượt trội hẳn thuyết tương đối. Nói cách khác, hiện tượng big bang đã đưa hai thuyết này lại gần nhau, bổ túc cho nhau. Chính sự kết hợp này cũng đã đưa ngành vũ trụ học tiến xa hơn với những thuyết về đa vũ trụ và không gian vô cùng ra đời vậy.

Một nguyên tắc của thuyết vũ trụ học lượng tử là ta phải coi vũ trụ như là một phần tử nhỏ bé nhất giống như phần tử đơn giản nhất được coi là âm điện tử (electron). Không bao giờ người ta biết chắc chắn một âm điện tử chiếm hết bao nhiêu năng lượng vì một sự thay đổi về định lượng khiến cho mỗi âm điện tử có những mức năng lượng khác nhau. Nếu coi vũ trụ như một âm điện tử, ta phải kết luận là vũ trụ cũng hiện hữu dưới nhiều trạng thái, ví dụ như có nhiều vũ trụ chạy song song với nhau.

Một ví dụ về hậu quả lượng tử được ví như một nồi nước sôi trong đó những bong bóng nước nhỏ mới được thành lập rồi phình lớn lên mau chóng. Nếu ta coi vũ trụ như một bong bóng nước này thì ta phải chấp nhận là vũ trụ của ta phải đồng thời với bao nhiêu vũ trụ khác nữa hiện hữu trong một biển cả chứa nhiều vũ trụ. Biển cả vô cực này được gọi là đa vũ trụ liên tục tạo nên những vũ trụ mới. Với khuôn mẫu này, nhiều vụ nổ lớn (big bang) xẩy ra, mỗi vụ như vậy tiêu biểu cho một sự thay đổi về lượng tử trong khoảng không vậy.

Việc tạo dựng ra vũ trụ từ khoảng chân không hình như ngược lại với nguyên lý bảo toàn năng lượng. Andrei Linde thuộc đại học Stanford, người đi tiên phong trong thuyết vũ trụ bành trướng, cho rằng những bong bóng này liên tục bị khuấy động và làm vỡ các bong bóng khác. "Nếu tôi và các đồng nghiệp của tôi đúng, chúng tôi sẽ sớm từ bỏ quan niệm cho là vũ trụ của chúng ta chỉ là quả cầu lửa độc nhất tạo dựng do một vụ nổ lớn mà ra", Linde nói như trên.

Khi nói đến mô hình với hàng triệu vũ trụ được tạo dựng từ khoảng không, Steve Weinberg, một học giả, giáo sư tại đại học Texas, đoạt giải thưởng Nobel về vật lý học năm 1979 nói: "Tôi cho đó là một hình ảnh đầy thích thú mà ta cần phải suy nghĩ chín chắn. Điều quan trọng là tất cả đều không có bắt đầu và có nhiều big bang, do đó việc tạo ra vũ trụ tiếp diễn mãi không ngừng. Tôi thấy đó là một mô hình giải thích được mọi vấn đề". Tuy vậy Weinberg còn cho là không có một đời sống nào ở một vũ trụ khác. Phần lớn đó là những vũ trụ chết và đời sống chỉ kéo dài khoảng dưới 10 tỉ năm, thời gian cần thiết để tạo nên những chất hữu cơ bền, đó là DNA hay đời sống. Những vũ trụ này có đầy rẫy các chất neutrino, quang tử và âm điện tử, nhưng chúng không thể kết hợp với nhau để tạo nên đời sống được. Vũ trụ chúng ta có thể chỉ là một trong vài vũ trụ hiếm hoi có đời sống mà thôi.

Wolfgang Pauli (25/4/1900 – 15/12/1958)
Nhà vật lý học Áo Quốc được bác học Albert Einstein đề cử lãnh giải Nobel năm 1945. Ông là người tiên phong đưa ra lý thuyết vật lý học lượng tử.

Mô hình tạo dựng vũ trụ của thuyết lượng tử có thể giải thích được một số thắc mắc về việc hiện hữu của sinh vật. Từ lâu các nhà vật lý học nhận thấy có sự trùng hợp những hằng số căn bản của vũ trụ nằm trong một phạm trù nhỏ hẹp, đó là đời sống trên trái đất này. Có phải đời sống là một báu vật của vũ trụ không? Giả dụ điện tích (electic charge) hay hằng số trọng lực hơi thay đổi một chút, các phân tử DNA không thể giữ vị thế quân bằng được, như vậy nguyên lý của đời sống phải dựa vào sự hiện hữu của một đấng toàn năng, nói khác đi đó là Thượng Đế. Tuy vậy thuyết vũ trụ học lượng tử giải thích hiện tượng trên một cách rất đơn giản: Có thể có rất nhiều vũ trụ trong đó có rất nhiều hằng số vật lý khác nhau. Chúng ta may mắn được sống trong một vũ trụ thích hợp cho đời sống nẩy nở, vì vậy không phải tình cờ là các hằng số vật lý đều hài hoà với đời sống. Bên cạnh vũ trụ này còn vô số vũ trụ chết khác nữa trong đó các hằng số vật lý không phù hợp cho sự quân bằng của loại phân tử DNA vậy.

Phần lớn vũ trụ đều chết, tuy nhiên có thể có vài vũ trụ giống như vũ trụ này không, và ta có thể tới để thăm viếng chúng được chăng? Tình cờ nào đó, khi đang đi trên đường, ta thấy một khoảng trống trong không gian rồi dẫn ta tới một chiều nào đó của một vũ trụ nào khác như ta thường thấy trong các phim the Twilight Zone? Hoặc là một buổi sáng khi thức dậy, ta thấy mình đang ở một thế giới khác, nơi đó hoàn toàn xa lạ? Đây không phải là chuyện hoàn toàn hoang tưởng. Nhà vật lý học Stephen Hawking cho là vũ trụ này được nối liền với nhiều vũ trụ khác bằng hệ thống chằng chịt những đường nối mà ta không nhận biết được. Mạng lưới nối các vũ trụ với nhau gồm có những lỗ hổng (wormhole), đó là những đường hầm hay cửa ngõ từ đó các vũ trụ có thể thông thương với nhau. Các đường hầm này có hình dáng như thế nào? Các nhà khoa học cho là đó là một khoảng không, không gian rất cong, nói cách khác một tia sáng hướng vào trung tâm sẽ bị bẻ cong rồi đi ngược về phía sau nơi phát ra nguồn sáng đó. Ví dụ nếu bạn đang ở trong đường hầm này, nhìn vào trung tâm, vì không gian cong nên theo nguyên tắc thì bạn sẽ nhìn được gáy bạn.

Kip Thorne, một nhà vật lý học tại Caltech và các cộng sự viên còn cho là đường hầm này là một máy thời gian nữa. Cùng với nhà bác học Nga Igor Novikov, họ lý luận là người đi trong đường hầm này sẽ chịu một lực gia tốc khiến cho con người trẻ lại. Nếu bạn bước vào chiếc máy thời gian này, khi bước ra khỏi chiếc máy, bạn có thể hiện diện ở một thời điểm nào đó trong quá khứ xa xưa hoặc là bạn sẽ thấy cơ thể mình đang ở trong thời thơ ấu vậy.

Mô hình của thuyết vũ trụ học lượng tử có một khuyết điểm quan trọng là khi tính toán mức biến đổi về lượng tử để từ đó tạo ra một vũ trụ mới thì không tìm ra được đáp số, nói một cách khác là thuyết này trở thành vô nghĩa. Nếu kết hợp thuyết tương đối của Einstein với thuyết lượng tử để giải thích hiện tượng trên thì quả là một sự gượng ép. Nhà bác học Áo Quốc chiếm giải thưởng Nobel môn vật lý học năm 1945 là Wolfgang Pauli đã đưa ra một học thuyết mới để giải thích hiện tượng trên, đó là học thuyết "mọi vật" với lý thuyết về những sợi dây siêu hình. Thuyết này cho rằng vạn vật trong vũ trụ, gồm cả những nguyên tử trong cơ thể chúng ta là những sợi dây cực nhỏ luôn luôn rung động và sự cộng hưởng của những rung động này tạo nên những vật chất cực nhỏ. Vũ trụ là những khúc giao hưởng tuyệt vời với những sợi dây siêu hình luôn luôn rung động này và những định luật về sự hài hòa là những định luật căn bản của khoa vật lý vậy.

Học thuyết về "mọi vật" thích hợp với thuyết tương đối trên khía cạnh rộng lớn và cũng thích hợp với thuyết lượng tử trong phạm trù nhỏ hẹp. Điều đáng ngạc nhiên nhất là học thuyết này thích hợp với một không gian và thời gian 10 chiều. Một sợi dây cực nhỏ (khoảng 100 tỉ tỉ lần nhỏ hơn một dương điện tử, proton) chỉ có thể rung động trong một khoảng không gian và thời gian 10 chiều mà thôi và chỉ vũ trụ có khoảng không gian và thời gian 10 chiều này mới phù hợp được cho cả hai thuyết tương đối và thuyết lượng tử. Nếu vũ trụ có nhiều chiều hơn nữa thì sẽ không bền và bị hủy hoại để lại trở về 10 chiều.

Quan niệm trên lại cho ta một quan niệm mới về thuyết vũ trụ học lượng tử. Một số lý thuyết gia cho rằng những bong bóng vũ trụ đều có một không gian và thời gian 10 chiều nhưng không bền. Sau khi thành lập, vũ trụ của chúng ta tách ra làm hai, một nửa có 4 chiều và nửa kia 6 chiều. Nửa vũ trụ 6 chiều suy xụp khiến nửa vũ trụ 4 chiều bành trướng ra cho tới ngày nay, do đó vũ trụ bành trướng này chỉ là một sản phẩm của một biến cố hãi hùng với việc tách ra làm hai của một vũ trụ 10 chiều mà ra.

Những bong bóng vũ trụ có thể hiện hữu với 5, 6, 7, 8 hay 9 chiều nhưng có lẽ không thích hợp cho đời sống nẩy nở. Khoa vật lý học cho ta biết là với một hệ thái dương bền vững, những nguyên tử, phân tử chỉ hiện hữu và duy trì được trong một vũ trụ 4 chiều mà thôi.

*

Vệ tinh COBE đã khám phá ra những làn sóng ngắn cực nhỏ hầu như đó là sự biến đổi lượng tử ngay sau khi vũ trụ mới thành lập, có thể loài người chúng ta hiện nay là con cháu của những làn sóng này. Những làn sóng cực nhỏ qua sự biến đổi lượng tử ngay từ buổi ban đầu này lớn dần lên qua hàng tỉ năm để tạo thành các giải ngân hà, các ngôi sao, hành tinh hiện nay.

Một giải thuyết khác về sự thành lập vạn vật là khối vật chất đen chiếm một tỉ lệ nhiều hơn 90 phần trăm trong toàn khối vật chất trong vũ trụ. Vài chục năm nữa, hy vọng là người ta sẽ xác định được những loại vật chất bí mật này, lúc đó sẽ kiểm chứng được học thuyết "mọi vật" với lý thuyết về các sợi dây vô hình và học thuyết vũ trụ học lượng tử, và có thể chính những quan niệm mới mẻ này sẽ mở ra một trang sử mới cho việc giải thích về các hiện tượng siêu hình, cũng như thế giới hữu hình và thế giới vô hình chăng?

Tài liệu tham khảo:

1- Bates, Claire. Scientists expected to unveil the discovery of dark matter. 10.31.12. DailyMail.

2- Friedman, John et al. Cauchy problem in spacetimes with closed timelike curves. 1990. Physical Review, 42 (6). pp. 1915-1930. ISSN 0556-2821. Cal Tech.

3- Linde, A. Inflation and string cosmology. 2009. Stanford University, Phys. Dept.

4- Rubin, Vera. Most of Our Universe is Missing". BBC. Retrieved 2010, page 10-19. BBC Science & Nature.

5- Zwicky F., Kowal C. T. Catalogue of Galaxies and of Clusters of Galaxies. 1968, Volume VI. California Institute of Technology.

Và nhiều tài iiệu khác.

Trần Hồng Văn

Tác giả gởi

Cùng Tác Giả:

- Chùm Dây Leo Trên Căn Nhà Gỗ - Phần II Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Chùm Dây Leo Trên Căn Nhà Gỗ - Phần I Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Trong Cơn Lốc Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Theo Ngọn Sóng Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Bóng Đêm Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Một Người Tên Là Lovac Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Chiếc Bóng Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Một Cuộc Trao Đổi Công Bằng Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Cây Thập Tự Giá Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Pho Tượng Chac-Mool Trần Hồng Văn Truyện ngắn