Các thiên hà hình thành sớm trong lịch sử vũ trụ được mô tả trong một bức ảnh do kính viễn vọng không gian James Webb chụp, và những bức ảnh này đã cung cấp nhiều thông tin. Bởi vì chúng thách thức các lý thuyết đã được thiết lập về sự hình thành thiên hà và lịch sử vũ trụ, nên các bức ảnh về các thiên hà hình thành trong một vũ trụ sơ sinh đã gây sốc cho nhiều nhà vũ trụ học.
Thật không may, một số kênh truyền thông đã nhanh chóng đưa những hình ảnh này ra khỏi ngữ cảnh cụ thể và tuyên bố rằng họ phủ nhận Thuyết Big Bang. Mặc dù điều này không đúng sự thật, nhưng sự tranh cãi đang leo thang lại mang đến cho chúng ta cơ hội tốt để giải thích thuyết Big Bang (vụ nổ lớn) thực sự là gì. Có rất nhiều bất ngờ.
Thuyết Big Bang không nói về sự khởi đầu của vũ trụ
Chúng ta thường được nghe nói rằng Big Bang là một thuyết về sự khởi đầu của vũ trụ, nói rằng nó cho chúng ta biết vũ trụ được tạo ra từ hư vô như thế nào và sau đó nó tiếp tục phát triển thành tất cả các thiên hà, ngôi sao và hành tinh. Vấn đề rắc rối là chỉ có phần thứ hai của nó là đúng, tức là Big Bang chỉ là một lý thuyết về sự tiến hóa của vũ trụ. Tuy nhiên, mô hình chuẩn vũ trụ lạm phát trong vũ trụ học không đề cập đến nguồn gốc của vũ trụ. Không gian, thời gian, vật chất và năng lượng đều không có trước khi vũ trụ được tạo ra. Chúng ta sẽ hiểu tại sao bằng cách xem xét một số lịch sử.
Georges Lemaitre, một linh mục Công giáo và nhà vật lý sống khép mình, là người đã truyền cảm hứng cho ý tưởng ban đầu về thuyết Big Bang. Bằng cách chứng minh rằng thuyết tương đối rộng của Albert Einstein có thể dễ dàng giải thích cho phát hiện nổi tiếng của Edwin Hubble rằng vũ trụ đang giãn nở, Lemaitre đã đạt được danh tiếng. Lemaitre đã đi xa hơn, đề xuất một khái niệm mà ông gọi là nguyên tử nguyên sinh, từ việc vạch được lỗi trong ngành vũ trụ học (hồi đó có rất ít nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực này).
Ngay cả khi Lemaitre đã hiểu ra một vấn đề vẫn còn ám ảnh các nhà triết học về nguồn gốc của vũ trụ. Nghịch lý thứ nhất của Kant đề cập đến vấn đề này. Nhà triết học Immanuel Kant đã đặt câu hỏi làm thế nào vũ trụ có thể được giải thích thông qua một nguyên nhân tất định khi nó phải là thứ bao trùm mọi nguyên nhân hai thế kỷ trước. Điều gì có thể tồn tại bên ngoài vũ trụ để khiến vũ trụ chuyển động vì vũ trụ bao gồm tất cả mọi thứ, mọi nguyên nhân?
Lemaitre sử dụng khoa học mới về cơ học lượng tử để giải quyết vấn đề này. Theo mô tả của ông, mọi vật chất ban đầu đều ở dạng một nguyên tử vũ trụ khổng lồ. Lemaitre biết rằng cơ học lượng tử đã chỉ ra rằng các nguyên tử phóng xạ có thể phân rã bất cứ lúc nào mà không có nguyên nhân thực sự (các nguyên tử lớn như vậy phân rã theo thời gian nghiêm ngặt, có thể đo lường được bằng thống kê). Theo Lemaitre, nguyên tử nguyên đã vượt qua vấn đề về Nghịch lý thứ nhất của Kant bằng cách phân rã tự nhiên. Các sản phẩm của sự phân rã đó sau đó lại phân rã thành các sản phẩm phân rã tiếp theo, cuối cùng phân rã thành tất cả các hạt mà chúng ta sử dụng ngày nay.
Đương nhiên, đây không phải là cách mà ta giải thích vũ trụ. Tuy nhiên, Lemaitre đã biết rằng công thức của ông không thực sự giải quyết được Nghịch lý thứ nhất bởi vì nó không giải thích được nguyên tử nguyên đến từ đâu.
Sự im lặng của vũ trụ trước Big Bang
Lemaitre sẽ không nói vũ trụ hình thành như thế nào, như những người chỉ trích ý tưởng của ông sẽ làm. Theo ý kiến của ông, nguyên tử nguyên có thể tồn tại mãi mãi và không bao giờ bị phá. Thay vào đó, ông đã tìm cách giải thích cách vũ trụ bắt đầu quá trình tiến hóa của nó để có trạng thái hiện tại. Lemaitre có thể đưa ra đề xuất mà không cần chỉ định nguyên nhân gây ra sự tiến hóa của vũ trụ vì sự không chắc chắn được xây dựng trong chính nền tảng của cơ học lượng tử. Tuy nhiên, ông cũng không thể giải thích những gì đang phát triển.
Các nguyên tử nguyên không được các nhà vũ trụ học thảo luận ngày nay. Thay vào đó, họ thảo luận về các trường lượng tử khác nhau bao phủ vũ trụ sơ khai. Tuy nhiên, điểm cơ bản của tiến hóa và sáng tạo là như nhau. Thuyết Big Bang không giải thích sự sáng tạo của vũ trụ. Nó mô tả những gì xảy ra sau khi xảy ra vụ "nổ lớn". Thuyết này đã thành công ngoạn mục trong phần mô tả đó khi đưa ra lộ trình chi tiết về cách một vũ trụ siêu mật độ mở rộng, nhiệt độ siêu cao mở rộng và nguội dần, để lại cho chúng ta mọi thứ chúng ta thấy ngày nay.
Thuyết Big Bang không bao giờ giải thích tất cả mọi thứ bắt nguồn từ đâu. Bạn cần một thứ khác, một thứ khác nữa để hiểu vũ trụ thực sự được tạo ra như thế nào. Có thể bạn muốn nói rằng vũ trụ là vĩnh hằng và chúng ta chỉ là một phần của vũ trụ tuần hoàn. Có thể bạn muốn nghĩ ra một cơ chế mới kỳ lạ có thể tạo ra thứ gì đó từ con số không (hãy cẩn thận với điều này, mọi người đã vấp phải tình huống này rất nhiều). Nhưng bất kể cơ chế nào bạn hình dung ra, nó sẽ chỉ là một phần bổ sung cho thuyết Big Bang vì nó im lặng trước câu hỏi về sự sáng tạo.
Theo lý thuyết này, Big Bang xảy ra cách đây khoảng 13,8 tỉ năm trước, do đó được coi là tuổi của vũ trụ (các đo lường hiện tại về độ tuổi của vũ trụ là 13,787 ± 0,020 tỉ năm trong mô hình tính đến năm 2018). Sau giai đoạn này, vũ trụ bắt đầu ở trạng thái cực nóng và đặc, sau đó bắt đầu giãn nở nhanh chóng. Sau giai đoạn lạm phát, vũ trụ đủ "lạnh" để tạo ra nhiều hạt hạ nguyên tử, bao gồm proton, neutron và electron. Tuy nhiên, phải mất hàng nghìn năm sau Big Bang, các hạt nhân nguyên tử đơn giản mới hình thành, sau đó các hạt nhân trung điện mới xuất hiện. Hydro, cùng với một lượng nhỏ heli và lithi, là nguyên tố đầu tiên được sản xuất. Các ngôi sao và các thiên hà sau đó được tạo ra bởi các đám mây khổng lồ chứa các nguyên tố nguyên, sau đó được hội tụ lại bởi hấp dẫn để tạo thành các ngôi sao và các siêu đám thiên hà, và các nguyên tố nặng hơn hoặc được tạo ra trong lòng ngôi sao hoặc được tạo ra từ các vụ nổ siêu tân tinh.
Một lý thuyết khoa học đã được kiểm chứng rõ ràng và được cộng đồng khoa học chấp nhận rộng rãi là Thuyết Big Bang. Nó cung cấp lời giải thích toàn diện về nhiều loại hiện tượng quan sát thấy trong vũ trụ, bao gồm sự hiện diện của các nguyên tố nhẹ, bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB), cấu trúc vĩ mô của vũ trụ và định luật Hubble (hay định luật Hubble-Lemaitre) đối với siêu tân tinh loại Ia. Các khái niệm chính của Big Bang—sự mở rộng của vũ trụ, trạng thái cực nóng sơ khai, sự hình thành heli và sự hình thành các thiên hà—được suy ra từ những quan sát này và những quan sát khác độc lập với mọi mô hình vũ trụ học. Các nhà vật lý biết rằng khoảng cách giữa các đám thiên hà đang tăng lên và lập luận rằng mọi thứ cần phải ở gần nhau hơn khi trở về quá khứ.
Khi quay ngược trở lại thời gian đến thời điểm vật chất có mật độ và nhiệt độ cực cao, ý tưởng này đã được xem xét kỹ lưỡng. Kết quả là những máy gia tốc hạt lớn đã được chế tạo để thực hiện các thí nghiệm gần giống với thời điểm sơ khai, thúc đẩy sự phát triển của mô hình. Mặt khác, những máy gia tốc chỉ có mức năng lượng bắn phá hạt giới hạn để có thể nghiên cứu miền năng lượng cao của các hạt cơ bản. Về thời điểm sớm nhất sau khi sự giãn nở, không có nhiều dữ liệu liên quan. Do đó, lý thuyết Big Bang không thể và không giải thích được điểm khởi nguyên này; thay vào đó, nó miêu tả và giải thích cách vũ trụ tiến hóa nói chung sau thời điểm lạm phát.
Thuyết Big Bang được trích dẫn như thế nào?
Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống