Lý thuyết Multiverse, trong đó tuyên bố rằng có thể có nhiều hoặc thậm chí vô số Đại học, là một khái niệm được tôn vinh theo thời gian trong vũ trụ học và vật lý lý thuyết. Trong khi thuật ngữ này quay trở lại vào cuối thế kỷ 19, cơ sở khoa học của lý thuyết này phát sinh từ vật lý lượng tử và nghiên cứu các lực vũ trụ như lỗ đen, điểm kỳ dị và các vấn đề phát sinh từ Lý thuyết Big Bang.
Một trong những câu hỏi hóc búa nhất khi nói đến lý thuyết này là liệu cuộc sống có thể tồn tại ở nhiều Đại học hay không. Nếu thực sự các định luật vật lý thay đổi từ vũ trụ này sang vũ trụ khác, thì điều này có thể có ý nghĩa gì đối với chính sự sống? Theo một loạt các nghiên cứu mới của một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, có thể cuộc sống có thể phổ biến trên khắp Multiverse (nếu nó thực sự tồn tại).
Các nghiên cứu có tựa đề Ảnh hưởng của năng lượng tối đến sự hình thành thiên hà. Tương lai của vũ trụ của chúng ta nắm giữ điều gì? và hiệu quả hình thành Galaxy Galaxy và lời giải thích đa vũ trụ về hằng số vũ trụ với mô phỏng EAGLE, gần đây đã xuất hiện trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia. Nghiên cứu trước đây được dẫn dắt bởi Jaime Salcido, một sinh viên sau đại học tại Đại học Durham
Sau này được dẫn dắt bởi Luke Barnes, Nghiên cứu viên John Templeton tại Đại học Sydney Viện thiên văn học Sydney. Cả hai đội bao gồm các thành viên từ Trung tâm nghiên cứu thiên văn vô tuyến quốc tế của Đại học Tây Úc, Viện nghiên cứu vật lý thiên văn học thuộc Đại học Liverpool John Moores và Đài quan sát Leiden của Đại học Leiden.
Cùng với nhau, nhóm nghiên cứu đã tìm cách xác định sự mở rộng nhanh chóng của vũ trụ có thể ảnh hưởng đến tốc độ hình thành sao và thiên hà trong Vũ trụ của chúng ta như thế nào. Tốc độ mở rộng tăng tốc này, là một phần không thể thiếu của mô hình vũ trụ học Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM), nảy sinh từ những vấn đề được đặt ra bởi Thuyết tương đối rộng của Einstein.
Như một hệ quả của các phương trình trường Einstein Einstein, nhà vật lý học đã hiểu rằng Vũ trụ sẽ ở trong trạng thái giãn nở hoặc co lại kể từ Vụ nổ lớn. Năm 1919, Einstein đã trả lời bằng cách đề xuất Hằng Vũ trụ Vũ trụ (đại diện bởi Lambda), đó là một lực lượng đã giữ lại các hiệu ứng của trọng lực và do đó đảm bảo rằng Vũ trụ là tĩnh và không thay đổi.
Ngay sau đó, Einstein đã rút lại đề xuất này khi Edwin Hubble tiết lộ (dựa trên các phép đo dịch chuyển đỏ của các thiên hà khác) rằng Vũ trụ thực sự đang ở trạng thái giãn nở. Einstein rõ ràng đã đi xa đến mức tuyên bố Cosmological Constant Hồi là sai lầm lớn nhất trong sự nghiệp của ông. Tuy nhiên, nghiên cứu về sự mở rộng vũ trụ vào cuối những năm 1990 khiến lý thuyết của ông được đánh giá lại.
Nói tóm lại, các nghiên cứu đang diễn ra về Vũ trụ quy mô lớn đã tiết lộ rằng trong 5 tỷ năm qua, sự mở rộng vũ trụ đã tăng tốc. Do đó, các nhà thiên văn học bắt đầu đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của một thế lực bí ẩn, vô hình đang thúc đẩy sự tăng tốc này. Được biết đến với cái tên phổ biến là Dark Dark Energy, lực lượng này còn được gọi là Hằng số vũ trụ (CC) vì nó chịu trách nhiệm chống lại tác động của trọng lực.
Kể từ đó, các nhà vật lý thiên văn và các nhà vũ trụ học đã cố gắng tìm hiểu làm thế nào Năng lượng tối có thể thực hiện tiến hóa vũ trụ. Đây là một vấn đề vì các mô hình vũ trụ hiện tại của chúng ta dự đoán rằng phải có nhiều Năng lượng tối trong Vũ trụ của chúng ta hơn là đã được quan sát. Tuy nhiên, chiếm một lượng lớn Năng lượng tối sẽ gây ra sự giãn nở nhanh đến mức nó sẽ làm loãng vật chất trước khi bất kỳ ngôi sao, hành tinh hay sự sống nào có thể hình thành.
Do đó, trong nghiên cứu đầu tiên, Salcido và nhóm nghiên cứu đã tìm cách xác định sự hiện diện của Năng lượng tối nhiều hơn có thể ảnh hưởng đến tốc độ hình thành sao trong Vũ trụ của chúng ta như thế nào. Để làm điều này, họ đã tiến hành mô phỏng thủy động lực học bằng dự án EAGLE (Evolution và hội của GaLaxies và môi trường của họ) - một trong những mô phỏng thực tế nhất của Vũ trụ quan sát được.
Sử dụng các mô phỏng này, nhóm nghiên cứu đã xem xét các hiệu ứng mà Năng lượng tối (với giá trị quan sát được) sẽ hình thành sao trong 13,8 tỷ năm qua và thêm 13,8 tỷ năm nữa trong tương lai. Từ đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình phân tích đơn giản chỉ ra rằng Năng lượng tối - mặc dù có sự khác biệt về tốc độ giãn nở vũ trụ - sẽ có tác động không đáng kể đến sự hình thành sao trong Vũ trụ.
Họ còn cho thấy rằng tác động của Lambda chỉ trở nên đáng kể khi Vũ trụ đã tạo ra phần lớn khối lượng sao và chỉ làm giảm tổng mật độ hình thành sao khoảng 15%. Như Salcido đã giải thích trong một thông cáo báo chí của Đại học Durham:
Đối với nhiều nhà vật lý, lượng năng lượng tối không giải thích được nhưng dường như đặc biệt trong Vũ trụ của chúng ta là một câu đố khó chịu. Mô phỏng của chúng tôi cho thấy rằng ngay cả khi có nhiều năng lượng tối hơn hoặc thậm chí rất ít trong Vũ trụ thì nó sẽ chỉ có tác dụng tối thiểu đối với sự hình thành sao và hành tinh, làm tăng triển vọng rằng sự sống có thể tồn tại trên Đa vũ trụ.
Đối với nghiên cứu thứ hai, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng tương tự từ sự hợp tác EAGLE để nghiên cứu ảnh hưởng của các mức độ khác nhau của CC đối với sự hình thành trên các thiên hà và các ngôi sao. Điều này bao gồm các Đại học mô phỏng có giá trị Lambda từ 0 đến 300 lần giá trị hiện tại được quan sát thấy trong Vũ trụ của chúng ta.
Tuy nhiên, do tốc độ hình thành sao của vũ trụ đạt đỉnh vào khoảng 3,5 tỷ năm trước khi bắt đầu mở rộng tăng tốc (khoảng 8,5 tỷ năm trước và 5,3 tỷ năm sau Vụ nổ lớn), sự gia tăng CC chỉ ảnh hưởng nhỏ đến tốc độ của sự hình thành sao.
Kết hợp lại với nhau, những mô phỏng này chỉ ra rằng trong Đa vũ trụ, nơi các định luật vật lý có thể khác nhau rất nhiều, tác động của sự giãn nở gia tốc vũ trụ năng lượng tối nhiều hơn sẽ không có tác động đáng kể đến tốc độ hình thành sao hoặc thiên hà. Điều này, đến lượt nó, chỉ ra rằng các Đại học khác trong Đa vũ trụ sẽ có thể ở gần như của chúng ta, ít nhất là trên lý thuyết. Như Tiến sĩ Barnes đã giải thích:
Phần lớn Multiverse trước đây được cho là giải thích giá trị quan sát của năng lượng tối như xổ số - chúng ta có một vé may mắn và sống trong Vũ trụ hình thành nên các thiên hà đẹp cho phép sự sống như chúng ta biết. Công việc của chúng tôi cho thấy vé của chúng tôi có vẻ hơi quá may mắn, có thể nói như vậy. Nó khác đặc biệt hơn nó cần cho cuộc sống. Đây là một vấn đề cho Multiverse; một câu đố vẫn còn.
Tuy nhiên, các nghiên cứu của nhóm nghiên cứu cũng đưa ra nghi ngờ về khả năng của Lý thuyết đa biến để giải thích giá trị quan sát được của Năng lượng tối trong Vũ trụ của chúng ta. Theo nghiên cứu của họ, nếu chúng ta sống trong Đa vũ trụ, chúng ta sẽ quan sát được Năng lượng tối gấp 50 lần so với năng lượng của chúng ta. Mặc dù kết quả của họ không loại trừ khả năng Đa vũ trụ, lượng năng lượng tối nhỏ mà chúng tôi quan sát được sẽ được giải thích tốt hơn bởi sự hiện diện của một định luật tự nhiên chưa được khám phá.
Như giáo sư Richard Bower, thành viên của Viện vũ trụ tính toán của Đại học Durham và là đồng tác giả của bài báo, đã giải thích:
Sự hình thành của các ngôi sao trong vũ trụ là một trận chiến giữa sự hấp dẫn của lực hấp dẫn và sự đẩy lùi của năng lượng tối. Chúng tôi đã tìm thấy trong các mô phỏng của chúng tôi rằng các Đại học có năng lượng tối hơn nhiều so với chúng ta có thể hạnh phúc tạo thành các ngôi sao. Vậy tại sao một lượng năng lượng tối tăm như vậy trong Vũ trụ của chúng ta? Tôi nghĩ rằng chúng ta nên tìm kiếm một định luật vật lý mới để giải thích tính chất kỳ lạ này của Vũ trụ của chúng ta, và lý thuyết Multiverse không giúp gì được cho việc giải cứu các nhà vật lý.
Những nghiên cứu này là kịp thời vì chúng đi theo lý thuyết cuối cùng của Stephen Hawking, điều này khiến người ta nghi ngờ về sự tồn tại của Đa vũ trụ và đề xuất một Vũ trụ hữu hạn và hợp lý trơn tru thay thế. Về cơ bản, cả ba nghiên cứu đều chỉ ra rằng cuộc tranh luận về việc chúng ta có sống trong Đa vũ trụ hay không và vai trò của Năng lượng tối trong quá trình tiến hóa vũ trụ còn lâu mới kết thúc. Nhưng chúng ta có thể mong đợi các nhiệm vụ thế hệ tiếp theo cung cấp một số manh mối hữu ích trong tương lai.
Chúng bao gồm Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), Kính thiên văn khảo sát hồng ngoại trường rộng (WFIRST) và các đài quan sát trên mặt đất như Mảng vuông Kilômét (SKA). Ngoài việc nghiên cứu các ngoại hành tinh và các vật thể trong Hệ Mặt trời của chúng ta, các sứ mệnh này sẽ được dành riêng để nghiên cứu cách các ngôi sao và thiên hà đầu tiên hình thành và xác định vai trò của Năng lượng tối.
Hơn nữa, tất cả các nhiệm vụ này dự kiến sẽ thu thập ánh sáng đầu tiên của họ vào khoảng những năm 2020. Vì vậy, hãy theo dõi, bởi vì nhiều thông tin hơn - với ý nghĩa vũ trụ học - sẽ đến chỉ sau một vài năm!
