Các nhà thiên văn học trên khắp thế giới có chút bối rối vì dường như họ không thể đồng ý về việc vũ trụ đang giãn nở nhanh như thế nào.
Kể từ khi vũ trụ của chúng ta nổi lên từ một vụ nổ của một đốm nhỏ mật độ và trọng lực vô hạn, nó đã bay lên, và cũng không ở tốc độ ổn định - sự giãn nở của vũ trụ tiếp tục nhanh hơn.
Nhưng việc mở rộng nhanh như thế nào đã gây ra một cuộc tranh luận chóng mặt. Các phép đo tốc độ mở rộng này từ các nguồn lân cận dường như mâu thuẫn với cùng phép đo được lấy từ các nguồn ở xa. Một lời giải thích có thể là, về cơ bản, một cái gì đó thú vị đang diễn ra trong vũ trụ, thay đổi tốc độ mở rộng.
Và một nhà lý thuyết đã đề xuất rằng một hạt hoàn toàn mới đã xuất hiện và đang thay đổi vận mệnh tương lai của toàn bộ vũ trụ của chúng ta.
Hubble, Hubble, toil và rắc rối
Các nhà thiên văn học đã nghĩ ra nhiều cách thông minh để đo lường cái mà họ gọi là tham số Hubble hoặc hằng số Hubble (ký hiệu cho những người có cuộc sống bận rộn là H0). Con số này đại diện cho tốc độ mở rộng của vũ trụ ngày nay.
Một cách để đo tốc độ mở rộng ngày nay là nhìn vào các siêu tân tinh gần đó, vụ nổ khí và bụi được phóng ra từ những ngôi sao lớn nhất của vũ trụ sau cái chết của chúng. Có một loại siêu tân tinh đặc biệt có độ sáng rất đặc biệt, vì vậy chúng ta có thể so sánh độ sáng của chúng với độ sáng mà chúng ta biết chúng phải có và tính khoảng cách. Sau đó, bằng cách nhìn vào ánh sáng từ thiên hà chủ của siêu tân tinh, các nhà vật lý thiên văn cũng có thể tính toán được chúng di chuyển ra khỏi chúng ta nhanh như thế nào. Bằng cách đặt tất cả các mảnh lại với nhau, sau đó chúng ta có thể tính được tốc độ mở rộng của vũ trụ.
Nhưng có nhiều thứ cho vũ trụ hơn là những ngôi sao nổ tung. Ngoài ra còn có một thứ gọi là nền vi sóng vũ trụ, là ánh sáng còn sót lại ngay sau Vụ nổ lớn, khi vũ trụ của chúng ta chỉ là một đứa bé, chỉ 380.000 năm tuổi. Với các nhiệm vụ như vệ tinh Planck được giao nhiệm vụ lập bản đồ bức xạ còn sót lại này, các nhà khoa học có bản đồ cực kỳ chính xác về nền này, có thể được sử dụng để có được một bức tranh rất chính xác về nội dung của vũ trụ. Và từ đó, chúng ta có thể lấy những thành phần đó và chạy đồng hồ với các mô hình máy tính và có thể nói tốc độ mở rộng ngày nay là bao nhiêu - giả sử rằng các thành phần cơ bản của vũ trụ đã thay đổi kể từ đó.
Hai ước tính này không đồng ý đủ để khiến mọi người hơi lo lắng rằng chúng tôi đang thiếu thứ gì đó.
Nhìn về phía bóng tối
Có lẽ, một hoặc cả hai phép đo là không chính xác hoặc không đầy đủ; nhiều nhà khoa học ở hai bên của cuộc tranh luận đang ném lượng bùn thích hợp vào đối thủ của họ. Nhưng nếu chúng ta cho rằng cả hai phép đo đều chính xác, thì chúng ta cần một cái gì đó khác để giải thích các phép đo khác nhau. Vì một phép đo đến từ vũ trụ rất sớm và một phép đo khác đến từ thời gian gần đây hơn, nên suy nghĩ là có thể một số thành phần mới trong vũ trụ đang thay đổi tốc độ mở rộng của vũ trụ theo cách mà chúng ta chưa nắm bắt được trong chúng ta mô hình.
Và những gì chi phối sự giãn nở của vũ trụ ngày nay là một hiện tượng bí ẩn mà chúng ta gọi là năng lượng tối. Đó là một cái tên tuyệt vời cho một cái gì đó về cơ bản chúng ta không hiểu. Tất cả những gì chúng ta biết là tốc độ giãn nở của vũ trụ ngày nay đang tăng tốc và chúng ta gọi lực đẩy động lực tăng tốc này là "năng lượng tối".
Trong các so sánh của chúng ta từ vũ trụ trẻ với vũ trụ ngày nay, các nhà vật lý cho rằng năng lượng tối (dù đó là gì) là không đổi. Nhưng với giả định này, chúng ta có sự bất đồng hiện tại, nên có lẽ năng lượng tối đang thay đổi.
Tôi đoán nó đáng để thử. Hãy giả sử rằng năng lượng tối đang thay đổi.
Các nhà khoa học có một nghi ngờ lén lút rằng năng lượng tối có liên quan đến năng lượng bị khóa trong chân không của không gian thời gian. Năng lượng này đến từ tất cả các trường lượng tử của người Viking, thấm vào vũ trụ.
Trong vật lý lượng tử hiện đại, mỗi loại hạt duy nhất được gắn với trường cụ thể của riêng nó. Những trường này trôi qua tất cả không-thời gian, và đôi khi các bit của các trường thực sự bị kích thích ở những nơi, trở thành các hạt mà chúng ta biết và yêu thích - như electron và quark và neutrino. Vì vậy, tất cả các electron thuộc về trường electron, tất cả các neutrino thuộc về trường neutrino, v.v. Sự tương tác của các lĩnh vực này tạo thành nền tảng cơ bản cho sự hiểu biết của chúng ta về thế giới lượng tử.
Và bất kể bạn đi đâu trong vũ trụ, bạn không thể thoát khỏi các trường lượng tử. Ngay cả khi chúng không rung đủ ở một vị trí cụ thể để tạo ra hạt, chúng vẫn ở đó, lắc lư và rung và làm việc lượng tử bình thường. Vì vậy, các trường lượng tử này có một lượng năng lượng cơ bản liên quan đến chúng, ngay cả trong chính khoảng trống trống rỗng.
Nếu chúng ta muốn sử dụng năng lượng lượng tử kỳ lạ của chân không không gian để giải thích năng lượng tối, chúng ta ngay lập tức gặp vấn đề. Khi chúng ta thực hiện một số tính toán rất đơn giản, rất ngây thơ về lượng năng lượng có trong chân không do tất cả các trường lượng tử, chúng ta kết thúc với một con số mạnh hơn khoảng 120 bậc so với mức chúng ta quan sát được năng lượng tối. Rất tiếc.
Mặt khác, khi chúng tôi thử một số tính toán phức tạp hơn, chúng tôi kết thúc với một số bằng không. Mà cũng không đồng ý với lượng năng lượng tối được đo. Lại một lần nữa.
Vì vậy, không có vấn đề gì, chúng ta có một thời gian thực sự khó khăn để cố gắng hiểu năng lượng tối thông qua ngôn ngữ của năng lượng chân không của không-thời gian (năng lượng được tạo ra bởi các trường lượng tử đó). Nhưng nếu các phép đo tốc độ giãn nở này là chính xác và năng lượng tối thực sự đang thay đổi, thì điều này có thể cho chúng ta một manh mối về bản chất của các trường lượng tử đó. Cụ thể, nếu năng lượng tối đang thay đổi, điều đó có nghĩa là chính các trường lượng tử đã thay đổi.
Một kẻ thù mới xuất hiện
Trong một bài báo gần đây được công bố trực tuyến trên tạp chí arXiv, nhà vật lý lý thuyết Massimo Cerdonio tại Đại học Padova đã tính toán lượng thay đổi trong các trường lượng tử cần thiết để giải thích cho sự thay đổi của năng lượng tối.
Nếu có một trường lượng tử mới chịu trách nhiệm cho sự thay đổi năng lượng tối, điều đó có nghĩa là có một hạt mới ngoài vũ trụ.
Và lượng thay đổi trong năng lượng tối mà Cerdonio tính toán đòi hỏi một loại khối lượng hạt nhất định, hóa ra lại có cùng khối lượng của một loại hạt mới đã được dự đoán: cái gọi là axion. Các nhà vật lý đã phát minh ra hạt lý thuyết này để giải quyết một số vấn đề với sự hiểu biết lượng tử của chúng ta về lực hạt nhân mạnh.
Hạt này có lẽ xuất hiện trong vũ trụ từ rất sớm, nhưng đã "ẩn nấp" trong nền trong khi các lực và hạt khác điều khiển hướng của vũ trụ. Và bây giờ đến lượt Axion
Mặc dù vậy, chúng tôi chưa bao giờ phát hiện ra một trục, nhưng nếu những tính toán này là chính xác, thì điều đó có nghĩa là trục đó nằm ngoài đó, lấp đầy vũ trụ và trường lượng tử của nó. Ngoài ra, trục giả thuyết này đã khiến nó trở nên đáng chú ý bằng cách thay đổi lượng năng lượng tối trong vũ trụ. Vì vậy, có thể là mặc dù chúng ta chưa bao giờ nhìn thấy hạt này trong phòng thí nghiệm, nhưng nó đã làm thay đổi vũ trụ của chúng ta ở quy mô lớn nhất.
