Làm thế nào mà vũ trụ đến được?
Nó có lẽ là Bí ẩn vĩ đại nhất, và là gốc rễ của tất cả những người khác. Câu hỏi lớn nhất của nhân loại - Cuộc sống bắt đầu như thế nào? Ý thức là gì? Vật chất tối, năng lượng tối, trọng lực là gì? - xuất phát từ nó.
"Tất cả những bí ẩn khác nằm ở hạ lưu câu hỏi này", Ann Druyan, tác giả và góa phụ của nhà thiên văn học Carl Sagan nói. "Nó quan trọng với tôi vì tôi là con người và không thích không biết."
Ngay cả khi các lý thuyết cố gắng giải quyết bí ẩn này ngày càng phức tạp, các nhà khoa học vẫn bị ám ảnh bởi khả năng một số liên kết quan trọng nhất trong chuỗi lý luận của họ là sai.
Bí ẩn cơ bản
Theo mô hình Big Bang tiêu chuẩn, vũ trụ được sinh ra trong thời kỳ lạm phát bắt đầu khoảng 13,8 tỷ năm trước. Giống như một quả bóng đang giãn nở nhanh chóng, nó phình to từ kích thước nhỏ hơn electron sang kích thước gần như hiện tại trong một phần rất nhỏ của một giây.
Ban đầu, vũ trụ chỉ thấm qua năng lượng. Một phần năng lượng này tụ lại thành các hạt, tập hợp thành các nguyên tử nhẹ như hydro và heli. Những nguyên tử này tụ lại đầu tiên thành các thiên hà, sau đó là các ngôi sao, bên trong lò nung rực lửa, tất cả các nguyên tố khác đều được rèn.
Đây là bức tranh được thống nhất chung về nguồn gốc vũ trụ của chúng ta như được mô tả bởi các nhà khoa học. Đó là một mô hình mạnh mẽ giải thích nhiều điều mà các nhà khoa học nhìn thấy khi họ nhìn lên bầu trời, chẳng hạn như sự trơn tru đáng chú ý của không-thời gian trên quy mô lớn và sự phân bố đều của các thiên hà ở hai phía đối diện của vũ trụ.
Nhưng có những điều về câu chuyện này khiến một số nhà khoa học khó chịu. Đối với người mới bắt đầu, ý tưởng rằng vũ trụ trải qua thời kỳ lạm phát nhanh chóng trong lịch sử của nó không thể được kiểm tra trực tiếp, và nó dựa vào sự tồn tại của một dạng năng lượng bí ẩn trong khởi đầu của vũ trụ đã biến mất từ lâu.
"Lạm phát là một lý thuyết cực kỳ mạnh mẽ, nhưng chúng tôi vẫn không biết điều gì đã gây ra lạm phát hoặc liệu đó có phải là lý thuyết chính xác hay không, mặc dù nó hoạt động rất tốt", Eric Agol, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Washington nói.
Đối với một số nhà khoa học, lạm phát là một bổ sung khủng khiếp cho mô hình Big Bang, một sự phức tạp cần thiết được thêm vào để làm cho nó phù hợp với các quan sát. Đây sẽ không phải là sự bổ sung cuối cùng.
Paul Steinhardt, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Princeton, cho biết: "Chúng tôi cũng đã học được rằng phải có vật chất tối trong vũ trụ và bây giờ là năng lượng tối". "Vì vậy, cách mà mô hình hoạt động ngày hôm nay là bạn nói, 'OK, bạn lấy một số Big Bang, bạn có một số lạm phát, bạn điều chỉnh để có các thuộc tính sau, sau đó bạn thêm một lượng vật chất tối và năng lượng tối nhất định.' Những điều này không được kết nối trong một lý thuyết mạch lạc. "
Steinhardt lo lắng các nhà vũ trụ học đang hành động như các kỹ sư hơn các nhà khoa học. Nếu một quan sát không khớp với mô hình hiện tại, họ sẽ gắn một thành phần hoặc tinker khác với mô hình hiện có để phù hợp. Các thành phần không được kết nối và không có lý do để thêm chúng ngoại trừ để phù hợp với các quan sát. Nó giống như cố gắng sửa một chiếc xe cũ bằng cách thêm các bộ phận mới từ các mô hình mới hơn nhưng khác nhau. Những bộ phận đó có thể hoạt động trong thời gian ngắn, nhưng cuối cùng, bạn cần một chiếc xe mới.
Một vũ trụ vô hình
Trong những năm gần đây, Steinhardt đã làm việc với Anna Ijjas, một nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Harvard, về một sự thay thế triệt để cho mô hình Big Bang tiêu chuẩn.
Theo ý tưởng của họ, được gọi là vũ trụ nảy, vũ trụ được sinh ra không chỉ một lần, mà có thể nhiều lần trong các chu kỳ co lại và giãn nở vô tận. Lý thuyết này thay thế "vụ nổ lớn" bằng một "cú nảy lớn", kết nối trơn tru các giai đoạn co lại và giãn nở của vũ trụ và giải quyết nhiều vấn đề gây khó khăn cho lý thuyết lạm phát.
Cặp đôi này tuyên bố rằng lý thuyết ekpyrotic của họ, hay "chu kỳ", sẽ giải thích không chỉ lạm phát, mà cả những bí ẩn vũ trụ khác, bao gồm cả vật chất tối, năng lượng tối và tại sao vũ trụ dường như đang mở rộng ở một tốc độ không ngừng tăng tốc.
Trong khi gây tranh cãi, vũ trụ nảy lên làm tăng khả năng vũ trụ là bất đắc dĩ và tự làm mới. Đó là một viễn cảnh có lẽ còn đáng kinh ngạc hơn cả một vũ trụ có sự khởi đầu và kết thúc rõ ràng, vì điều đó có nghĩa là các ngôi sao trên bầu trời, thậm chí là những ngôi sao cổ nhất, giống như những con đom đóm ngắn ngủi trong sơ đồ lớn của mọi thứ.
"Tôi muốn hy vọng rằng xã hội nỗ lực đổ vào nghiên cứu khoa học đang đưa chúng ta đến gần hơn với những sự thật cơ bản, và không chỉ là một cách để tạo ra các công cụ hữu ích", nhà thiên văn học của Viện Công nghệ California, Richard Massey nói. "Nhưng tôi cũng lo sợ không kém khi phát hiện ra rằng mọi thứ tôi biết đều sai và thầm hy vọng rằng tôi không làm thế."
Bài viết này được cập nhật vào ngày 27 tháng 6 năm 2019, bởi Tim Childers, người đóng góp cho Khoa học trực tiếp.
