Vũ trụ sẽ mở rộng mãi mãi hay cuối cùng sụp đổ thành một đốm nhỏ?
Một bài báo xuất bản vào tháng 6 cho thấy sự mở rộng vô hạn là không thể theo một lý thuyết vật lý chính - - một phỏng đoán tạo ra những làn sóng lớn trong cộng đồng vật lý.
"Mọi người nhận được rất, loại cảm xúc về nó bởi vì nếu nó là sự thật và được khám phá, nó sẽ rất ngoạn mục", Timm Wrase, một nhà vật lý tại Đại học Công nghệ Vienna cho biết.
Bây giờ, Wrase và các đồng nghiệp của ông đã công bố một nghiên cứu riêng biệt tạo ra một lỗ hổng lớn trong cuộc tranh luận đó, điều đó có nghĩa là một vũ trụ không ngừng mở rộng chưa thể loại trừ.
Năng lượng tối và sự giãn nở vũ trụ
Vũ trụ của chúng ta thấm đẫm một lực lượng vô hình rộng lớn dường như chống lại trọng lực. Các nhà vật lý gọi lực lượng này là năng lượng tối, và nó được cho là liên tục đẩy vũ trụ của chúng ta ra bên ngoài.
Nhưng vào tháng 6, một nhóm các nhà vật lý đã xuất bản một bài báo trên tạp chí in sẵn arXiv ngụ ý rằng năng lượng tối thay đổi theo thời gian. Điều này có nghĩa là vũ trụ sẽ không mở rộng mãi mãi mà cuối cùng có thể sụp đổ về kích thước như trước Vụ nổ lớn.
Tuy nhiên, gần như ngay lập tức, các nhà vật lý đã tìm thấy vấn đề với lý thuyết: Một số nhóm độc lập sau đó đã xuất bản các bài báo đề xuất sửa đổi cho phỏng đoán. Bây giờ, một bài báo được xuất bản vào ngày 2 tháng 10 trên tạp chí Phys Review D cho thấy rằng, theo quan điểm của nó, phỏng đoán ban đầu không thể đúng bởi vì nó không thể giải thích sự tồn tại của boson Higgs - mà chúng ta biết là có, nhờ Máy va chạm Hadron lớn, máy va chạm hạt lớn ở biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ.
Tuy nhiên, với một chút tinh chỉnh về mặt lý thuyết, phỏng đoán vũ trụ sụp đổ vẫn có thể khả thi, Wrase, đồng tác giả trên bài báo Đánh giá vật lý mới, nói với Live Science.
Làm thế nào để chúng tôi giải thích mọi thứ từng tồn tại?
Lý thuyết dây, đôi khi được gọi là lý thuyết về mọi thứ, là một khuôn khổ toán học nhưng chưa được kiểm chứng về mặt thực nghiệm để hợp nhất lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein với cơ học lượng tử. Lý thuyết dây cho thấy rằng tất cả các hạt tạo nên vũ trụ không thực sự là các chấm mà là các chuỗi một chiều rung động - và sự khác biệt trong các rung động đó cho phép chúng ta thấy một hạt là photon và hạt khác là electron.
Tuy nhiên, để lý thuyết dây trở thành một lời giải thích khả thi cho vũ trụ, nó phải kết hợp năng lượng tối.
Hãy tưởng tượng năng lượng tối này như một quả bóng trong một cảnh quan của núi và thung lũng đại diện cho lượng năng lượng tiềm năng mà nó có, Wrase nói. Nếu một quả bóng đứng trên đỉnh núi, nó có thể đứng yên, nhưng nó có thể lăn xuống với sự nhiễu loạn nhỏ nhất, do đó nó không ổn định. Nếu quả bóng đang ngồi trong một thung lũng, nó không thay đổi hoặc di chuyển, có năng lượng thấp và tồn tại trong một vũ trụ ổn định, bởi vì ngay cả một lực đẩy mạnh cũng sẽ khiến nó lăn xuống thung lũng.
Các nhà lý thuyết dây từ lâu đã cho rằng năng lượng tối là không đổi và không thay đổi trong vũ trụ. Nói cách khác, nó đã rúc vào các thung lũng giữa các ngọn núi, không lăn từ đỉnh núi và do đó không thay đổi theo thời gian, Wrase nói.
Nhưng phỏng đoán được đưa ra vào tháng 6 cho thấy, để lý thuyết dây hoạt động, cảnh quan không có bất kỳ ngọn núi hay thung lũng nào trên mực nước biển. (Theo quan niệm này, vũ trụ của chúng ta đứng trên mực nước biển - điều này ẩn dụ đánh dấu điểm mà năng lượng tối bắt đầu kéo vũ trụ lại với nhau hoặc đẩy vũ trụ ra xa nhau.)
Thay vào đó, phong cảnh là một độ dốc nhẹ và bóng năng lượng tối đang lăn xuống dưới. "Trong khi nó đang lăn xuống dưới, năng lượng tối trở nên nhỏ hơn và nhỏ hơn", Wrase nói. "Chiều cao của quả bóng tương ứng với lượng năng lượng tối trong vũ trụ của chúng ta."
Theo lý thuyết này, năng lượng tối cuối cùng có thể di chuyển xuống dưới mực nước biển và bắt đầu kéo vũ trụ trở lại với nhau trước dạng Big-Bang.
Nhưng chỉ có một vấn đề, Wrase nói.
"Chúng tôi đã chỉ ra rằng những ngọn núi không ổn định như vậy phải tồn tại", ông nói. Đó là bởi vì chúng ta biết hạt Higgs tồn tại. Và chúng tôi đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng các hạt Higgs có thể tồn tại trên các đỉnh núi hoặc "vũ trụ không ổn định" này và có thể bị xáo trộn chỉ với một cú chạm nhẹ nhất, ông nói.
Khó khăn với sự ổn định của vũ trụ
Cumrun Vafa, một nhà lý thuyết dây tại Harvard và là tác giả cao cấp của bài phỏng đoán từ tháng 6, đã nói với Live Science trong một email rằng, thực sự, phỏng đoán ban đầu có "khó khăn với các vũ trụ không ổn định". Bài báo mới này và một vài bài khác cho thấy vấn đề này, ông nói thêm. Nhưng có một số bài viết đề xuất sửa đổi nhỏ cho phỏng đoán vẫn sẽ tuân thủ các giới hạn mà Wotto và nhóm của ông đề xuất, ông nói.
Ngay cả trong phỏng đoán đã được sửa đổi, "chúng ta sẽ không ở trong một vũ trụ ổn định mà thay vào đó mọi thứ sẽ thay đổi", Wrase nói. Bản sửa đổi nói rằng thú cưỡi có thể tồn tại, nhưng các thung lũng ổn định thì không thể, ông nói. (Hãy tưởng tượng hình dạng của yên ngựa). Quả bóng cuối cùng phải bắt đầu lăn và năng lượng tối phải thay đổi theo thời gian, ông nói thêm. Nhưng "nếu phỏng đoán sai, thì năng lượng tối có thể không đổi, chúng ta sẽ ngồi trong một thung lũng giữa hai ngọn núi" và vũ trụ sẽ tiếp tục mở rộng.
Trong vòng 10 đến 15 năm, ông hy vọng rằng các vệ tinh đo lường chính xác hơn sự giãn nở của vũ trụ có thể giúp chúng ta hiểu liệu năng lượng tối có liên tục hay thay đổi hay không.
Vaha đồng ý. "Đây là những thời điểm thú vị trong vũ trụ học và hy vọng trong vài năm tới chúng ta sẽ thấy bằng chứng thực nghiệm cho sự thay đổi của năng lượng tối trong vũ trụ của chúng ta", ông nói.
