Hương Thảo
Cuối cùng cũng nhìn thấy nó! Kính viễn vọng Webb của NASA đã chụp ảnh thiên hà nguyên khởi, các nhà khoa học hàng đầu đã tìm thấy bằng chứng đáng kinh ngạc ở nơi cực sâu của vũ trụ!
Mặc dù một số người có thể hữu ý vô ý coi thuyết “vũ trụ hình thành từ vụ nổ lớn” là chân lý, nhưng trong giới khoa học, vẫn có không ít tiếng nói bất đồng về cách vũ trụ rốt cuộc được hình thành như thế nào.
Gần đây, Kính viễn vọng Không gian Webb dùng để quan trắc tia hồng ngoại do Cục Hàng không Vũ trụ Mỹ NASA, Cục Hàng không Vũ trụ Châu Âu và Cục Hàng không Vũ trụ Canada liên hợp nghiên cứu phát triển, đã thường xuyên thu hút sự chú ý của mọi người. Webb đã áp dụng công nghệ gương đa diện lưu hành gần đây, với đường kính của gương chính rộng tới 6,5 mét. Ngoài ra, Webb còn được trang bị máy ảnh và máy đo quang phổ tiên tiến nhất, giúp công lực thám trắc của nó mạnh hơn nhiều so với kính viễn vọng Hubble trước đây, có thể phát hiện những bức xạ từ giữa dải quang phổ ánh sáng khả kiến đến giữa dải quang phổ hồng ngoại mà mắt người không thể nhìn thấy được.
Webb, vừa mới vận hành chưa đầy một năm, đã không phụ kỳ vọng, gửi về Trái Đất rất nhiều bức ảnh tinh mỹ về những nơi cực sâu của vũ trụ. Những khu vực của vũ trụ trước đây không thể thám trắc đến dưới ống kính của kính viễn vọng Hubble, giờ đây được triển hiện rõ ràng trước mắt mọi người.
Người ngoài tìm kiếm náo nhiệt, chuyên gia tìm kiếm phương hướng. Trong khi đại chúng trầm trồ kinh ngạc trước vẻ huy hoàng và tráng lệ của vũ trụ, các nhà khoa học đã nhìn thấy những hướng đi mới từ những bức ảnh này, thậm chí có người còn đề xuất, rằng họ đã tìm thấy trong đó bằng chứng thách thức lý thuyết về nguồn gốc của vũ trụ.
Vì vậy, hôm nay, chúng ta hãy nói về khởi nguyên của vũ trụ.
Phát hiện mới của Webb thách thức thuyết “vụ nổ lớn”
Nói đến nguồn gốc của vũ trụ, phản ứng đầu tiên trong tâm trí nhiều người là “vụ nổ lớn” Big Bang. Đây hiện là lý thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất. Lý thuyết này nói rằng, vũ trụ vào khoảng 13,8 tỷ năm trước, đột nhiên phát nổ từ một điểm Kỳ với mật độ cực đại và nhiệt độ cực cao, đồng thời không ngừng giãn nở, trải qua một thời gian dài diễn hóa, mới đạt đến trạng thái hiện tại.
Vậy quá trình này như thế nào? Chiểu theo các mô hình hiện có, các nhà khoa học cho rằng, sau vụ nổ lớn, vũ trụ bắt đầu giãn nở nhanh chóng, tốc độ giãn nở là cấp số nhân, quá trình này hình thành neutron, proton, electron, photon, neutrino, quark và các lạp tử cơ bản khác. Cùng với vũ trụ tiếp tục giãn nở, nhiệt độ và mật độ cũng bắt đầu giảm xuống nhanh chóng. Trong quá trình nhiệt độ hạ xuống và nguội dần, các lạp tử như nguyên tử, hạt nhân nguyên tử và phân tử được hình thành trong vũ trụ kết hợp thành khí thể phổ thông. Khí thể dần dần ngưng tụ thành tinh vân, tinh vân tiến một bước hình thành các hằng tinh và thiên hà khác nhau, trải qua một thời gian dài va chạm và hợp nhất giữa các thiên hà, vũ trụ mà chúng ta nhìn thấy bây giờ cuối cùng cũng hình thành.
Vì vậy, theo lý thuyết này, các nhà khoa học luôn tin rằng vũ trụ thuở sơ khai là một nơi hỗn độn, chứa đầy những khối vật chất có thể hình thành các tinh thể, hết thảy đều rất hỗn loạn. Những thiên hà cổ lão nhất, ra đời sớm nhất trong vũ trụ là những hệ thống rất nhỏ, hơi hỗn loạn và dị dạng.
Mô hình kích thước thực tế của kính thiên văn không gian James Webb trưng bày tại Austin.
Tuy nhiên, kính viễn vọng Webb đã nhìn thấy một góc nhìn khác. Webb đã chụp được hình ảnh của một số thiên hà cực kỳ cổ lão, phát hiện rằng những thiên hà này không chỉ khá nặng mà còn cân bằng nội bộ và có kết cấu rất tốt. Điều này mang lại cho mọi người cảm giác rằng vũ trụ từ không đến có, không có quá trình diễn hóa lâu dài của các tinh thể, mà trong nháy mắt đã hình thành các thiên hà khá trưởng thành và hoàn chỉnh.
Những phát hiện mới do kính thiên văn Webb thực hiện đã khiến không ít nhà thiên văn lập tức đầy bối rối. Garth Illingworth, một nhà thiên văn học tại Đại học California tại Santa Cruz, cho biết trong một cuộc phỏng vấn với tờ Washington Post, rằng mô hình hiện về khởi nguyên vũ trụ hiện có chưa dự trắc được điểm này, chúng đều không cách nào giải thích vì sao vũ trụ nhanh chóng hình thành vô vàn tinh thể như vậy.
Cần biết rằng, trong thời đại của Kính viễn vọng Hubble, những hình ảnh về vũ trụ mà con người thu được về cơ bản đã chứng minh suy đoán của mọi người, rằng các thiên hà sơ khai là tồn tại hỗn loạn và tùy ý. Tuy nhiên, bây giờ, Webb dường như đang nói, rằng nhận thức cũ đó là do một cảm giác sai lầm được tạo ra bởi năng lực hữu hạn của Hubble.
Không có gì ngạc nhiên khi một số người đề xuất rằng phát hiện của Webb đang thách thức và có thể viết lại lý giải cố hữu của con người về khởi nguyên của vũ trụ, đồng thời làm lung lay nền tảng của lý thuyết “Vụ nổ lớn”.
Vũ trụ tuần hoàn
Mặc dù một số người có thể hữu ý vô ý coi thuyết “vũ trụ hình thành từ vụ nổ lớn” là chân lý, nhưng trong giới khoa học, vẫn có không ít tiếng nói bất đồng về cách vũ trụ rốt cuộc được hình thành như thế nào. Ví dụ, người đoạt giải Nobel vật lý năm 2020 và là nhà vật lý toán học nổi tiếng người Anh Roger Penrose đã từng đề xuất khái niệm vũ trụ tuần hoàn.
Roger Penrose, 2005.
Điều đó nghĩa là gì? Chúng ta hãy nói về chuyện đó.
Theo thuyết “vụ nổ lớn”, vũ trụ của chúng ta có điểm bắt đầu và điểm kết thúc, nó được sinh ra cách đây 13,8 tỷ năm và cuối cùng sẽ quy về “nhiệt tịch”, cũng chính là khi năng lượng của vũ trụ toàn bộ được chuyển hóa thành nhiệt năng, sẽ không còn có thể duy trì sự tồn tại của năng lượng vận động hoặc năng lượng sự sống, và vũ trụ sẽ chết lặng. Điều này cũng giống như những gì nhiều người tin tưởng, rằng sinh mệnh con người chỉ có lần, người chết như nhiệt tịch, mọi thứ đều không còn nữa.
Nhưng Penrose tin rằng vũ trụ không chỉ tồn tại một lần mà là tuần hoàn phục sinh. Ông đề xuất một mô hình vũ trụ tuần hoàn cộng hình, cho rằng vũ trụ sau khi giãn nở vô hạn, và điểm Kỳ dày đặc nhất có thể thông qua ánh xạ cộng hình mà được liên kết lại với nhau, điều này có thể trả lời một câu hỏi mà nhiều người muốn biết: trước vụ nổ lớn, vũ trụ là gì? Câu trả lời của Penrose là trước vụ nổ lớn, đã có một vũ trụ khác tương đồng định luật vật lý với vũ trụ hiện tại của chúng ta, và vũ trụ của chúng ta sau khi giãn nở vô hạn cũng sẽ trở thành khởi điểm của một vũ trụ tiếp theo. Cả hai được kết nối liền mạch, vũ trụ không có khởi đầu, cũng sẽ không kết thúc, càng không có gì sẽ mất đi, và đó là một vòng tuần hoàn vô tận. Điều này cũng giống như luân hồi chuyển thế của con người, sau khi một sinh mệnh qua đi, nó sẽ được diễn sinh trong một phương thức mới.
Penrose đã đề xuất ý tưởng về vũ trụ tuần hoàn này từ rất sớm và đã tìm kiếm bằng chứng ủng hộ lý thuyết này kể từ đó. Không ngờ đến năm 89 tuổi, ông đã thực sự tìm thấy. Vào tháng 5 năm 2020, Penrose đã xuất bản một bài báo bom tấn “Bằng chứng rõ ràng về các điểm Hawking trong bức xạ vi sóng” (Apparent evidence for Hawking points in the CMB Sky) trên nguyệt san “Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, MNRAS” (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，MNRAS). Trong bài báo này, ông tuyên bố rằng ông đã tìm thấy bằng chứng về sự tồn tại của vũ trụ trước đó trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ.
Bức xạ nền vi sóng vũ trụ này là gì? Chúng tôi xin giới thiệu nó một chút. Nó được tin là, vũ trụ sau vụ nổ lớn tràn ngập bức xạ điện từ, vũ trụ giãn nở đồng đều theo mọi hướng, nhiệt độ của bức xạ nền vi sóng vũ trụ về căn bản là tương đồng ở mọi hướng hướng của vũ trụ. Trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ, Penrose và nhóm của ông đã phát hiện ra ít nhất 6 điểm có nhiệt độ cao hơn một chút, mà họ gọi là điểm Hawking, kích thước của những điểm Hawking này tương đương với kích thước của 8 mặt trăng. Penrose tin rằng đây rất có khả năng là dấu vết do vũ trụ trước để lại.
Penrose tin rằng vũ trụ vào điểm cuối của một vòng tuần hoàn sẽ phát sinh một vụ nổ lớn, các thiên hà sẽ bị hủy thành tro tàn, nhiệt độ không ngừng giảm xuống, cuối cùng sẽ biến trở nên trống rỗng, bên trong không còn vật chất, chỉ có năng lượng và bức xạ, và lỗ đen nuốt chửng mọi vật chất. Khi nhiệt độ của vũ trụ tiếp tục giảm, cho đến khi thấp hơn nhiệt độ của các lỗ đen này, các lỗ đen sẽ bốc hơi, và tỏa năng lượng ra vũ trụ bằng phương thức bức xạ, do đó thể tích của các lỗ đen sẽ từ từ thu nhỏ lại, nhưng nhiệt độ sẽ từ từ tăng cao. Vậy số phận cuối cùng của nó là gì?
Năm 1974, Hawking đã đăng một bài báo trên tạp chí “Nature”, chỉ ra rằng khi lỗ đen sắp kết thúc vòng đời của nó, nó sẽ nổ tung trong 0,1 giây cuối cùng, giải phóng năng lượng khoảng 10^30 Erg (Erg), tức là tương đương với năng lượng được giải phóng bởi một triệu quả bom khinh khí 1 triệu megaton.
Do đó, dựa trên tuyên bố của Hawking, Penrose tin rằng vào ngày tận thế của vũ trụ, sau vụ nổ của lỗ đen khổng lồ nuốt chửng mọi thứ, các điểm sáng được sản sinh ra sẽ được thể hiện trong vũ trụ tiếp theo, tức là những điểm có nhiệt độ cao hơn trên bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Vì khái niệm hố đen hướng vào vũ trụ mà bức xạ năng lượng, bốc hơi và bùng nổ do Hawking đề xuất nên điểm này được mệnh danh là “điểm Hawking”.
Ý tưởng của Penrose khá mới lạ và táo bạo, đã gây ra những cuộc thảo luận sôi nổi trong cộng đồng khoa học, thậm chí còn được đặt lên cột đầu báo. Mặc dù không phải tất cả các nhà khoa học đều đồng ý với ý tưởng của ông, nhưng ông đã mở ra một cánh cửa mới cho mọi người, mang đến một cảnh quan mới, để mọi người thoát ra khỏi lối tư duy cố hữu và nhìn vấn đề từ một góc độ khác.
Penrose kỳ thực là một nhà khoa học khá đặc biệt, ông ấy thường có rất nhiều tư tưởng kỳ lạ. Ngoài học thuyết vũ trụ tuần hoàn, ông còn cố gắng chứng minh con người có linh hồn, ông tin rằng sau khi con người ly thế, linh hồn hay cũng chính là ý thức sẽ hồi quy vũ trụ dưới hình thức lượng tử. Tuy nhiên, phần nội dung này chúng tôi sẽ không giới thiệu với các bạn trong chương trình này, mà sẽ nói về nó ở phần sau của chương trình.
Trước khi Penrose tìm ra “Điểm Hawking”, một nhóm các nhà khoa học cũng bắt đầu quan tâm đến một khu vực đặc biệt trên bức xạ nền vi sóng vũ trụ, sau một phen nghiên cứu, họ đã đề xuất một phỏng đoán rất thú vị khác, đó là “Vũ trụ đa nguyên”.
Stephen Feeney, từ Khoa Vật lý và Thiên văn học tại Đại học London, cho biết trong một luận văn, rằng vũ trụ mà con người chúng ta đang sống chỉ là một tiểu vũ trụ trong một đại vũ trụ khổng lồ. Trong đại vũ trụ có rất nhiều tiểu vũ trụ, đặc tính vật lý của chúng có thể không tương đồng, mỗi tiểu vũ trụ giống như một bong bóng (Bubble), có thể di động tự do trong vũ trụ lớn, thậm chí giữa chúng có thể phát sinh va chạm lẫn nhau. Và những vụ va chạm này sẽ được ghi chép và lưu lại trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ.
Vũ trụ đa nguyên
Đa vũ trụ cấp 1: Các vũ trụ (quan sát được) là những vùng trong vòng tròn đỏ, có chữ thập đỏ ở giữa, “nối” với nhau qua hố trắng, đường hầm lượng tử.
Nhóm nghiên cứu của Feeney đã phát hiện ra bốn mẫu hình bánh trên bức xạ nền vi sóng vũ trụ, họ gọi chúng là “vết bầm vũ trụ”, tin rằng vũ trụ của chúng ta đã bị các vũ trụ khác tấn công ít nhất bốn lần.
Thuyết “vũ trụ đa nguyên” này có phần tương tự với “vũ trụ bình hành” mà chúng ta thường nói. Tuy nhiên, dường như trong “vũ trụ đa nguyên” của Feeney, mỗi tiểu vũ trụ là hoàn toàn độc lập, không can thiệp lẫn nhau, một sinh mệnh không thể đồng thời tồn tại trong nhiều tiểu vũ trụ. Còn thuyết “vũ trụ bình hành” tin rằng, trong các vũ trụ khác nhau đều có cùng một sinh mệnh, chiểu theo các quỹ tích khác nhau mà phát triển.
Nghe đến đây, quý vị có cảm thấy các cuộc thảo luận trong giới khoa học rất phong phú và đa sắc không? Tuy nhiên, những giả thuyết được phát triển dựa trên khoa học hiện đại này, đều không cách nào trả lời một số vấn đề về bản chất. Ví dụ, vật chất được sản sinh từ hư không như thế nào? Nếu ai đó nói rằng anh ta tiến vào một căn phòng trống, búng tay một cái, một lúc sau tất cả đồ đạc xuất hiện, thì khẳng định sẽ không ai tin. Vậy làm thế nào “vụ nổ lớn” có thể sản sinh ra các lạp tử cơ bản?
Ngoài ra, các lạp tử cơ bản này được kết hợp thành các nguyên tử và phân tử theo các định luật vật lý nhất định. Sau đó, các hành tinh, thiên hà và vạn sự vạn vật được hình thành. Ví dụ, nghiên cứu khoa học hiện đại đã phát hiện, trong thế giới vĩ mô, nếu không có lực hấp dẫn, mọi thứ đều sẽ sụp đổ. Và trong thế giới vi mô, nếu không có lực điện từ, lực mạnh và lực yếu để duy trì hệ thống các phân tử, nguyên tử và các lạp tử khác nhau, thì các lạp tử này sẽ tiêu mất.
Vậy những lực này là do ai tạo ra? Ai đã chế định những “định luật vật lý” và “quy luật tự nhiên”?
Một số học giả cũng đưa ra nghi vấn, chiểu theo định luật thứ hai của nhiệt lực học – định luật tăng độ bẩn (entropy), sự vật trong tình huống không có sự can thiệp từ bên ngoài, sẽ phát triển từ có trật tự đến vô trật tự, ví như căn phòng càng ngày càng bẩn, cơ tay càng ngày càng chậm, vũ trụ tối hậu cũng sẽ hướng đến nhiệt tịch. Vậy thì vì sao vũ trụ tại thời kỳ mới hình thành, lại có thể từ vô trật tự hướng đến có trật tự? Chẳng phải là trong u minh có lực lượng đang can thiệp sao?
Trên thực tế, vào thời cổ đại, hầu hết mọi người đều tin tưởng rằng vũ trụ và vạn vật thiên địa trong đó đều do Thần sáng tạo ra. Ví dụ, trong thần thoại và truyện cổ Trung Quốc có “Bàn Cổ khai thiên lập địa” và “Nữ Oa dùng đất sét tạo người”. Tín ngưỡng Do Thái giáo và Cơ đốc giáo phương Tây tin rằng Chúa đã sáng tạo ra vạn vật thiên địa trong vòng 6 ngày, và phỏng tạo con người theo hình ảnh của chính mình.
Tuy nhiên, sau khi khoa học hiện đại xuất hiện, con người bắt đầu phản đối tín ngưỡng truyền thống, thậm chí bắt đầu phủ nhận sự tồn tại của Thần. Chẳng hạn, sau khi thuyết “vụ nổ lớn” được chấp nhận, không ít người đã coi đó là chân lý, tin rằng nó chứng tỏ vũ trụ có thể sản sinh và phát triển mà không cần có sự tồn tại của Thần.
Sau đây, tôi xin giới thiệu với quý vị một câu chuyện xảy ra giữa nhà vật lý nổi tiếng người Anh Newton và nhà thiên văn học Halley. Halley, người không tin vào sự tồn tại của Thần, đến thăm Newton, người tin vào Cơ đốc giáo, đã bị thu hút bởi một mô hình tinh xảo của hệ Mặt Trời trên bàn làm việc của Newton. Halley hỏi Newton ai đã chế tạo mô hình, nhưng Newton trả lời, không ai cả, một đống nguyên liệu thô được đặt ở đó và tự lắp ráp với nhau. Tất nhiên là Halley không tin, liên tục hỏi Newton. Lúc này, Newton lúc này nghiêm túc nói: “Mô hình này mặc dù tinh xảo, nhưng so với hệ Mặt Trời thật thì chẳng là gì! Nếu cậu tin rằng nhất định phải có người chế tạo ra nó, vậy thì hệ Mặt Trời, vốn tinh xảo hơn hàng tỷ lần, mà không phải là Thần toàn năng, dùng trí huệ cao độ mà sáng tạo ra sao?” Halley đột nhiên lĩnh ngộ.
Vâng, chúng tôi cũng đã từng thảo luận với quý vị về độ lớn của vũ trụ trong chương trình trước, tôi tin rằng những ai đã xem nó sẽ ngạc nhiên trước sự mênh mông hạo hãn của vũ trụ. Một vũ trụ hoành đại trang nghiêm, tinh diệu vô tỉ như vậy có thể nào chỉ là một sự tự diễn hóa ngẫu nhiên sau một vụ nổ lớn không? Xác suất này có lẽ còn nhỏ hơn cả con khỉ đập bàn phím bật ra cuốn bách khoa toàn thư.
Thực ra, khoa học và Thần học không đối lập nhau, chẳng qua là nhìn sự vật ở những góc độ và tầng thứ khác nhau. Khoa học quan sát và nghiên cứu hoạt động của sự vật, nỗ lực thông qua các hiện tiện mà tìm ra quy luật nội tại. Nhưng khoa học hiện nay của nhân loại chưa phát triển, nên nghiên cứu về vũ trụ, về thế giới này cũng rất hữu hạn. Điều này giống như người mù sờ voi, người sờ ngà bảo voi giống củ cà rốt, người sờ tai bảo voi giống cái xẻng, người sờ chân voi khẳng định voi hiển nhiên giống cái cột trụ. Tuy nhiên, không cái nào trong số này tượng trưng cho hình ảnh thực của một con voi. Khoa học cũng vậy, hiện nay không ai có thể nói rằng khoa học đã nhìn thấy mọi thứ trong vũ trụ, phải không? Vì vậy, quý vị cũng nên mở rộng tâm thái để xem xét hết thảy.
Hương Thảo biên dịch