Danh mục bài viết

Vụ nổ lớn – Mô hình tuần hoàn

Vụ nổ lớn: Trong lý thuyết này về nguồn gốc của vũ trụ, Vụ nổ lớn “Big Bang” không phải là sự khởi đầu, mà là một mô hình giãn nở và co lại lặp đi lặp lại. Hãy cùng Tinh Vân tìm hiểu về giả thuyết này nhé.
Trong các góc của thế giới vũ trụ học của Paul Steinhardt, nói rằng lịch sử lặp lại chính nó sẽ là một cách nói nực cười. Đó là bởi vì theo ông và một số đồng nghiệp, hình thái của vũ trụ có thể chuyển sang một chu kỳ mới sau mỗi nghìn tỷ năm hoặc lâu hơn.

Steinhardt nói: “Một trăm triệu năm nghe có vẻ là một thời gian dài, nhưng về mặt vũ trụ thì nó giống như ngày mai.

Giáo sư vật lý và giám đốc của Trung tâm Khoa học Lý thuyết Princeton là đồng tác giả của một bài báo về chủ đề này, Mô hình tuần hoàn của vũ trụ, với Neil Turok. Mô hình tuần hoàn của vũ trụ mà ông đã giúp đi tiên phong chỉ là: một lý thuyết cho rằng vũ trụ tự hình thành lặp đi lặp lại theo các chu kỳ.
Những người ủng hộ mô hình này đang yêu cầu chúng ta suy nghĩ lại về Vụ nổ lớn và sự lạm phát nhanh chóng của vũ trụ. Họ cho rằng làm như vậy có thể lấp đầy một số lỗ hổng lớn nhất trong hiểu biết chung của chúng ta về cách thức hoạt động của không gian và thời gian.

Vụ nổ lớn và mô hình lạm phát

Hiểu biết chung được chấp nhận về vũ trụ là: Khoảng 14 tỷ năm trước, Vụ nổ lớn đã xảy ra. Trong những giây đầu tiên, các định luật vật lý như chúng ta hiểu đã không áp dụng được. Tất cả những gì cuối cùng sẽ trở thành vật chất bùng phát trong vài giây – các hạt đầu tiên, như electron và photon, và cuối cùng là neutron và proton, các khối cấu tạo nên nguyên tử của chúng ta. Hạt giống ban đầu của các ngôi sao, hành tinh và thiên hà đã mở rộng ra từ thời điểm quan trọng đó trong thời gian và không gian. Nó lan truyền theo cách khiến vũ trụ trở nên rất êm ả.

Độ mịn, trên một quy mô rất lớn, chỉ có nghĩa là mọi thứ trong vũ trụ được phân bố tương đối đồng đều. Có nghĩa là, nếu bạn đặt một khối lập phương xung quanh một phần của vũ trụ, nó sẽ không dày đặc hơn một khối khác được đặt ngẫu nhiên. Ở quy mô nhỏ hơn, chẳng hạn như giữa các thiên hà hoặc trong hệ mặt trời, vật chất ở dạng “cục” và chứa đầy các cụm.

Các nhà vật lý lý thuyết rằng ngay sau vụ nổ Big Bang, một cái gì đó được gọi là “lạm phát” đã xảy ra. Về cơ bản, thứ từng là một vũ trụ nhỏ bé, tập hợp lại với nhau mở rộng ra nhanh chóng trong một phần nhỏ của giây, và nó tiếp tục mở rộng cho đến ngày nay. Lạm phát là một phần của mô hình tiêu chuẩn hiện tại của vũ trụ, được gọi là mô hình Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Trong LCDM, hình dạng quỹ đạo của vũ trụ, trong một số mô tả, giống như một cái phễu, phần đỉnh rộng của nó phát triển và lan rộng ra theo thời gian.

Đó là một cách giải thích. Nhưng có những thứ khác đã phát sinh từ những mẩu thông tin tương tự mà các nhà khoa học thực sự có thể quan sát và đo lường trong cuộc sống thực – đó là thiên văn học quan sát. Thông tin thực là rất quan trọng nếu các nhà khoa học sử dụng các mô hình để đưa ra các dự đoán thực tế về tương lai của vũ trụ của chúng ta.

Leonardo Giani, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Queensland ở Úc, cho biết: “Vũ trụ học là một dạng làm việc theo nhóm, bạn cần một số người tập trung vào những thứ thực dụng và quan sát. mô hình của vũ trụ bên cạnh mô hình tiêu chuẩn. “Đó là cách nó đi.”

Những gì chúng tôi biết chắc chắn

Vật lý thiên văn lý thuyết là tất cả những phỏng đoán có học thức được định hình bởi một vài điều chúng ta biết chắc chắn. Một thứ gọi là Nền vi sóng vũ trụ (CMB) đóng góp một phần lớn vào thông tin quan sát được đó. CMB được tạo thành từ các dấu vết của bức xạ còn sót lại từ giai đoạn đầu của vũ trụ. Kính viễn vọng vô tuyến có thể thu nhận nó, và sau đó chuyển các sóng thành hình ảnh bản đồ nhiệt.

Hình ảnh này thực sự cho chúng ta thấy nội dung của vũ trụ được phân bố như thế nào khoảng 400.000 năm sau vụ nổ Big Bang – bức ảnh chụp nhanh nhất có thể quan sát được về một vũ trụ không có các ngôi sao, hệ mặt trời và thiên hà. Mọi thứ gần nhau hơn và gần như đồng nhất, ngoại trừ những dao động nhỏ trở thành vật chất hình thành nên các ngôi sao và thiên hà. Hình ảnh này là bằng chứng cho thấy vũ trụ bắt đầu được nhòm lại với nhau, và đã mở rộng ra như ngày nay.

Chúng ta cũng biết rằng vũ trụ tiếp tục giãn nở và thậm chí có thể đo lường ở một mức độ nào đó, tốc độ của nó. Một số còn khẳng định phiên bản trước đó của vũ trụ rất nóng và kỷ nguyên của chúng ta lạnh hơn nhiều.

Các vấn đề với mô hình hiện tại của chúng tôi

Steinhardt cho biết một số vấn đề nảy sinh với mô hình lạm phát, chính mô hình này đã mở rộng và sửa chữa các mô hình trước đó nảy sinh từ lý thuyết Vụ nổ lớn. Mô hình lạm phát được cho là giải thích tại sao, chẳng hạn, vũ trụ xuất hiện đồng nhất trên một quy mô khổng lồ mà không có các điều kiện ban đầu giống nhau. Tuy nhiên, Steinhardt nói, có rất nhiều khả năng nảy sinh từ một mô hình lạm phát đến mức nó khiến bản thân mô hình đó trở nên kém hữu ích hơn.

Steinhardt nói rằng các mô hình trước đây không loại trừ các dự đoán về vũ trụ là sai. “Giống như tôi đến để giải thích cho bạn tại sao bầu trời lại trong xanh, nhưng khi bạn xem xét lý thuyết của tôi kỹ hơn, ‘Ồ! Lý thuyết của tôi cũng có thể dự đoán các [màu] đỏ, xanh lá cây, chấm bi, sọc, ngẫu nhiên, ”Steinhardt nói. “Và sau đó bạn nói” Được rồi, lý thuyết đó có ích lợi gì? “

Vụ nổ lớn

Sau đó, có vấn đề về điểm kỳ dị. Lý thuyết lạm phát, Steinhardt lập luận, cũng bị mắc kẹt ở điểm “trước” Vụ nổ lớn, bởi vì theo nó, không có gì trước nó. Steinhardt nói: “Vấn đề triết học cơ bản với Vụ nổ lớn là, có sau nhưng không có trước. “Theo cách tương tự, chúng ta không biết những điều‘ chỉ một lần ’đã xảy ra trong lịch sử.”

Về mặt toán học, Vụ nổ lớn có vẻ như nó đến từ một trạng thái không xác định – điều không được giải thích bằng các định luật vật lý theo thuyết tương đối rộng của Einstein. Đây còn được gọi là “điểm kỳ dị”. Đối với Steinhardt – nhưng không phải với tất cả mọi người – đó là tương đương toán học của một lá cờ đỏ. “Tất cả chúng ta đều học ở trường, khi bạn nhận được một hơn 0 cho một câu trả lời, bạn sẽ gặp rắc rối, bởi vì đó là một câu trả lời vô nghĩa. Bạn đã mắc sai lầm ”.

Steinhardt cho biết trong một vấn đề liên quan, cũng có một số khó khăn trong việc dung hòa lý thuyết lạm phát với lý thuyết dây và cơ học lượng tử. Nếu mô hình mô tả chính xác vũ trụ, các khuôn khổ vật lý được chấp nhận khác sẽ đồng ý với nó. Thay vào đó, Steinhardt nói rằng họ đang mâu thuẫn với nhau. “Khi một người suy nghĩ về vũ trụ học, bạn thường tiếp cận với các lĩnh vực tư duy khá xa, về mặt chiêm tinh hoặc về mặt vật lý cơ bản và nhìn thấy, chúng có phù hợp với nhau không?” Theo ông, mô hình tuần hoàn giúp làm được điều này.

Mô hình tuần hoàn và các phần phụ của nó

Một mô hình tuần hoàn của vũ trụ được thiết kế để giải quyết một số vấn đề dường như nan giải của Vụ nổ lớn và mô hình lạm phát. Stephon Alexander, giáo sư vật lý tại Đại học Brown và là người đồng phát minh ra mô hình lạm phát của vũ trụ dựa trên lý thuyết dây cho biết: “Nó cho phép chúng ta vượt ra ngoài Vụ nổ lớn, nhưng không gặp phải bất kỳ vấn đề triết học huyền diệu nào. “Bởi vì thời gian luôn tồn tại trong quá khứ.”

Các nhà khoa học đã đề xuất một mô hình tuần hoàn có thể hoạt động về mặt toán học theo một số cách. Mô hình vũ trụ tuần hoàn của Steinhardt và Turok là một trong số đó. Các nguyên tắc cốt lõi của nó là: Vụ nổ lớn không phải là khởi đầu của thời gian; có một giai đoạn trước đó dẫn đến nó, với nhiều chu kỳ co lại và mở rộng lặp lại vô thời hạn; và thời kỳ quan trọng xác định hình dạng của vũ trụ của chúng ta là ngay trước cái gọi là vụ nổ. Ở đó bạn sẽ thấy một giai đoạn co lại chậm được gọi là Big Crunch.

Vì vậy, thay vì một khoảng thời gian bắt đầu phát sinh từ hư vô, mô hình tuần hoàn cho phép một khoảng thời gian dài dẫn đầu. Nó tuyên bố sẽ khắc phục những vấn đề tương tự như lý thuyết lạm phát đã làm, nhưng thậm chí còn phát triển hơn nữa. Có một điều, sự tồn tại của thời gian trước Vụ nổ lớn loại bỏ vấn đề kỳ dị – con số không xác định đó. Nó cũng sử dụng lý thuyết dây và dao động lượng tử.

Vụ nổ lớn

Giống như LCDM, một mô hình tuần hoàn cũng sẽ tính đến năng lượng tối, một lực không thể quan sát được mà các nhà khoa học tin rằng nó đứng sau sự giãn nở gia tốc của vũ trụ. Nhưng trong mô hình của Stenhardt và Turok, mọi thứ giống với khoa học viễn tưởng hơn một chút: Hai mặt phẳng giống hệt nhau, hay còn gọi là “branes” (trong lý thuyết dây, một vật thể có thể có bất kỳ số chiều nào) lại gần nhau và mở rộng ra. Chúng ta có thể quan sát ba chiều của mặt phẳng của mình, nhưng không quan sát được các kích thước phụ của mặt phẳng kia. Năng lượng tối vừa là lực dẫn các não vào một vụ va chạm, vừa có sự phân tách giữa chúng. Bản thân các não cũng theo đó mà mở rộng và năng lượng tối sẽ kéo chúng lại với nhau khi chúng trở nên phẳng và mịn nhất có thể.

Giani, nhà nghiên cứu, không chắc chắn như vậy, vì một số giả định mà mô hình này mang lại từ lý thuyết dây. Anh ấy thích một mô hình tuần hoàn khác của Roger Penrose, một nhà vật lý lý thuyết tại Oxford, người đã đưa ra cái mà chính Penrose gọi là “một quan điểm mới lạ lùng” về vũ trụ. “Tôi hoàn toàn ngạc nhiên về nó,” Giani nói.

Thật khó để quay đầu lại: Trong một tương lai xa xôi, xa xôi, hệ mặt trời và thiên hà của chúng ta sẽ bị nhấn chìm bởi các lỗ đen, chúng ăn hết các khối lượng khác trong vũ trụ, và rồi sau một khoảng thời gian không thể tưởng tượng được, chỉ còn lại các lỗ đen sẽ tồn tại. Cuối cùng, chỉ tồn tại các photon, không có khối lượng và do đó không có năng lượng hoặc tần số, theo định luật vật lý được chấp nhận của chúng ta.

Penrose giải thích, các phép đo tỷ lệ không còn được áp dụng ở giai đoạn này, nhưng hình dạng của vũ trụ vẫn còn. Tại thời điểm xảy ra Vụ nổ lớn, ông lập luận, khi các hạt nóng đến mức gần nhau và chuyển động với tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng, thì chúng cũng mất đi khối lượng. Điều này tạo ra các điều kiện tương tự tại Vụ nổ lớn với vũ trụ tương lai xa xôi, lạnh giá. Quy mô của họ không còn phù hợp nữa, và cái này có thể bỏ qua cái kia. Tương lai xa và vụ nổ Big Bang trở thành một và giống nhau.

Chứng minh các mô hình

Cuối cùng, những gì con người có thể quan sát về vũ trụ của chúng ta là có giới hạn. Đó là lý do tại sao các lý thuyết về vũ trụ

không bao giờ hoàn thành. Chúng cân bằng phần nhỏ của vũ trụ mà chúng ta có thể quan sát bằng các mô hình toán học và lý thuyết để điền vào phần còn lại. Vì vậy, trong vũ trụ học, các nhà khoa học tìm kiếm các hiện tượng có thể quan sát được phản bác các mô hình của họ, và định hình lại lý thuyết của họ cho phù hợp với vấn đề.

Nhưng khi công nghệ của chúng tôi tiến bộ nhanh chóng, các quan sát ủng hộ hoặc làm giảm giá trị của mô hình này hay mô hình khác đến thường xuyên hơn. “Việc đưa ra tất cả những suy đoán này trong công việc này là hoàn toàn xứng đáng, bởi vì chúng tôi đang đi đến thời điểm mà dữ liệu này sẽ đến,” Giani nói. Một quan sát như vậy có thể tạo ra sự hỗ trợ thuyết phục cho mô hình tuần hoàn hoặc xác nhận lý thuyết lạm phát được chấp nhận nhiều hơn.

Vụ nổ lớn

Do vật chất được phân bố như thế nào theo quan điểm của chúng ta về phần cổ nhất của vũ trụ (được nhìn thấy trong CMB), các sóng hấp dẫn truyền đến chúng ta có thể bị phân cực, giống như ánh sáng, ở một tần số cụ thể. Trên thực tế, trong vòng vài năm tới, các nhà khoa học có thể xác định được liệu sự phân cực này có tồn tại hay không. Nếu đúng như vậy, nó sẽ hỗ trợ mô hình lạm phát. Nếu sự phân cực này không tồn tại, nó sẽ làm suy yếu “sự co lại chậm”, một dấu hiệu đặc trưng của mô hình tuần hoàn.

Chúng ta sẽ tiến gần hơn một bước để hiểu về thời gian và không gian, nhưng vẫn đang trong một cuộc hành trình trong vũ trụ còn rất xa.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Danh mục bài viết
Sản phẩm đánh giá cao
Đánh giá mới nhất
Call Now Button