Giả thuyết Big Bang (Vụ Nổ Lớn) vẫn được xem là lời lý giải được chấp nhận nhiều nhất về nguồn gốc hình thành vũ trụ. Theo đó, một vụ nổ lớn cách đây 13,7 tỷ năm đã khai sinh ra toàn bộ vũ trụ hiện nay khiến không gian liên tục mở rộng ra từ một điểm (gọi là điểm kỳ dị) cũng như sự xuất hiện của vật chất khởi nguồn từ các hạt cơ bản.
Đây là giả thuyết được các nhà khoa học lỗi lạc nhất thừa nhận, trong đó có hai thiên tài vật lý lỗi lạc của thế kỷ 20 và 21 là Albert Einstein và Stephen William Hawking. Cả 2 đều chấp nhận học thuyết này làm cơ sở để xây dựng các công trình nghiên cứu của mình:
Nếu Einstein có thuyết tương đối thì Hawking (cùng cộng sự là giáo sư Thomas Hertog) có lý thuyết về lạm phát vĩnh cửu (hay thuyết về sự giãn nở vũ trụ) sau 'Vụ nổ lớn' để lý giải nguồn gốc vũ trụ cũng như sự tiến hóa, phát triển của nó.
Lý thuyết lạm phát vĩnh cửu có thể xem là sự bổ sung cho thuyết Big Bang (không lý giải dựa vào lý thuyết của Enstein vì theo giáo sư Hawking và Hertog thì thuyết tương đối rộng của Einstein còn có nhiều mâu thuẫn so với lý thuyết hiện đại).
Tuy nhiên học thuyết được xem như chân lý này lại đang vấp phải những thách thức lớn khi một học thuyết mới ra đời có tên học thuyết Big Bounce (Vụ nảy lớn hay Vụ dao động lớn).
Nếu ví giả thuyết Big Bang như một 'cây đại thụ' lớn trong thế giới vật lý thì giờ đây, gốc cây của nó đang lung lay trước những hoài nghi chẳng khác nào những 'nhát rìu' của học thuyết 'Vụ nảy lớn' đang chặt vào chính phần gốc của cái cây này.
Mặc dù đây có vẻ là học thuyết khá lạ lẫm với đại đa số mọi người nhưng nó lại được hình thành từ rất sớm (từ những năm 1980, ngay khi thuyết lạm phát vũ trụ (theory of inflation) dựa theo học thuyết Big Bang được phát triển) chứ không phải chỉ mới đây thôi.
Vậy giả thuyết 'Vụ nảy lớn' là gì?
Nếu như 'Vụ nổ lớn' được cho là thời điểm vũ trụ được sinh ra từ một điểm kỳ dị và chưa thể lý giải câu hỏi trước khi có vụ nổ này, vũ trụ 'trông' như thế nào thì 'Vụ nảy lớn' lại bác bỏ điểm kỳ dị (không có vụ nổ nào) mà chỉ có sự co – giãn của vũ trụ (thời điểm BigBounce).
Giả thuyết này cho rằng giữa pha co lại – giãn ra là sự kiện Cú Nghiền Lớn (Big Crunch), sau sự kiện này thì vũ trụ mới được hình thành và nó lại tiếp tục nở ra, các vũ trụ sẽ nối tiếp nhau mãi mãi chứ không hề có điểm khởi đầu hay kết thúc (hoạt động theo chu kỳ).
Sự co lại sẽ diễn ra khi năng lượng vũ trụ cạn kiệt làm cho vũ trụ quay lại trạng thái ban đầu, sau đó nó lại tiếp tục nóng lên và cực rắn – cô đặc cho đến khi xảy ra biến cố tiếp theo (Big Crunch) để giãn nở.
Vũ trụ trước khi thời điểm BigBounce xảy ra là một vũ trụ đối xứng gương với vũ trụ hiện tại, điều này đã được khẳng định trong lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng (LQG).
Sở dĩ có sự ra đời của học thuyết này vì giả thiết Big Bang có một điểm yếu, đó chính là phải thừa nhận một điểm kỳ dị với mật độ vật chất vô cùng lớn.
Hơn nữa câu hỏi hóc búa đặt ra là trước khi vụ nổ đó xảy ra thì vũ trụ của chúng ta có những gì hay chỉ là một điểm kỳ dị duy nhất. Chính vì thế các chuyên gia đã đưa ra những quan điểm thách thức điều này.
Câu chuyện bắt đầu vào tháng 2/2017 khi ba nhà khoa học gồm nhà vật lý Anna Ijjas, Paul J. Steinhardt và nhà thiên văn học Abraham Loeb đã công bố một bài nghiên cứu có tên "Pop goes the Universe" trên tờ Scientific American chỉ trích lý thuyết lạm phát về sự giãn nở của vũ trụ.
Giả thuyết Big Bang cho rằng vũ trụ được tạo ra sau một 'Vụ nổ lớn', tuy nhiên những điều xảy ra trước thời điểm đó vẫn là một bí ẩn lớn. Ảnh: Smithsonian Magazine
Đồng thời, cả ba đều đề xuất một giả thuyết khác để giải thích nguồn gốc cũng như sự tiến hóa của vũ trụ: Thuyết Big Bounce – Vụ nảy lớn. Điều này đã vấp phải phản ứng mạnh mẽ (với lời lẽ khá gay gắt) của rất nhiều nhà khoa học lớn, trong đó có Stephen Hawking.
Ông đã đặt bút ký vào lá thư bảo vệ học thuyết nguồn gốc vũ trụ được viết ra cùng 32 nhà khoa học hàng đầu khác như Lisa Randall và Leonard Susskind, Yasunori Nomura, Linde, giáo sư của viện Công nghệ Massachusetts MIT – Alan Guth (cũng là người tiên phong của học thuyết lạm phát năm 1980) để phản bác ý kiến trên.
Trong phần đầu của bức thư được đăng trên tạp chí khoa học Scientific American, 33 nhà khoa học cho biết:
'Họ tuyên bố hùng hồn rằng giả thuyết vũ trụ giãn nở 'không thể đánh giá bằng cách sử dụng các phương pháp khoa học' và công kích những nhà khoa học chấp nhận giả thuyết này vì đã bỏ qua một khái niệm cực kỳ quan trọng trong khoa học: Kiểm tra thực tế'.
'Từ đó dung túng cho một lý thuyết chỉ được chứng minh bằng kinh nghiệm và quan sát thay vì các phương pháp khoa học'.
'Chúng tôi không đồng ý với nhiều ý kiến được đưa ra trong bài viết nhưng trong bức thư này, chúng tôi chỉ tập trung vào sự bất đồng ý kiến của chúng tôi về tính có thể kiểm tra được của sự giãn nở vũ trụ'.
Giáo sư khoa học Paul J. Steinhardt của Đại học Princeton, Mỹ. Ảnh: Wikipedia
Cũng cần nói luôn rằng giáo sư khoa học Paul J. Steinhardt của Đại học Princeton, Mỹ (1 trong 3 người phản đối thuyết Big Bang) lại là cựu đồng nghiệp của giáo sư Guth và Linde (hai người ký vào bức thư).
Trước đó vào năm 2002, họ đã cùng nhau nhận được giải thưởng Dirac danh giá cho "Những nỗ lực và cống hiến cho khái niệm giãn nở trong vũ trụ".
Để phản bác học thuyết Big Bang, ba nhà vật lý đã nhấn mạnh tới những nghiên cứu mới gần đây về bức xạ nền vi sóng vũ trụ (cosmic microwave background-CMB) mà theo đó, những phát hiện mới đã đi ngược lại những dự đoán của thuyết giãn nở sau vụ nổ Big Bang.
Việc đưa ra các ý kiến phản bác trong khoa học là một điều rất bình thường, tuy nhiên điều khiến 33 nhà khoa học tỏ ra khá gay gắt chính là việc bác bỏ cơ sở khoa học của thuyết Big Bang khi cho rằng cho rằng thuyết giãn nở ngay từ đầu đã không thể kiểm chứng!
a. Công trình nghiên cứu lỗ đen của nhà vật lý Silva Neves
Đồng tình với quan điểm này, nhà vật lý Juliano Cesar Silva Neves đến từ Viện nghiên cứu Toán học, Thống kê và Khoa học máy tính của trường Đại học Campinas (IMECC-UNICAMP) ở Sao Paulo, Brazil thậm chí còn cho rằng 'vụ nổ lớn' còn chưa bao giờ xảy ra trong quá khứ!
Thay vào đó, ông ủng hộ giả thuyết về "Vụ nảy lớn" (Big Bounce), trên trang vật lý Phys.org ông cho hay: 'Tôi tin rằng vụ nổ Big Bang đã chưa từng xảy ra'. Ông cũng là người tin rằng sự mâu thuẫn của giả thuyết Big Bang nằm ở điểm kỳ dị.
'Việc loại bỏ đi điểm kỳ dị hoặc Vụ nổ Big Bang sẽ dẫn chúng ta đến thuyết 'Vũ trụ nảy' mới này' – Neves cho biết.
Giả thuyết 'Vụ nảy lớn' BigBounce được ví như chu kỳ của quả bóng khi rơi xuống đất, nó sẽ nảy lên (quá trình vũ trụ giãn nở) và rơi xuống (quá trình co lại) cho đến khi đạt cực tiểu sẽ lại nảy lên và chu kỳ cứ thế tiếp tục. Ảnh: Financial Times
Ông đã khởi đầu từ các lỗ đen để dẫn tới giả thuyết 'Vũ trụ nảy' và nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Tương đối rộng và Lực hấp dẫn (General Relativity and Gravitation).
Theo nghiên cứu về lỗ đen của ông thì 'lỗ đen không được xác định bởi điểm kỳ dị mà thay vào đó là một điểm có mật độ vật chất vô hạn với lực hấp dẫn cực lớn'.
Có một sự khác biệt lớn giữa chân trời sự kiện và những gì xảy ra sâu bên trong lỗ đen về không – thời gian để tránh việc hình thành một điểm kỳ dị mà Neves cho rằng có thể kiểm chứng bằng cách tìm dấu vết của các sự kiện trong giai đoạn vũ trụ co lại kéo dài tới giai đoạn nở ra.
Ông bổ sung thêm rằng các đối tượng này có thể là 'tàn dư của các hố đen đã tồn tại ở giai đoạn co lại của vũ trụ trước đó nhưng thoát ra khỏi vụ nảy lớn'.
b. Lý thuyết Hấp dẫn Lượng tử Vòng (LQG)
Việc hoài nghi sự tồn tại của vụ nổ Big Bang cũng như điểm kỳ dị cũng được một lý thuyết hấp dẫn lượng tử đầy triển vọng có tên lý thuyết Hấp dẫn Lượng tử Vòng (Loop Quantum Gravity- viết tắt là LQG) phát triển năm 1990 xác nhận.
Lý thuyết Hấp dẫn Lượng tử Vòng cho rằng không thể xuất hiện điểm kỳ dị. Ảnh: Fine Art America
Nếu như lý thuyết cổ điển gặp khó khăn khi nghiên cứu điểm kỳ dị thì lý thuyết LQG lại vượt qua được khó khăn này. Nếu như trong vật lý cổ điển, không – thời gian là liên tục (continuum) thì trong lý thuyết LQG lại hoàn toàn trái ngược khi chúng được cấu tạo bởi những 'nguyên tử'.
Các 'nguyên tử' này (có kích thước nhỏ hơn 10^-36 (10 mũ âm 36), trong khi đó giới hạn nhìn của chúng ta chỉ đến 10 ^-18m) sẽ kết thành cấu trúc mạng không thời gian.
Nói cách khác không – thời gian tiến triển từng bước như trong một máy tính và chỉ có khả năng tích lũy năng lượng hữu hạn nên không thể xuất hiện điểm kỳ dị (với mật độ vật chất vô hạn như trong giả thuyết Big Bang).
Cũng chính vì tính không liên tục theo lý thuyết LQG nên khi nghiên cứu phát triển học thuyết này, các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng phương trình sai phân (difference equations) thay vì các phương trình vi phân thông thường.
Vào năm 2006, các nhà khoa học thuộc Đại học quốc gia Pennsylvania (Mỹ) là Abhay Ashtekar, Tomasz Pawlowski và Parampreet Singh đã thực hiện các mô phỏng trên máy tính để biểu diễn trạng thái của vũ trụ trước và sau khi chuyển pha.
Kết quả thực nghiệm cho thấy không có điểm kỳ dị và hệ quả của nó là khái niệm 'đường chân trời' cũng sẽ cần phải xem xét lại.
Thêm một bằng chứng khác cho thấy vũ trụ của chúng ta được hình thành từ một vũ trụ khác là sự không cân đối của nó với nhiều khu vực dao động mạnh hơn các khu vực khác. Điều này đã được đi sâu trong học thuyết lạm phát hỗn loạn (chaotic inflation theory).
Cụ thể các nhà khoa học đề xuất vũ trụ của chúng ta được sinh ra bên trong một hố đen và mọi hố đen khác trong vũ trụ của chúng ta lại có thể chứa các vũ trụ khác.
Theo lý thuyết này thì vũ trụ giống như những bong bóng đang được thổi phồng lên và mỗi quả bóng lại sinh ra nhiều bong bóng thổi phồng khác bên trong nó để tạo nên một vũ trụ đa chiều không thể đo đếm được.
Giả thuyết Big Bounce chính là một học thuyết cạnh tranh 'đáng gờm' của giả thuyết Big Bang mà nếu chứng minh được thì nó sẽ là một 'cú nảy lớn' thực sự đối với vật lý hiện đại.
Tất nhiên điều này vẫn cần phải có thời gian để hoàn thiện và phát triển, đó chính là sự phát triển không ngừng của khoa học và con người sẽ không bao giờ thỏa mãn với tri thức hiện có mà sẽ luôn khát khao vươn tới những tầm cao mới của nhận thức.
Bài viết được dịch từ các nguồn: Qantamagazine, Sciencealert, Phys, TheSun
Nguồn: Soha
Link: https://soha.vn/big-bang-khong-phai-nguon-goc-sinh-ra-vu-tru-phat-hien-ly-thuyet-moi-lam-doi-trong-cua-big-bang-202010240856026.htm
 - Theo lý thuyết mới này thì Big Bang không phải là thời điểm khởi đầu của vũ trụ và thậm chí nó còn chưa từng xảy ra trong){kind=link}