Chúng ta có thể đang sống trong một vũ trụ co giãn thay vì hình thành bởi vụ nổ lớn Big Bang.
Juliano César Silva Neves – nhà vật lý từ trường Đại học Campinas ở Brazil không phải là một người hâm mộ ý tưởng ‘thời gian được bắt đầu với cái gọi là Big Bang’. Thay vào đó, ông hình dung ra một sự co lại theo sau bởi sự nở ra, điều mà thậm chí có thể vẫn đang mang những vết tích của mốc thời gian trước đó.
Ý tưởng này tự nó không phải là mới, nhưng Neves đã sử dụng một mẹo toán học 50 năm tuổi mô tả lỗ đen để cho thấy Vũ trụ của chúng ta không cần thiết phải có một sự khởi đầu nhỏ bé như vậy để tồn tại.
Thoạt nhìn, vũ trụ của chúng ta dường như không có nhiều điểm tương đồng với các Lỗ đen. Một là không gian nở ra chứa đầy các đám nhỏ lộn xộn; tiếp theo là khối lượng kéo trong không gian nặng đến nỗi thậm chí ánh sáng cũng không có hy vọng có thể thoát ra được.
Nhưng điểm trung tâm của cả hai nằm ở một khái niệm gọi là điểm kỳ dị (singularity) – một khối năng lượng vô cùng dày đặc, chúng ta thậm chí không thể bắt đầu việc giải thích những gì đang diễn ra bên trong nó.
Neves nói: “Có hai loại điểm kỳ dị Vũ trụ. Một trong số đó được cho là điểm kỳ dị vũ trụ, hay Big Bang. Điểm còn lại ẩn sau chân trời sự kiện của một lỗ đen.”
Tiến thêm một bước xa hơn, một số đề xuất rằng Vũ trụ được hình thành từ một lỗ đen trong vài bong bóng thời gian – không gian khác.
Cho dù chúng ta đang nói đến loại nào, những điểm kỳ dị là các vùng mà Thuyết tương đối rộng của Einstein trở nên mù quáng và cơ học lượng tử phải vật lộn để có thể thay thế được.
Các nhà văn viết về khoa học viễn tưởng có thể yêu thích chúng, nhưng bản chất không thể của điểm kỳ dị làm cho chúng trở thành một điểm gây tranh cãi giữa các nhà vật lý.
Vấn đề là, nếu chúng ta tua lại cảnh Vũ trụ đang nở ra, chúng ta sẽ tới được một điểm mà tất cả khối lượng và năng lượng đó tập trung ở một điểm cực kỳ dày đặc. Và nếu chúng ta tính toán số lượng các khối vật chất đang co lại, chúng ta sẽ có cùng một loại vật chất.
Những điểm kỳ dì có thể phá vỡ các quy tắc vật lý, nhưng cho đến nay chúng ta vẫn chưa thể chế ngự chúng.
Mặt khác, một số nhà vật lý nghĩ rằng có một số điểm có thể cần suy xét lại. Về mặt lý thuyết mà nói, không phải tất cả các loại lỗ đen đều cần một điểm kỳ dị để tồn tại.
Neves cho biết: “Không có điểm kỳ dị nào trong các lỗ đen thông thường.”
Năm 1968, một nhà vật lý có tên James Bardeen đưa ra giải pháp cho vấn đề điểm kỳ dị này. Ông đã đưa ra một cách mô tả toán học về các lỗ đen đã thoát khỏi nhu cầu cần một điểm kỳ dị ở một nơi nào đó vượt ra khỏi chân trời sự kiện của nó, chúng được gọi là “những lỗ đen thông thường”.
Lịch sử và lý luận đằng sau mô hình của Bardeen là siêu dày đặc; nhưng đối với một phiên bản tl;dr (too long; didn’t read – dài quá không đọc) ông cho rằng khối lượng ở trung tâm của một lỗ đen không nhất thiết phải là một hằng số, mà có thể mô tả bằng cách sử dụng một hàm số phụ thuộc vào việc bạn đã cách xa trung tâm của nó bao nhiêu.
Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể không cần quan tâm tới bất kỳ điểm kỳ dị ngu ngốc nào, vì khối lượng vẫn hoạt động như thể nó có trọng lượng. Ngay cả khi nó vẫn còn bị ép chặt không gian chật hẹp.
Neves gợi ý rằng chúng ta sẽ mang công trình của Bardeen thậm chí còn đi xa hơn nữa và áp dụng nó vào các điểm kỳ dị phiền toái khác – loại vũ trụ trước cả Big Bang.
Bằng cách giả định tốc độ nở ra của Vũ trụ không chỉ phụ thuộc vào thời gian, mà cả phạm vi của nó, ông cho thấy không cần phải có một bước nhảy vọt lượng tử từ một điểm kỳ dị vào một không gian dày đặc và rộng lớn vào khoảng 13.82 tỷ năm trước.
Vậy điều gì đã xảy ra thay vào đó?
Neves cho biết: “Việc loại trừ điểm kỳ dị hay Big Bang đã mang Vũ trụ co giãn nảy trở lại sân khấu lý thuyết của vũ trụ học.
“Vũ trụ co giãn” này thực sự là một ý tưởng thâm niên mà Vũ trụ đang nở ra như chúng ta trải nghiệm ngày hôm nay là không gian co giãn trở lại ra phía ngoài sau sự co lại trước đó.
Mặc dù hiện tại nó là một khái niệm giao thoa trong vũ trụ học, Neves ủng hộ quan điểm cho rằng dấu vết của Vũ trụ co lại trước đó có thể đã tồn tại trong Vụ co lớn (Big Crunch). Nếu vậy, việc tìm ra những vết tích này có thể giúp xác minh giả thuyết đó.
Neves cho biết: “Hình ảnh về chuỗi kéo dài vĩnh cửu của các vũ trụ với sự nở ra và co lại xen kẽ được gọi là Vũ trụ tuần hoàn, bắt nguồn từ các vũ trụ luận về sự giãn nở.”
Cho đến khi chúng ta có được những quan điểm vững chắc, mô hình vũ trụ giãn nở ắt hẳn sẽ luôn có mặt trong danh sách những ý tưởng tuyệt vời.
Tuy nhiên, bất cứ điều gì có thể giải quyết vấn đề về điểm kỳ dị đều đáng được điều tra. Công trình của Neves chỉ là một trong một số giải pháp khả quan quanh các giả định để loại bỏ sự cần thiết của việc không thể phá vỡ các định luật vật lý. Đó là một điểm nổi bật mà chúng ta sẽ cần phải giải quyết dù sớm hay muộn.
Nhật Quang