Nguồn gốc và tiến hoá vũ trụ
Vũ trụ có nguồn gốc từ đâu, vì sao vũ trụ xuất hiện? Vũ trụ tiến hoá như thế nào
và có kết thúc hay không? Thú vị là chỉ trong vòng một thế kỷ, con người đã có
thể thảo luận những câu hỏi ngàn đời đó một cách khoa học. Bài viết này cố
gắng đưa ra một bức tranh sơ bộ về những câu hỏi nói trên.
Mô hình Big bang tiêu chuẩn
Mô hình Big Bang (vụ nổ lớn) cho rằng vũ trụ khởi thuỷ bằng một vụ nổ khoảng
15 tỷ năm trước. Tại vụ nổ, kích thước vũ trụ được xem là bằng không nên mật
độ năng lượng và nhiệt độ vô cùng lớn. Sau vụ nổ, vũ trụ giãn nở và nguội dần,
cho phép thành các cấu trúc như ta đã thấy ngày nay.
Ít nhất có ba cơ sở lý luận và thực tiễn dẫn tới mô hình. Thật thú vị khi biết
chính một nhà văn là người đầu tiên cho rằng vũ trụ phải có điểm khỏi đầu.
Nghịch lý Olbers (1823) cho rằng nếu vũ trụ vô tận trong không – thời gian thì
nó phải có nhiều sao đến mức khi nhìn nên bầu trời, tia mắt ta bao giờ cũng gặp
một ngôi sao. Và ta sẽ thấy bầu trời luôn sáng rực như mặt trời, ngay cả vào ban
đêm. Những thực tế bầu trời ban đêm lại tối đen. Trong bài thơ văn xuôi dài
Eureku năm 1848, Edgar Poe cho rằng, đó là do các ngôi sao không đủ thời gian
để chiếu sáng toàn vũ trụ. Và bầu trời đêm tối đen chứng tỏ vũ trụ không tồn tại
mãi mãi. Không chỉ đứng vững trước thử thách của thời gian mà giả thuyết còn
đóng vai trò quyết định trong việc hình thành lý thuyết Big Bang.
Cơ sở lý luận thứ hai là thuyết tương đối tổng quát, cho rằng không – thời gian
là các đại lượng động lực, phụ thuộc vật chất đồng thời chi phối vật chất (lưu ý
quan niệm của Engels, cho rằng không – thời gian là hình thức tồn tại của vật
chất). Điều đó dẫn tời việc không – thời gian la hình thức tồn tại của vật chất).
Điều đó dẫn tời việc không – thời gian và do đó vũ trụ có thể có khởi đầu và kết
thúc, một ý tưởng ban đầu chính Einstein cũng tìm cách chống lại.
Cơ sở thực tiễn của mô hình là phát hiện vũ trụ giãn nở của Hubble những năm
1920. Vũ trụ hiện đang giản nở và các thiên hà ngày càng xa nhau chứng tỏ
trong quá khứ chúng gần nhau, khi vũ trụ có kích thước nhỏ hơn. Suy diễn
ngược thời gian mãi sẽ đi đến thời điểm khai sinh, khi toàn vũ trụ tập trung tại
một điểm, nơi có mật độ năng lượng, nhiệt độ và độ cong không thời gian vô

Đó là mô hình vũ trụ luân hồi của Wheeler, với các chu trình co giãn nối thành
vòng tròn như triết lý nhà Phật, một phương thức để tránh sự khởi đầu tối hậu.
Đáng tiếc Big Cruch không phải là đối xứng gương hoàn hảo của Big Bang. Khi
vũ trụ co, các Photon sẽ nhận thêm năng lượng do trường hấp dẫn mạnh. Và vũ
trụ khi kết thúc sẽ nóng hơn lúc khởi đầu. Kết quả là vụ nổ càng về sau càng
mạnh hơn. Điều đó chứng tỏ vũ trụ vẫn cần một điểm khởi đầu tối hậu, giống
như mô hình chỉ có một Big Bang vậy. Nhà thơ vẫn chưa mất đi nỗi hào hứng.
Cuộc cách mạng cuối thiên niên kỷ
Quan niệm luân hồi hàm ý vũ trụ đủ vật chất để có thể co lại. Nhưng quan niệm
đó bị bác bỏ năm 1998. Việc quan sát các sao siêu mới đã dẫn tới một kết luận
mang tính cách mạng: vũ trụ đang giãn nở ngày càng nhanh. Đó là tin không vui
vì mô hình luân hồi được ưu thích hơn, nơi vũ trụ và sự sống có thể sinh diệt
không ngừng nghỉ.
Tại sao vũ trụ giãn nở ngày càng nhanh? Câu trả lời khá đơn giản: vì thiếu lượng
vật chất cần thiết. Quan trọng hơn, dường như vũ trụ chứa một dạng năng lượng
đặc biệt có tác dụng phản hấp dẫn.
Vài chục năm trước các nhà thiên văn xem vũ trụ chỉ chứa vật chất sáng thông
thường. Khi thấy tốc độ quay của các thiên hà quá nhanh, người ta giả định loại
chất tối nhiều gấp 10 lần chất sáng (để lực hấp dẫn đủ bù với lực lý tâm do thiên
hà quay, nều không thiên hà sẽ tan rã). Chất tối được chia thành hai loại; Loại
thường (như sao lùn nâu, lỗ đen...) và loại lạ (như neutrino có khối lượng, các
hạt giả thuyết axion hay Wimp...). Nay cần thêm vào loại vật chất hay năng
lượng mới, gọi là năng lượng tối, chiếm tới hai phần ba khối lượng vũ trụ:
Bản chất năng lượng tối với áp lực âm (để tạo phản hấp dẫn) có lẽ là thách thức
lâu dài đối với vật lý và vũ trụ học.
Đầu tiên là năng lượng chân không. Chân không vật lý không phải là cõi hư vô,
mà chứa đầy các hạt – phản hạt ảo, sinh diệt không ngừng do nguyên lý bất định
Heisenberg. Theo đó, không thể xác định chính xác đồng thời giá trị các gặp đại
lượng vật lý liên hợp (như vị trí và tốc độ, giá trị các cặp đại lượng vật lý liên
hợp (như vị trí và tốc độ, giá trị và độ biến thiên của một trường vật lý...). Nên

giá mật độ (thấy rõ trên phông bức xạ hoá thạch do vệ tinh Cobe đo được năm
1991 và là hạt giống phát triển thành các thiên hà sau này) là các vết nhăn của
màng. Trong quá trình dao động và va chạm, các màng vẫn có thể tự co giãn.
So với mô hình lạm phát tiêu chuẩn, mô hình này co ưu điểm là không cần năng
lượng tối để giải thích sự giãn nở ngày càng tăng của vũ trụ. Đơn giản đó là
năng lượng “lò xo”. Theo Turok, ưu điểm khác là kì dị chỉ xuất hiện trong chiều
thứ tư (khi hai màng va chạm thì khoảng cách bằng không), khả năng nhẹ nhất
trong số các kì dị. Và do vẫn tiếp tục giãn nở trước và sau va chạm, các Photon
sẽ không thu thêm năng lượng, nên Big Crunch không nóng hơn Big Bang, cho
phép loại bỏ sự khởi đầu tối hậu, một chủ đề thần học ưa thích.
Tất nhiên mô hình cũng để lại nhiều vấn đề. Đầu tiên, kì dị nhẹ nhất thì vẫn là kì
dị. Tiếp nữa, không rõ các thăng giáng nhỏ hay các vết nhăn của màng tái xuất
hiện thế nào sau và chạm. Theo Linde, một người xây dựng mô hình lạm phát,
điều đó giống như ném một cái ghế vào lỗ đen và hy vọng nó sẽ tái sinh. Rồi
bản chất lực lò xo cũng là bài toán nan giải. Tuy nhiên nhiều nhà thiên văn hoan
nghênh mô hình, vì như lời nhà lý thuyết dây nổi tiếng Veneziano ở Cern, chúng
ta dễ chấp nhận ý tưởng Big Bang là kết quả của một cái gì đó hơn là nguyên
nhân của mọi thứ.
“Tà Thuyết” Monday
Các mô hình trên đều vưởng phải bài toán năng lượng tối. Vì thế từ 1983,
Mordehai Milgrom (israel) đề xuất Mond, tức động lực Newton biến đổi
(Modified Newtonian Dynamics). Ông cho rằng định luật hai Newton F=ma sẽ
biến thành F=ma2 ở các gia tốc thấp, cỡ 10-10 m/s2. Có nghĩa là chỉ cần một lực
nhở hơn hay ít vật chất hơn để gia tốc các thiên hà. Và bài toán chất tối hay năng
lượng tối sẽ mặc nhiên được loại trừ.
Ban đầu giới thiên văn bác bỏ Mond. Nhưng những thành công trong việc giải
thích sự hình thành và tiến hoá của thiên hà (các phép đo mới đây phù hợp với
tiên đoán của Milgrom nhiều năm trước) thuyết phục được một số nhà khoa học.
Tuy nhiên họ không nghĩ động lực Newton sai, mà xem đó là một bổ chính có ý
nghĩa thực hành, khi gọi nó là MIFF, tức công thức làm khớp Milgrom

Khi đó sẽ không có ý chí tự do chủ đề ưu thích của Bergson; cũng không có sự
lựa chọn một trong những khả năng khác nhau, như một cách tự quyết định số
phận – đặc trưng cơ bản của tính người. Còn nếu chúng ta xuất hiện như sự kết
hợp vi diệu giữa cái ngẫu nhiên và cái tất nhiên chúng ta cần sống xứng đáng
với tất cả những khó khăn của sự sinh thành. Và điều đó có thể có ý nghĩa nhân
văn.
Đa vũ trụ sinh ra như thế nào?
Như trên đã nói, từng đơn vũ trụ là hữu hạn nhưng đã vũ trụ có thể vô hạn. Điều
đó chúng tỏ nó chứa một năng lượng vô hạn, điều vô nghĩa về mặt vật lý? Rất
may không phải như vậy.