Vũ trụ, nguồn gốc và khái niệm

                                   Big Bang - Vụ nổ đã khai sinh Vũ trụ
Nguồn gốc

Nỗi hoài niệm về thủa ban đầu luôn là mối day dứt của không ít các nhà Vật lý thiên văn nếu không muốn nói là tất cả, cơ thể nhỏ bé của họ không thể giam cầm nổi một khát vọng truy nguyên và tính tò mò cố hữu, bộ não con người chỉ vỏn vẹn vài decimet khối nhưng tham vọng lấp đầy vũ trụ bao la, ai cấm được họ khi bản thân chúng ta, những người không chuyên, cũng không thể cưỡng lại một câu hỏi vốn cũ nhưng đầy lôi cuốn: Chúng ta từ đâu đến và sẽ đi về đâu!?

Năm 1905 được xem là năm thần kỳ của Vật lý học nói riêng và khoa học nói chung khi chỉ trong vòng vài tháng một “chuyên viên hạng ba” tại Sở Bản quyền sáng chế liên bang Thụy Sĩ, người mà trước đó còn vô danh, Albert Einstein, đã liên tiếp công bố 3 bài báo làm thay đổi một cách triệt để nhận thức của con người về tự nhiên vốn đã bị đóng đinh bởi tư duy cơ giới của Newton trong suốt hơn 200 năm. Một trong ba bài báo này đã đưa ra một phát kiến quan trọng và sâu rộng cùng một công thức kinh ngạc, thuyết tương đối hẹp và công thức E=mc^2 - công thức liên hệ giữa năng lượng và vật chất. Mười năm sau, cũng chính Einstein lại làm một cuộc cách mạng khác, lần này còn sửng sốt hơn khi công bố một công trình liên quan tới hình dạng học vũ trụ và bản chất của lực hấp dẫn, đó chính là thuyết tương đối rộng liên quan tới không - thời gian nổi tiếng. Trong thuyết tương đối rộng của ông cũng chứa một phương trình mà nhiều nhà khoa học sau này gọi đó là phương trình của Chúa - Phương trình trường. Bản thân phương trình này chứa đựng vô vàn bí ẩn của Vũ trụ, khi nghiên cứu phương trình trường của Einstein các nhà khoa học đã nhận thấy sự tồn tại của lỗ đen, giả thuyết về cấu trúc các vũ trụ song song, sự hình thành các thiên hà, và đặc biệt là sự giãn nở của vũ trụ. Lúc đó Einstein không cho rằng Vũ trụ lại đang co giãn, nó không phù hợp với các quan sát và bằng chứng thực nghiệm vào thời điểm đó nên ông đã thêm vào phương trình của mình một hằng số gọi là hằng số vũ trụ để triệt tiêu tiên đoán về sự vận động của Vũ trụ trong phương trình gốc. Sau này khi Hubble khám phá ra sự giãn nở của Vũ trụ, Einstein đã coi việc thêm hằng số Vũ trụ vào phương trình trường là sai lầm ngớ ngẩn nhất đời ông và đã vứt bỏ nó. Hơn nửa thế kỷ sau với nhiều khám phá quan trọng được công bố thì “sai lầm ngớ ngẩn nhất” của Einstein lại trở thành “tiên đoán vĩ đại nhất” của ông khi mà giới khoa học đang mơ hồ nhận ra rằng: Hằng số Vũ trụ đang quay trở lại! 

Khám phá của Hubble đã tạo ra một bước ngoặt trong việc nghiên cứu và nhận thức về Vũ trụ, khám phá này chính là cơ sở để hình thành thuyết Big Bang, một học thuyết về sự tiến hóa của Vũ trụ, được chấp nhận rộng rãi. Bằng quan sát, Hubble đã nhận thấy các thiên hà đang rời xa nhau như thể chúng đang chạy trốn thứ bệnh dịch hạch tàn ác, tốc độ rời xa nhau của các thiên hà tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng vào từng thời điểm, từ quan sát này Hubble suy luận rằng: Nếu các thiên hà đang chạy xa nhau thì chắc hẳn ở một thời điểm nào đó trong quá khứ, chúng đã rất gần nhau, thậm chí đã có lúc tất cả chỉ là một. Bằng nỗ lực bền bỉ phi thường, Hubble đã lần ngược được về thời điểm ban đầu, thời điểm của nguồn gốc.

Vô hạn trong hữu hạn

Cùng với khám phá về nguồn gốc của Vũ trụ, các nhà khoa học còn nhận thấy rằng Vũ trụ của chúng ta là hữu hạn mặc dù nó không có biên, đường kính của Vũ trụ vào khoảng xấp xỉ 14 tỷ năm ánh sáng (vận tốc ánh sáng vào khoảng 300.000km/s). Vũ trụ như một cái hộp đóng kín dù rất rộng lớn, nó chứa bên trong mọi thứ được gọi tên kể cả không gian và thời gian, vì không có biên nên chúng ta sẽ không bao giờ “thoát” ra được, nếu bạn xuất phát từ một điểm nào đó trong vũ trụ và cứ đi mãi theo một hướng thì rồi bạn sẽ quay trở về chỗ cũ, giống như các bạn đứng trên một mặt cầu (trái đất chẳng hạn) sau đó cứ đi theo một đường thẳng thì các bạn sẽ quay về điểm xuất phát. 

Vũ trụ là hữu hạn, vậy “bên ngoài” vũ trụ là gì? Phải chăng là một không gian khác rộng lớn hơn? Đây là điểm khó hiểu nhưng câu trả lời lại đơn giản theo thuyết Big Bang (ít nhất là đơn giản trong cách viết) rằng: Tất cả những gì bạn có thể gọi tên và hình tượng ra thì đều thuộc về Vũ trụ, khi bạn nhắc đến khái niệm không gian hay thời gian (dù là nhiều chiều đi nữa) thì vì những khái niệm này được sinh ra từ Big Bang nên vẫn thuộc về Vũ trụ, do đó không có gì (tuyệt đối không) tồn tại bên ngoài vũ trụ hay chính xác hơn không có khái niệm “bên ngoài Vũ trụ”, chữ “tuyệt đối không” này cũng giống như đối với cá nhân tôi hay các bạn, tuyệt đối không có khái niệm gì khi tôi chưa được sinh ra, không có khái niệm về to, bé, nhanh, chậm hay mọi hỷ nộ ái ố - một sự trống trơn hoàn toàn.

Tất nhiên trong ngẫu nhiên

Khi không thể hỏi về “bên ngoài” Vũ trụ thì các bạn vẫn có thể tự đặt câu hỏi về nguồn gốc của Vũ trụ, hay triệt để hơn là nguồn gốc của Big Bang. Câu hỏi này đang trong quá trình tìm kiếm và hoàn thiện câu trả lời và để hiểu được ý tứ của nó các bạn cần phải đến một vùng đất kỳ lạ khác của Vật lý hiện đại - Cơ học lượng tử.

Mọi người đều biết Einstein đã khám phá ra thuyết tương đối, một trụ cột của Vật lý hiện đại, nhưng ít ai biết rằng ông còn đóng góp cho Vật lý nói riêng và khoa học nói chung nhiều hơn thế bởi chính ông là người đã đặt nền móng cho một trụ cột khác của Vật lý là Cơ học lượng tử. Bằng những nghiên cứu của ông về photon (gói năng lượng ánh sáng) và hiệu ứng quang điện (ông được trao giải Nobel về công trình này), Einstein đã khai sinh ra một ngành nghiên cứu mới, một miền đất mới còn thần kỳ hơn ngàn lần xứ sở thần tiên của Alice, nơi mà lưỡng tính là một hiện thực, là diễn viên chính trong cái sân khấu đầy rẫy những điều kỳ quặc, ở đó các cấu trúc cơ bản vừa là sóng (tràn ngập trong một không gian rộng lớn), lại vừa là hạt (chỉ chứa trong một thể tích bé tí tẹo), nơi mà một hạt có thể vừa ở đây, vừa ở kia như thể có phép phân thân của Tôn Ngộ Không và là nơi mà ở đó Star Trek là một thực tại chứ không còn là sự viễn tưởng của Hollywood nữa.

Không một ai có đủ can đảm giải thích về Cơ học lượng tử vào thời điểm này, tôi cam đoan như vậy, người ra dè dặt nói về cơ học lượng tử bởi nó còn quá mới mẻ và cần kiểm định nhưng người ta đã có thể bàn về những kết quả ấn tượng của nó, điển hình là Big Bang.

Thuyết tương đối và hệ quả của nó đã chỉ ra rằng, vũ trụ được sinh ra từ Big Bang và không gian tràn ngập năng lượng (hơn 90% trong số đó là năng lượng tối, một bí ẩn lớn của khoa học đương thời bên cạnh vật chất tối, là nguyên nhân khiến Vũ trụ giãn nở mãi mãi và là hiện thân của hằng số Vũ trụ đã quay trở lại từ “sai lầm ngớ ngẩn nhất” của Einstein), nhưng những thứ này từ đâu ra? Nó đã có sẵn hay chỉ là kết quả của một nguyên nhân khác? Và cái điểm bé tí đặc và nóng khủng khiếp - hiện thân của Vũ trụ 13,7 tỷ năm trước đã tồn tại thế nào “trước” khi mọi thứ “bùm” theo Big Bang? Cơ học lượng tử nói rằng, từ sự trống rỗng tuyệt đối có thể sinh ra cái gì đó, hiểu nôm na là từ hoàn toàn không có gì lại có thể xuất hiện vật chất, năng lượng, người ta gọi đó là những thăng giáng lượng tử. “Thăng giáng lượng tử” là điều duy nhất tôi có thể nói về hiện thực này vì nó quá trừu tượng và sâu sắc, bản thân các nhà Vật lý lượng tử hàng đầu cũng tránh nói về nó, như Richard Fyenman - nhà Vật lý lý thuyết người Mĩ gốc Do Thái, người đã từng nhận giải Nobel cho một công trình về Cơ học lượng tử, thường nói: “Tốt hơn hết là đừng nói gì về lượng tử, ai đó cố gắng giải thích về lượng tử thì người đó chưa hiểu lượng tử là gì”. Tiện đây, dù không muốn trở lại với vấn đề tôn giáo vốn nhạy cảm, tôi vẫn lưu ý các bạn một ý tứ trùng khớp lạ thường, Phật giáo quan niệm “Sắc tức thị không, không tức thị sắc” hiểu nôm na là, từ hư vô có thể sinh ra chất và vạn vật đều có tánh Không, một tư tưởng rất gần với khái niệm thăng giáng lượng tử trong đỉnh cao của Vật lý học hiện đại.

Lời kết

Tôi quan niệm, kiến thức như một quả cầu, càng học hỏi nhiều thì quả cầu đó càng rộng ra khiến phần tiếp xúc của nó với những điều chưa biết càng lớn hơn và chúng ta chợt thấy mình ngây ngô, nhưng nếu bạn cứ giữ nguyên cái quả cầu trí tuệ đó nhỏ xíu như lúc nó mới được hình thành thì bạn sẽ cảm thấy mình thật thông minh, uyên bác dường như thế giới những điều chưa biết chẳng đáng gì cả - một sự ngộ nhận đáng thương. Vì vậy tôi chỉ mong những quả cầu của chúng ta được tương tác với nhau, được va chạm cùng nhau để mỗi cái nở ra một ít, để mỗi người chúng ta “ngây ngô” thêm một ít, đó là mục đích bài viết.
                                                theo Tinhte