Lí thuyết mới tiên đoán vũ trụ không có điểm khởi đầu

|

Vũ trụ có thể đã tồn tại mãi mãi, đó là kết luận dựa trên một nghiên cứu mới ứng dụng các lí thuyết hiệu chỉnh lượng tử để bổ sung cho thuyết tương đối tổng quan của Einstein. Mô hình mới này có thể giải thích rõ ràng hơn vật chất tối và năng lượng, giúp trả lời được nhiều câu hỏi trong lĩnh vực vật lí lượng tử.

Nhiều nhà khoa học chấp nhận rằng tuổi của vũ trụ được đo bằng thuyết tương đối chung, là 13,8 tỉ năm. Ban đầu, mọi thứ đều tồn tại trong một điểm đông đặc, được gọi là “điểm kì dị”, cho đến khi vũ trụ mở rộng nhờ “Vụ nổ lớn”.

Dù điểm kì dị của Vụ nổ lớn được dự đoán dựa vào tính toán của thuyết tương đối, nhưng một số nhà khoa học vẫn đau đầu vì sự dự đoán bằng toán học chỉ giải thích được những việc xảy ra sau vụ nổ chứ không giải thích được chuyện gì xảy trước đó.

Ahmad Farag của Đại học Benha và Đại học Khoa học và Công nghệ Zewai City nói: “Điểm kì dị là vấn đề nan giải nhất của thuyết tương đối vì các quy luật vật lí có vẻ như mâu thuẫn ở đây.

Ali và đồng tác giả Saurya Das ở Đại học Lethbridge ở Alberta, Canada đã chỉ ra trong một nghiên cứu xuất bản ở tạp chí Physics Letters B, rằng điểm kì dị của vụ nổ lớn có thể được giải quyết bằng mô hình mới, trong đó vũ trụ không có bắt đầu và kết thúc.

Hình ảnh về sự giãn ra của vũ trụ, trong đó vũ trụ (bao gồm các phần giả định không quan sát được) được biểu thị theo từng giai đoạn bằng phần hình tròn. Ở bên trái, giãn nở mạnh (không theo tỉ lệ) xảy ra ở giai đoạn lạm phát (Inflation) và ở trung tâm giai đoạn giãn nở tăng tốc (Accelerated expansion).
Hình ảnh về sự giãn ra của vũ trụ, trong đó vũ trụ (bao gồm các phần giả định không quan sát được) được biểu thị theo từng giai đoạn bằng phần hình tròn. Ở bên trái, giãn nở mạnh (không theo tỉ lệ) xảy ra ở giai đoạn lạm phát (Inflation) và ở trung tâm giai đoạn giãn nở tăng tốc (Accelerated expansion).

Lý thuyết cũ được áp dụng

Các nhà vật lí nhấn mạnh rằng hiệu chỉnh lượng tử không áp dụng được ngay trong việc loại bỏ điểm kì dị của Big Bang. Công trình nghiên cứu của họ dựa trên các ý tưởng của nhà vật lí lí thuyết David Bohm, người được biết đến nhờ đóng góp về triết học vật lí. Bắt đầu từ thập niên 50, khám phá của Bohm đã thay thế thuyết trắc địa cổ điển (con đường ngắn nhất giữa hai điểm trên một mặt cong) bằng thuyết quỹ đạo lượng tử.

Trong nghiên cứu của mình, Ali và Das áp dụng quỹ đạo của Bohm cho một phương trình phát triển từ những năm 1950 bởi nhà vật lí Amal Kumar Raychaudhuri ở Đại học Tổng thống, Kolkata, Ấn Độ.

Dùng phương trình hiệu chỉnh lượng tử của Raychaudhuri, Ali và Das suy ra các phương trình hiệu chỉnh của Friedmann, mô tả sự giãn nở và tiến hóa của vũ trụ (bao gồm cả vụ nổ lớn) trong thuyết tương đối. Dù đó không phải là thuyết thực tế về trọng lượng lượng tử, nhưng mô hình này chứa đựng những yếu tố của cả thuyết lượng tử và thuyết tương đối. Ali và Das cũng hi vọng kết quả nghiên cứu của họ sẽ đứng vững kể cả khí một lí thuyết đầy đủ về trọng lượng lượng tử vẫn đang được hình thành.

Không tồn tại điểm kì dị hoặc vật chất tối

Bên cạnh việc không dự đoán điểm kì dị, mô hình mới không tiên đoán một điểm kì dì lớn. Trong thuyết tương đối, vũ trụ có thể bắt đầu co lại cho đến khi sụp đổ.

Trong nghiên cứu, Ali và Das giải thích rằng mô hình của họ không dùng đến điểm kì dị vì sự khác nhau quan trọng giữa mô hình trắc địa cổ điển và mô hình quỹ đạo của Bohm. Cácc trắc địa cổ điển cuối cùng sẽ gặp nhau, và các giao điểm là những điểm kì dị. Đối lập với thuyết này, các quỹ đạo Bohm không bao giờ giao nhau, nên các điểm kì dị không xuất hiện trong phương trình.

Về mặt vũ trụ, các nhà khoa học giải thích rằng các hiệu chỉnh lượng tử có được hiểu như những hằng số vũ trụ (mà không cần năng lượng tối) và phóng xạ. Những yếu tố này (hằng số vũ trụ và phóng xạ) giữ cho vũ trụ ở trong một kích thước giới hạn, khiến vũ trụ có tuổi thọ vô hạn. Những yếu tố đó cũng đưa ra các tiên đoán đồng nhất với các quan sát hiện nay về hằng số vũ trụ và độ đông đặc của nó.

Hạt trọng lực mới

Xét về mặt vật lí, mô hình này miêu tả vũ trụ được làm đầy bởi chất lỏng lượng tử. Các nhà khoa học gợi ý rằng chất lỏng này có thể được cấu thành bởi các graviton – các hạt không khối lượng giả định làm trung gian với trọng lực. Nếu graviton tồn tại, chúng sẽ đóng vai trò quan trọng trong thuyết về trọng lực lượng tử.

Trong một nghiên cứu liên quan, Das và đồng sự Rajat Bhaduri thuộc Đại học McMaster, Canada khẳng định thêm mô hình này. Họ chỉ ra rằng graviton có thể tạo ra trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein (đặt theo tên Einstein và nhà vật lí người Ấn Độ Satyendranath Bose) ở những nhiệt độ có mặt trong vũ trụ ở mọi giai đoạn.

Với tiềm năng của mô hình trong việc giải quyết được điểm kì dị của Vụ nổ lớn, vật chất tối và năng lượng tối, các nhà vật lí dự định sẽ phân tích kĩ mô hình hơn trong tương lai.

Das nói: “Kết quả thật đáng hài lòng, vì những hiệu chỉnh có thể đồng thời giải quyết được nhiều vấn đề.”

;
YAN NEWS VIDEO
Subscribe ngay YANNewsTube