Vũ trụ khởi đầu ra sao và liệu nó có kết thúc?

Ảnh minh họa.

Một trong những nhà khoa học có ảnh hưởng lớn nhất tới vũ trụ học hiện đại, đồng thời là một trong ba người giành giải Nobel 2020 - Roger Penrose là người theo đuổi ý tưởng về một vũ trụ trước Big Bang (vũ trụ tiền Big Bang), cũng như sau đó.

Big Bang

Ngày nay cộng đồng khoa học đa phần đều thống nhất rằng vũ trụ đã ra đời từ một vụ nổ lớn được gọi là Big Bang, cách đây gần 14 tỷ năm. Vụ nổ này khai sinh ra không gian, thời gian cùng mọi dạng vật chất, năng lượng. Không có Big Bang thì không có vũ trụ, không có không gian và thời gian.

Tất nhiên, một lý thuyết khoa học không được thừa nhận chỉ vì người ta nghe nó có vẻ có lý, lại càng không vì nó có vẻ giống như người ta mong đợi.

Lý thuyết về Big Bang được thừa nhận rộng rãi là bởi nó giải thích được một cách phù hợp hiện tượng giãn nở của vũ trụ đã được Edwin Hubble khám phá ra từ năm 1929, cũng như đã dự đoán được sự tồn tại của bức xạ tàn dư của Big Bang, được gọi là “nền vi ba (hay vi sóng) vũ trụ” (CMB) - điều đã được kiểm chứng vào năm 1964 bởi Arno Penzias và Robert Wilson.

Sự tồn tại của CMB với tuổi khoảng gần 14 tỷ năm yêu cầu vũ trụ phải có một giai đoạn giãn nở cực nhanh, vì nếu vũ trụ luôn giãn nở với tốc độ hiện nay thì với kích thước nó đang có, bức xạ không đủ thời gian để đi khắp vũ trụ và làm nó cân bằng nhiệt như đã đo được.

Năm 1980, một nhà vật lý là Alan Guth đã đưa ra lời giải cho việc này qua việc nêu ra thuyết vũ trụ lạm phát. Lý thuyết này cho biết trong giai đoạn ngay sau Big Bang, vũ trụ đã giãn nở với tốc độ nhanh bất thường. Lý thuyết này giải thích được sự cân bằng nhiệt của vũ trụ thông qua CMB.

Không phải mọi nhà khoa học đều đồng tình ngay với thuyết Big Bang. Nhưng thực tế là Big Bang với sự bổ sung của mô hình lạm phát đã giải thích được một cách hợp lý sự giãn nở của vũ trụ cùng những hệ quả của nó. Trong khi đó, các lập luận khác không đưa ra được bằng chứng hay cách giải thích nào thuyết phục.

Vũ trụ học luân hồi

Năm 2020, Ủy ban Nobel tại Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã lựa chọn ra 3 nhà khoa học có đóng góp lớn cho những nghiên cứu về lỗ đen để trao giải Nobel Vật lý.

Một trong ba nhà khoa học này là Roger Penrose - nhà khoa học từng là giám khảo khi Stephen Hawking bảo vệ nghiên cứu tiến sĩ của mình và sau đó cùng Hawking trở thành cộng sự cho những nghiên cứu về lỗ đen. Nghiên cứu của Penrose từ những năm 1960 đã chứng minh được rằng thuyết tương đối rộng của Albert Einstein chỉ ra sự tồn tại của các lỗ đen.

Một trong những dự đoán lý thuyết đáng chú ý nhất của Stephen Hawking là mặc dù không gì có thể đi ra từ phía trong chân trời sự kiện của lỗ đen, nhưng ở rìa của chân trời sự kiện có thể có sự sinh ra của các cặp hạt - phản hạt do thăng giáng lượng tử. Một hạt trong cặp đó rơi vào lỗ đen còn hạt còn lại bị đẩy ra ngoài.

Vì sự bảo toàn năng lượng, hạt rơi vào lỗ đen cần mang năng lượng âm, và điều đó - về lý thuyết - sẽ làm lỗ đen bay hơi. Tuy vậy, quá trình bay hơi đó, nếu có, chậm tới mức hiện nay chúng ta hoàn toàn không có cách nào kiểm chứng được. Nói cách khác thì đến nay bức xạ Hawking vẫn chỉ làgiả thuyết.

Roger Penrose - người đã cùng Hawking hợp tác nhiều năm trong các nghiên cứu về lỗ đen đã nhận giải Nobel Vật lý năm 2020 đã dành nhiều năm gần đây để theo đuổi một ý tưởng khác mà ông gọi là “vũ trụ học luân hồi” viết tắt là CCC.

Theo CCC, vũ trụ tồn tại trong một vòng lặp vô hạn. Mỗi lần lặp đó là một khoảng thời gian siêu dài mà ông gọi là một “siêu thời”. Siêu thời mà chúng ta đang sống ra đời từ vụ nổ Big Bang ở giai đoạn cuối của một siêu thời cũ.

Trong tương lai rất xa, vũ trụ hiện nay sẽ giãn nở đến mức mọi dạng vật chất đều tan biến do những quá trình phân rã. Khi đó siêu thời của chúng tã sẽ tiến tới điểm kết thúc, và một Big Bang khác sẽ xuất hiện.

Penrose cũng cho rằng bức xạ Hawking ở các lỗ đen chính là tàn dư của vũ trụ mà chúng ta có thể quan sát được. Năm 2018, Penrose cùng đồng nghiệp đã chỉ ra những điểm bất thường trong dữ liệu CMB mà họ gọi là những “điểm Hawking” và cho rằng đó là những tín hiệu còn sót lại của bức xạ Hawking từ các lỗ đen siêu nặng ở một vũ trụ trước.

Liệu có một vũ trụ trước Big Bang?

Trong một bài báo đăng trên Forbes chỉ hai ngày sau khi Roger Penrose nhận giải Nobel và được trích lời về CCC, nhà vật lý thiên văn Ethan Siegel đã nêu rõ rằng không có bất cứ bằng chứng nào cho việc có tồn tại một vũ trụ trước Big Bang cũng như việc một vụ nổ tương tự sẽ xảy ra ở tương lai rất xa để hình thành nên một vũ trụ khác.

Các “điểm Hawking” đều rất không rõ ràng, cũng như CCC không đưa ra được dự đoán nào khớp với dữ liệu thu được. Có một sự thật là kể từ khi thuyết Big Bang được đề xuất và được chứng minh rộng rãi, người ta đã luôn đặt ra câu hỏi rằng nếu như vũ trụ ra đời từ một vụ nổ như vậy thì thứ gì gây ra vụ nổ đó và trước vụ nổ đó có gì hay không.

Chắc chắn, ở thời điểm này, không một ai dám trả lời chắc chắn rằng liệu có hay không một thứ gì đó trước Big Bang, một thứ gì đó gây ra Big Bang.

Mặc dù tài năng và giá trị từ những nghiên cứu của Penrose là không thể phủ nhận, nhưng một lý thuyết khoa học có mô tả chính xác tự nhiên hay không thì phụ thuộc vào những bằng chứng mà nó có được, không hề phụ thuộc vào việc ai là người đưa ra nó.

Các nhà khoa học không kêu gọi nhân loại tin tưởng và ủng hộ mình. Khi họ thấy ý tưởng của mình có cơ sở để tìm hiểu và đào sâu, họ sẽ chú tâm tới việc tìm bằng chứng để chứng minh được nó. Nhưng nếu như họ thất bại, ý tưởng của họ không thể được công nhận, và sự thật là nó sai vì lẽ đơn giản là nó không khớp với tự nhiên.

Đến nay, việc phủ nhận hoàn toàn lý thuyết về CCC của Penrose còn hơi sớm. Tuy nhiên, trên thực tế nó chưa có bất cứ bằng chứng nào rõ ràng cả. Nếu ai thấy thích thú với ý tưởng đó, người đó có quyền giữ lấy niềm hy vọng rằng một ngày xa xôi nào đó lý thuyết sẽ được chứng minh.

Nhưng ngược lại, cũng có thể chỉ ít năm nữa, sẽ xuất hiện những bằng chứng cực kỳ rõ ràng cho thấy Penrose đã sai. Vậy nên, việc tin vào một ý tưởng như vậy lúc này không khác nhiều với việc tin vào sự sống sau khi chết, quá mơ hồ và không có bằng chứng đáng tin cậy.