Vũ trụ dưới góc nhìn của vật lý hiện đại - Vận hành

Vũ trụ có yên tĩnh?

Từ nhỏ ta đã quen với hình ảnh Mặt trời, Mặt trăng và các ngôi sao. Một cách trực quan, ta dễ dàng nhận thấy rằng, các thiên thể này quay quanh chúng ta, Mặt trời mọc ở hướng Đông và lặn ở hướng Tây. Quan niệm có từ ngàn xưa này dễ khiến chúng ta tự mãn về vị thế của mình trong vũ trụ này.

Thực tế, ngôi nhà mà chúng ta đang sinh sống, Trái đất, là một trong chín hành tinh quay quanh Mặt trời. Lực hấp dẫn mang lại sự an toàn cho chúng ta, khi giữ Trái đất trên quỹ đạo gần tròn khá ổn định quanh Mặt trời.

Trật tự này lặp lại một cách phổ biến, có hàng tỉ tỉ ngôi sao kiểu như Mặt trời cùng với hệ hành tinh, vệ tinh quay quanh chúng. Đến lượt mình, các ngôi sao này cũng tham gia vào vũ điệu cuồng nhiệt của vũ trụ, quay quanh tâm của thiên hà chứa nó. Trên thang vĩ mô, lực hấp dẫn cũng đóng một vai trò tương tự như đã làm với Trái đất. Nó giúp cho các hệ sao, hệ hành tinh có trật tự hơn, cản trở chuyển động ra xa nhau và gây ra sự náo loạn vũ trụ do quán tính của chúng.

Năng lượng tối lại đóng vai trò ngược lại, mang lại tác dụng đẩy và làm vũ trụ dãn nở. Nó phủ khắp mọi ngỏ ngách trong toàn vũ trụ nhưng lại tỏ ra bất hợp tác với bàn tay công nghệ ngày càng vươn xa của chúng ta.

Nhìn lại bức tranh vũ trụ, chắc các bạn sẽ có cảm giác rằng, vũ trụ có kích thước gần 15 tỉ năm ánh sáng này bị chi phối chủ yếu bởi lực hấp dẫn và năng lượng tối, nhưng thực sự có phải như vậy?

Chúng ta được cấu tạo từ những hạt rất nhỏ, các nguyên tử và phân tử. Xa hơn, nguyên tử bao gồm lớp vỏ điện tử và các quark tạo nên hạt nhân. Tác dụng hút hấp dẫn sẽ làm cho chúng tiến lại gần nhau, đến mức, tất cả sẽ thu hẹp dần trở thành một viên kẹo và cứ thế nhỏ mãi. Rất khó tưởng tượng ra khi bạn gặp tôi lúc đó.

Nhưng không, tự nhiên lại không vô tình đến vậy. Bản chất của thế giới vi mô là chuyển động nhiệt hỗn loạn nên rất khó để các hạt nhỏ bé ấy tiến lại quá gần nhau. Một hệ các quy tắc bắt buộc dành cho các hạt này, mà ta quen gọi là vật lý lượng tử, khiến chúng giữ liên kết với nhau ở khoảng cách cho phép sự sống ngày nay tồn tại. Lực điện từ giữa các hạt mang điện như lực hút giữa điện tử mang điện âm và hạt nhân mang điện dương. Lực mạnh cản trở các quark ra xa nhau quá mức, dễ dẫn đến phá vở cấu trúc nhân nguyên tử. Nguyên lý loại trừ Pauli sẽ hạn chế các điện tử tiến vào gần hạt nhân một cách đồng bộ.

Một đóng góp khác được tìm thấy trong phản ứng nhân, đó là lực yếu với cường độ chỉ đứng sau lực mạnh. Cũng chính các phản ứng hạt nhân tạo ra luồng sinh khí ấm áp trong toàn vũ trụ. Năng lượng mà chúng tạo ra, mà một phần ở bước sóng ánh sáng nhìn thấy, làm cho màn đêm lung linh hơn. Sự sôi động trong các ngôi sao do nhận năng lượng tử phản ứng tổng hợp hạt nhân trên chính bản thân nó cũng góp phần cản trở sự suy sụp chóng vánh của các ngôi sao do hấp dẫn.

Sự cân bằng giữa các lực chi phối thế giới lượng tử và lực hấp dẫn mang đến cho chúng ta hình ảnh thường thấy ngày nay. Các thiên hà, các ngôi sao, các hành tinh, bạn, tôi.

Timeline75

Tiến trình của vũ trụ gắn liến với sự điều chỉnh của các lực và phân bố năng-vật chất của vũ trụ

Nhưng cách thức vận động và đóng góp của các lực sẽ thay đổi đáng kể khi ta chạy nhanh khỏi thời điểm hiện tại. Lần ngược về quá khứ, vũ trụ sẽ bé dần, bé dần lại. Kéo theo, mật độ năng lượng tăng lên vùn vụt cùng với nhiệt độ của vũ trụ. Tương quan về độ lớn và cách thức tác dụng của các lực cơ bản cũng kéo lại gần nhau hơn. Những nổ lực mới đây nhất cho thấy, khi nhiệt độ tăng đủ cao, hằng số tương tác của các lực mạnh, yếu và điện từ gần như đồng quy, trở thành một lực duy  nhất. Thay cho các ngôi sao trong một không gian hầu như trống rỗng là một bát súp nóng, nhung nhúc các hạt cơ bản như điện tử, nơ-tri-nô, các quark, photon. Sự kết hợp của các hạt này để hình thành nên cấu trúc hạt nhân làm cơ sở cho việc hình thành các sao được diễn ra sau đó, khi vũ trụ đã nguội đi nhiều. Lực hấp dẫn vốn lẫn tránh sự thống nhất các tương tác do "sự yếu đuối" của mình cũng sẽ dần mạnh lên cùng với sự điều chỉnh của ba lực kia và hợp nhất với nhau tại thời điểm ngay sau Vụ nổ lớn. Siêu lực tạo thành liên lạc chính giữa các miền năng lượng định xứ và là cơ sở cho việc hình thành các hạt cơ bản đầu tiên sau đó vài phần của giây.

Còn nếu đi nhanh về tương lai, dĩ nhiên, sự dãn nở sẽ vẫn tiếp diễn thêm một thời gian nữa. Vũ trụ sẽ lạnh dần, các ngôi sao cũng sẽ lụi tàn vì sử dụng quá đà năng lượng có giới hạn tích trữ trong chúng. Vũ trụ sẽ chuyển sang giai đoạn tối tăm, các cấu trúc vật chất sẽ ở xa nhau hơn bao giờ hết. Nhưng sự dãn nở có tiếp diễn mãi như vậy hay không? Số phận vũ trụ sẽ như thế nào? Còn chúng ta?

Các bạn có thể tìm thấy câu trả lời ở kỳ cuối của loạt bài này.     

Kỳ 1: Vụ nổ lớn

Kỳ 2: Những tiếng vọng từ vũ trụ

Kỳ 3: Nhìn thấy và không nhìn thấy

Kỳ 4: Vận hành

Kỳ cuối: Số phận của vũ trụ - Ra ngày 25/11/2010

Thới Ngọc Tuấn Quốc

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 13)
21/06/2018
Cấu trúc nguyên tử Mô hình nguyên tử mà Bohr và Rutherford mô tả là khá đơn giản, với một hạt nhân nguyên tử tại trung tâm,
Các va chạm hạt bên trong LHC trông như thế nào?
20/06/2018
Nếu hai proton va chạm ở tốc độ bằng 99,9999991% tốc độ ánh sáng thì chúng có tạo ra âm thanh hay không? Máy Va chạm Hadron
Những bài học thiên văn ngắn (Phần 3)
18/06/2018
Trái Đất quay tròn xung quanh Mặt Trời theo một vòng trònMô hình nhật tâm sơ khai Là nhà thiên văn học và nhà toán học xứ
Những bài học thiên văn ngắn (Phần 2)
18/06/2018
Rõ ràng Trái Đất không chuyển độngMô hình địa tâm Là một trong những nhà triết học có sức ảnh hưởng nhất ở phương
Gia đình Stephen Hawking sẽ phát giọng nói của ông về phía một lỗ đen
17/06/2018
Người thân của Stephen Hawking dự định phát bản ghi giọng nói của ông về phía một lỗ đen, trong khi tro cốt của ông được
7 điều có thể bạn chưa biết về tia gamma
12/06/2018
Tia gamma là loại bức xạ giàu năng lượng nhất, nó có đủ năng lượng để đi xuyên rào chắn bằng kim loại hoặc bê tông.
Thí nghiệm Fermilab khẳng định bằng chứng cho neutrino vô sinh
05/06/2018
Các nhà vật lí làm việc với Thí nghiệm Mini Booster Neutrino (MiniBooNE) tại Fermilab ở Mĩ vừa công bố những kết quả mới mà
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 12)
29/05/2018
Cách hiểu Copenhagen Phần lớn nền tảng lí thuyết cho vật lí lượng tử trong thập niên 1920 được thiết lập dưới sự lãnh

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com