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 17)
24/09/2018
Quy tắc Hund Năm 1927, nhà vật lí Đức Friedrich Hund đã phát triển một bộ quy tắc giúp thiết lập trật tự cho tình trạng lộn
Chụp ảnh ma bằng electron tương đối
23/09/2018
Chụp ảnh ma quang học là một công cụ hữu ích có thể phân giải không gian các đặc trưng của một mẫu vật, chỉ sử dụng
Nguyên tử đang phân huỷ chịu một lực ma sát nhỏ
23/09/2018
Một nguyên tử kích thích phân huỷ trong chân không chịu một lực rất giống với lực ma sát, đó là kết luận của các nhà
Martin Ryle: Nhà tương lai học năng lượng (Phần 2)
23/09/2018
Tình trạng xung đột Trong nội bộ nhóm nghiên cứu thiên văn vô tuyến của ông tại Cambridge, Ryle đã truyền cảm hứng lớn về
Martin Ryle: Nhà tương lai học năng lượng (Phần 1)
21/09/2018
Sinh vào tháng 9 cách nay 100 năm, Martin Ryle không chỉ là một nhà thiên văn học giành giải Nobel. Alan Cottey đưa ra một cái nhìn
Không gian là gì? (Phần 4)
20/09/2018
Hình dạng của không gian Độ cong không gian không phải thứ duy nhất chúng ta nghi vấn sâu sắc khi nghĩ tới bản chất của không
Không gian là gì? (Phần 3)
14/09/2018
Chuyện nghe khó tin quá. Bạn chắc chứ? Thật là khùng điên khi nghe nói không gian là một thứ gì đó chứ không phải khoảng
Không gian là gì? (Phần 2)
08/09/2018
Quan niệm nào là đúng? Quan niệm nào về không gian trong số này là đúng? Phải chăng không gian tựa như một khoảng trống vô

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