Bui Nhat Minh
Intern Writer
Một nhà vật lý lý thuyết cho biết nếu kịch bản này xảy ra thì "thế giới mà chúng ta biết sẽ sụp đổ như một ngôi nhà xây bằng giấy".
Vũ trụ chứa đầy những ngôi sao phát nổ , hố đen ăn vật chất và những dải vật chất tối và năng lượng mà các nhà khoa học vẫn chưa hiểu hết. Đối với người bình thường, nó có thể trông giống như một nơi hỗn loạn. Nhưng theo các nhà khoa học, vũ trụ thực sự khá ổn định. Được gọi là trạng thái chân không, sự ổn định này là thứ giúp tạo ra các định luật vật lý nhất quán mà các nhà khoa học sau đó có thể sử dụng để nghiên cứu thế giới xung quanh chúng ta.
Nhưng có một vấn đề lớn. Trong khi vũ trụ có vẻ ổn định, các nhà khoa học nghiên cứu trường lượng tử lo ngại rằng một trong những trường này có thể đang chênh vênh trên bờ vực của một trạng thái năng lượng mới có thể khiến nó lao vào bất ổn. Sự bất ổn này được gọi là sự phân rã chân không giả, và nó sẽ hoạt động giống như một cơn bão quét qua và phá hủy vũ trụ như chúng ta biết.
Ngay cả các định luật vật lý cũng có thể được viết lại, Peter Onyisi, Tiến sĩ, phó giáo sư vật lý tại Đại học Texas ở Austin, cho biết.
Các trường lượng tử rất cần thiết để hiểu mối đe dọa vũ trụ hiện sinh này. Cách dễ nhất để nắm bắt các trường vô hình này là hình dung một trường rất quen thuộc với chúng ta: trường điện từ. Nó chịu trách nhiệm cho các tương tác như hai thanh nam châm bị đẩy ra, dòng điện chạy qua các thiết bị của chúng ta và thậm chí cả ánh sáng mặt trời.
Nếu bạn đã từng chơi với thanh nam châm trong lớp khoa học, bạn có thể đã thấy cách những tương tác từ vô hình này có thể được hình dungthông qua hiệu ứng của chúng trên các phoi sắt, để lộ các đường sức từ cong. Mặc dù vô hình với mắt thường, các đường sức từ này cắt ngang qua mọi thứ trong vũ trụ - kể cả chúng ta. Trường điện từ chỉ là một trong nhiều trường lượng tử thực hiện điều này.
Để ở trạng thái chân không ổn định, “thực sự”, các trường này phải ở trạng thái năng lượng thấp nhất của chúng. Nhưng các đặc tính đặc biệt của trường Higgs, thường chịu trách nhiệm cung cấp khối lượng cho tất cả các hạt, đã khiến một số nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng trong khi Higgs trông có vẻ ổn định, thực tế nó có thể chỉ ở trạng thái chân không giả hoặc tạm thời, chờ để đi vào trạng thái năng lượng thậm chí còn thấp hơn.
Onyisi cho biết, bạn có thể nghĩ về điều này giống như các thung lũng trong một dãy núi.
“Hãy tưởng tượng [lái xe] qua một dãy núi [và] băng qua nhiều thung lũng khác nhau - đáy của mỗi thung lũng thấp hơn con đường ngay phía sau hoặc phía trước, nhưng không nhất thiết là điểm thấp nhất tuyệt đối mà bạn sẽ đạt tới”, ông nói. “Một chân không không phải là trạng thái năng lượng thấp nhất tuyệt đối được gọi là chân không 'giả' trái ngược với chân không 'thực'”.
Các trường lượng tử buộc phải đạt đến trạng thái năng lượng thấp nhất của chúng bằng mọi giá, và vấn đề với trường Higgs là nếu nó thực sự ở trạng thái chân không giả, thì có khả năng một ngày nào đó nó có thể tự di chuyển đến chân không "thực" mới này thông qua hiệu ứng đường hầm lượng tử - một quá trình trong đó các hạt có thể đi qua các rào cản mà thông thường chúng không đủ năng lượng để vượt qua. Hành động này không chỉ biến đổi trường Higgs mà còn có thể dẫn đến sự tái cấu trúc triệt để vật lý và hóa học cơ bản của vũ trụ.
“Khối lượng của các electron và quark sẽ đột nhiên trở nên lớn hơn hàng nghìn tỷ lần [và] tôi nghi ngờ rằng hầu hết các nguyên tử ngoài hydro sẽ không còn tồn tại và tan rã nữa”, David Tong , Tiến sĩ, giáo sư vật lý lý thuyết tại Đại học Cambridge cho biết. “Các phản ứng hạt nhân không còn hoạt động nữa, vì vậy các ngôi sao không thể tỏa sáng. Hóa học đã không còn nữa, [có nghĩa là] sự sống không thể tồn tại. Vũ trụ sẽ không còn là nơi tuyệt vời và sôi động như ngày nay nữa”.
Tất cả thảm họa này - mà các nhà vật lý như Onyisi và Tong vẫn cảnh báo là rất lý thuyết - sẽ xảy ra do một thứ gọi là bong bóng vũ trụ . Về bản chất, bong bóng này là sự giãn nở của chân không thực sự từ một túi của vũ trụ qua toàn bộ vũ trụ.
Tuy nhiên, vì những ý tưởng này chỉ dựa trên lý thuyết chứ không phải quan sát hay thí nghiệm nên các nhà khoa học không biết chính xác những bong bóng này sẽ lan truyền như thế nào hoặc tính chất của chúng có thể là gì.
Đó là những gì Jaka Vodeb, Tiến sĩ, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Forschungszentrum Jülich ở Đức, và các đồng tác giả của ông hy vọng sẽ trả lời trong công trình mới được công bố đầu năm nay trên tạp chí Nature Physics. Trong nghiên cứu này, Vodeb và các đồng nghiệp đã sử dụng một loại phần cứng lượng tử, được gọi là máy ủ lượng tử, để thao tác 5.564 qubit (hay "bit lượng tử", đơn vị thông tin cơ bản trong điện toán lượng tử) để mô phỏng hành vi của các bong bóng này.
“Chúng tôi đã tìm thấy một điều rất thú vị,” Vodeb nói. “Trái ngược với những ý tưởng trước đây, những bong bóng này không tự lan rộng.” Thay vào đó, các bong bóng vũ trụ lan rộng thông qua các tương tác phức tạp trong đó các bong bóng lớn hơn hấp thụ các bong bóng nhỏ hơn. Mặc dù công trình mới này là mô phỏng một mô hình đơn giản hóa của các động lực này, nhưng những phát hiện vẫn có thể làm sáng tỏ những gì có thể xảy ra một ngày nào đó trong vũ trụ của chúng ta.
Nhưng may mắn cho chúng ta là ngay cả khi trường Higgs thực sự ở trạng thái chân không giả, chúng ta cũng sẽ không tồn tại để chứng kiến điều gì sẽ xảy ra nếu trạng thái đó thực sự phân rã.
“Tin vui là thời gian cần thiết để thoát khỏi chân không giả dài hơn khoảng một tỷ, tỷ, tỷ, tỷ, tỷ, tỷ lần so với tuổi hiện tại của vũ trụ”, Tong nói. “Tôi không nghĩ chúng ta cần phải lo lắng”. (popularmechanics)
Vũ trụ chứa đầy những ngôi sao phát nổ , hố đen ăn vật chất và những dải vật chất tối và năng lượng mà các nhà khoa học vẫn chưa hiểu hết. Đối với người bình thường, nó có thể trông giống như một nơi hỗn loạn. Nhưng theo các nhà khoa học, vũ trụ thực sự khá ổn định. Được gọi là trạng thái chân không, sự ổn định này là thứ giúp tạo ra các định luật vật lý nhất quán mà các nhà khoa học sau đó có thể sử dụng để nghiên cứu thế giới xung quanh chúng ta.
Nhưng có một vấn đề lớn. Trong khi vũ trụ có vẻ ổn định, các nhà khoa học nghiên cứu trường lượng tử lo ngại rằng một trong những trường này có thể đang chênh vênh trên bờ vực của một trạng thái năng lượng mới có thể khiến nó lao vào bất ổn. Sự bất ổn này được gọi là sự phân rã chân không giả, và nó sẽ hoạt động giống như một cơn bão quét qua và phá hủy vũ trụ như chúng ta biết.
Ngay cả các định luật vật lý cũng có thể được viết lại, Peter Onyisi, Tiến sĩ, phó giáo sư vật lý tại Đại học Texas ở Austin, cho biết.
Các trường lượng tử rất cần thiết để hiểu mối đe dọa vũ trụ hiện sinh này. Cách dễ nhất để nắm bắt các trường vô hình này là hình dung một trường rất quen thuộc với chúng ta: trường điện từ. Nó chịu trách nhiệm cho các tương tác như hai thanh nam châm bị đẩy ra, dòng điện chạy qua các thiết bị của chúng ta và thậm chí cả ánh sáng mặt trời.
Nếu bạn đã từng chơi với thanh nam châm trong lớp khoa học, bạn có thể đã thấy cách những tương tác từ vô hình này có thể được hình dungthông qua hiệu ứng của chúng trên các phoi sắt, để lộ các đường sức từ cong. Mặc dù vô hình với mắt thường, các đường sức từ này cắt ngang qua mọi thứ trong vũ trụ - kể cả chúng ta. Trường điện từ chỉ là một trong nhiều trường lượng tử thực hiện điều này.
Để ở trạng thái chân không ổn định, “thực sự”, các trường này phải ở trạng thái năng lượng thấp nhất của chúng. Nhưng các đặc tính đặc biệt của trường Higgs, thường chịu trách nhiệm cung cấp khối lượng cho tất cả các hạt, đã khiến một số nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng trong khi Higgs trông có vẻ ổn định, thực tế nó có thể chỉ ở trạng thái chân không giả hoặc tạm thời, chờ để đi vào trạng thái năng lượng thậm chí còn thấp hơn.
Onyisi cho biết, bạn có thể nghĩ về điều này giống như các thung lũng trong một dãy núi.
“Hãy tưởng tượng [lái xe] qua một dãy núi [và] băng qua nhiều thung lũng khác nhau - đáy của mỗi thung lũng thấp hơn con đường ngay phía sau hoặc phía trước, nhưng không nhất thiết là điểm thấp nhất tuyệt đối mà bạn sẽ đạt tới”, ông nói. “Một chân không không phải là trạng thái năng lượng thấp nhất tuyệt đối được gọi là chân không 'giả' trái ngược với chân không 'thực'”.
Các trường lượng tử buộc phải đạt đến trạng thái năng lượng thấp nhất của chúng bằng mọi giá, và vấn đề với trường Higgs là nếu nó thực sự ở trạng thái chân không giả, thì có khả năng một ngày nào đó nó có thể tự di chuyển đến chân không "thực" mới này thông qua hiệu ứng đường hầm lượng tử - một quá trình trong đó các hạt có thể đi qua các rào cản mà thông thường chúng không đủ năng lượng để vượt qua. Hành động này không chỉ biến đổi trường Higgs mà còn có thể dẫn đến sự tái cấu trúc triệt để vật lý và hóa học cơ bản của vũ trụ.
“Khối lượng của các electron và quark sẽ đột nhiên trở nên lớn hơn hàng nghìn tỷ lần [và] tôi nghi ngờ rằng hầu hết các nguyên tử ngoài hydro sẽ không còn tồn tại và tan rã nữa”, David Tong , Tiến sĩ, giáo sư vật lý lý thuyết tại Đại học Cambridge cho biết. “Các phản ứng hạt nhân không còn hoạt động nữa, vì vậy các ngôi sao không thể tỏa sáng. Hóa học đã không còn nữa, [có nghĩa là] sự sống không thể tồn tại. Vũ trụ sẽ không còn là nơi tuyệt vời và sôi động như ngày nay nữa”.
Tất cả thảm họa này - mà các nhà vật lý như Onyisi và Tong vẫn cảnh báo là rất lý thuyết - sẽ xảy ra do một thứ gọi là bong bóng vũ trụ . Về bản chất, bong bóng này là sự giãn nở của chân không thực sự từ một túi của vũ trụ qua toàn bộ vũ trụ.
Tuy nhiên, vì những ý tưởng này chỉ dựa trên lý thuyết chứ không phải quan sát hay thí nghiệm nên các nhà khoa học không biết chính xác những bong bóng này sẽ lan truyền như thế nào hoặc tính chất của chúng có thể là gì.
Đó là những gì Jaka Vodeb, Tiến sĩ, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Forschungszentrum Jülich ở Đức, và các đồng tác giả của ông hy vọng sẽ trả lời trong công trình mới được công bố đầu năm nay trên tạp chí Nature Physics. Trong nghiên cứu này, Vodeb và các đồng nghiệp đã sử dụng một loại phần cứng lượng tử, được gọi là máy ủ lượng tử, để thao tác 5.564 qubit (hay "bit lượng tử", đơn vị thông tin cơ bản trong điện toán lượng tử) để mô phỏng hành vi của các bong bóng này.
“Chúng tôi đã tìm thấy một điều rất thú vị,” Vodeb nói. “Trái ngược với những ý tưởng trước đây, những bong bóng này không tự lan rộng.” Thay vào đó, các bong bóng vũ trụ lan rộng thông qua các tương tác phức tạp trong đó các bong bóng lớn hơn hấp thụ các bong bóng nhỏ hơn. Mặc dù công trình mới này là mô phỏng một mô hình đơn giản hóa của các động lực này, nhưng những phát hiện vẫn có thể làm sáng tỏ những gì có thể xảy ra một ngày nào đó trong vũ trụ của chúng ta.
Nhưng may mắn cho chúng ta là ngay cả khi trường Higgs thực sự ở trạng thái chân không giả, chúng ta cũng sẽ không tồn tại để chứng kiến điều gì sẽ xảy ra nếu trạng thái đó thực sự phân rã.
“Tin vui là thời gian cần thiết để thoát khỏi chân không giả dài hơn khoảng một tỷ, tỷ, tỷ, tỷ, tỷ, tỷ lần so với tuổi hiện tại của vũ trụ”, Tong nói. “Tôi không nghĩ chúng ta cần phải lo lắng”. (popularmechanics)
