Hoàng Nam
Writer
Khi bạn nướng một ổ bánh mì hoặc một mẻ bánh muffin, bạn cho bột vào một cái chảo. Khi bột nướng trong lò, nó nở ra trong chảo nướng. Bất kỳ vụn sô cô la hoặc quả việt quất nào trong bột bánh muffin sẽ trở nên xa nhau hơn khi bột bánh muffin nở ra.
Sự giãn nở của vũ trụ, theo một số cách, cũng tương tự. Nhưng phép loại suy này có một điểm sai – trong khi bột nở ra trong khay nướng, vũ trụ không có gì để nở ra. Nó chỉ nở ra trong chính nó.
Có thể giống như một câu đố trí tuệ, nhưng vũ trụ được coi là mọi thứ trong vũ trụ. Trong vũ trụ đang mở rộng, không có chảo. Chỉ có bột. Ngay cả khi có chảo, nó sẽ là một phần của vũ trụ và do đó nó sẽ mở rộng cùng với chảo.
Ngay cả với tôi, một giáo sư vật lý và thiên văn học đã nghiên cứu vũ trụ trong nhiều năm, những ý tưởng này cũng khó nắm bắt. Bạn không trải nghiệm bất cứ điều gì như thế này trong cuộc sống hàng ngày của mình. Giống như việc hỏi hướng nào xa hơn về phía bắc của Bắc Cực.
Một cách khác để suy nghĩ về sự giãn nở của vũ trụ là suy nghĩ về cách các thiên hà khác đang di chuyển ra xa thiên hà của chúng ta, Ngân Hà. Các nhà khoa học biết vũ trụ đang giãn nở vì họ có thể theo dõi các thiên hà khác khi chúng di chuyển ra xa thiên hà của chúng ta. Họ định nghĩa sự giãn nở bằng cách sử dụng tốc độ các thiên hà khác di chuyển ra xa chúng ta. Định nghĩa này cho phép họ tưởng tượng sự giãn nở mà không cần thứ gì đó để giãn nở.
Vũ trụ sau đó nhanh chóng ngưng tụ và nguội đi, và nó bắt đầu tạo ra vật chất và ánh sáng. Cuối cùng, nó tiến hóa thành thứ mà chúng ta biết ngày nay là vũ trụ của chúng ta.
Ý tưởng cho rằng vũ trụ của chúng ta không tĩnh tại và có thể đang giãn nở hoặc co lại lần đầu tiên được nhà vật lý Alexander Friedman công bố vào năm 1922. Ông đã xác nhận bằng toán học rằng vũ trụ đang giãn nở.
Trong khi Friedman chứng minh rằng vũ trụ đang giãn nở, ít nhất là ở một số điểm, thì Edwin Hubble là người nghiên cứu sâu hơn về tốc độ giãn nở. Nhiều nhà khoa học khác đã xác nhận rằng các thiên hà khác đang di chuyển ra xa Ngân Hà, nhưng vào năm 1929, Hubble đã công bố bài báo nổi tiếng của mình xác nhận toàn bộ vũ trụ đang giãn nở và tốc độ giãn nở của nó đang tăng lên.
Phát hiện này tiếp tục làm đau đầu các nhà vật lý thiên văn. Hiện tượng nào cho phép vũ trụ vượt qua lực hấp dẫn, giữ nó lại với nhau trong khi vẫn mở rộng bằng cách kéo các vật thể trong vũ trụ ra xa nhau? Và trên hết, tốc độ mở rộng của nó đang tăng tốc theo thời gian.
Nhiều nhà khoa học sử dụng một hình ảnh gọi là phễu giãn nở để mô tả cách vũ trụ giãn nở nhanh hơn kể từ Vụ nổ lớn. Hãy tưởng tượng một cái phễu sâu có vành rộng. Phía bên trái của phễu – đầu hẹp – tượng trưng cho sự khởi đầu của vũ trụ. Khi bạn di chuyển về phía bên phải, bạn đang di chuyển về phía trước theo thời gian. Hình nón mở rộng tượng trưng cho sự giãn nở của vũ trụ.
Phễu giãn nở cho thấy trực quan tốc độ giãn nở của vũ trụ đã tăng lên theo thời gian như thế nào. Bên trái của phễu là Vụ nổ lớn, và kể từ đó, vũ trụ đã giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh hơn.
Các nhà khoa học vẫn chưa thể đo trực tiếp được nguồn năng lượng gây ra sự giãn nở tăng tốc này đến từ đâu. Họ vẫn chưa thể phát hiện ra hoặc đo được nó. Bởi vì họ không thể nhìn thấy hoặc đo trực tiếp loại năng lượng này, nên họ gọi nó là năng lượng tối.
Theo mô hình của các nhà nghiên cứu, năng lượng tối phải là dạng năng lượng phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm khoảng 68 phần trăm tổng năng lượng trong vũ trụ. Năng lượng từ vật chất hàng ngày, tạo nên Trái đất, Mặt trời và mọi thứ chúng ta có thể nhìn thấy, chỉ chiếm khoảng 5 phần trăm tổng năng lượng.
Các nhà khoa học không có bằng chứng về bất cứ điều gì ngoài vũ trụ chúng ta đã biết. Tuy nhiên, một số người dự đoán rằng có thể có nhiều vũ trụ. Một mô hình bao gồm nhiều vũ trụ có thể giải quyết một số vấn đề mà các nhà khoa học gặp phải với các mô hình hiện tại của vũ trụ chúng ta.
Một vấn đề lớn với vật lý hiện tại của chúng ta là các nhà nghiên cứu không thể tích hợp cơ học lượng tử, mô tả cách vật lý hoạt động ở quy mô rất nhỏ, với lực hấp dẫn, chi phối vật lý ở quy mô lớn.
Các quy tắc về cách vật chất hoạt động ở quy mô nhỏ phụ thuộc vào xác suất và lượng năng lượng được lượng tử hóa hoặc cố định. Ở quy mô này, các vật thể có thể xuất hiện và biến mất. Vật chất có thể hoạt động như một sóng. Thế giới lượng tử rất khác so với cách chúng ta nhìn thế giới.
Ở quy mô lớn, mà các nhà vật lý gọi là cơ học cổ điển, các vật thể hoạt động theo cách chúng ta mong đợi chúng hoạt động hàng ngày. Các vật thể không được lượng tử hóa và có thể có lượng năng lượng liên tục. Các vật thể không xuất hiện và biến mất.
Thế giới lượng tử hoạt động giống như một công tắc đèn, nơi năng lượng chỉ có tùy chọn bật-tắt. Thế giới mà chúng ta nhìn thấy và tương tác hoạt động giống như một công tắc điều chỉnh độ sáng, cho phép mọi mức năng lượng.
Nhưng các nhà nghiên cứu gặp phải vấn đề khi họ cố gắng nghiên cứu lực hấp dẫn ở cấp độ lượng tử. Ở quy mô nhỏ, các nhà vật lý sẽ phải cho rằng lực hấp dẫn được lượng tử hóa. Nhưng nghiên cứu mà nhiều người trong số họ đã tiến hành không ủng hộ ý tưởng đó.
Một cách để làm cho các lý thuyết này hoạt động cùng nhau là lý thuyết đa vũ trụ. Có nhiều lý thuyết nhìn xa hơn vũ trụ hiện tại của chúng ta để giải thích cách lực hấp dẫn và thế giới lượng tử hoạt động cùng nhau. Một số lý thuyết hàng đầu bao gồm lý thuyết dây, vũ trụ học brane, lý thuyết lượng tử vòng và nhiều lý thuyết khác.
Bất kể thế nào, vũ trụ vẫn sẽ tiếp tục mở rộng, với khoảng cách giữa Ngân Hà và hầu hết các thiên hà khác ngày càng xa hơn theo thời gian.
Nicole Granucci, Giảng viên Vật lý, Đại học Quinnipiac
Bài viết này được đăng lại từ The Conversation
<
Các nhà khoa học không có bằng chứng về bất cứ điều gì ngoài vũ trụ chúng ta đã biết. Tuy nhiên, một số người dự đoán rằng có thể có nhiều vũ trụ. Một mô hình bao gồm nhiều vũ trụ có thể giải quyết một số vấn đề mà các nhà khoa học gặp phải với các mô hình hiện tại của vũ trụ chúng ta.
Một vấn đề lớn với vật lý hiện tại của chúng ta là các nhà nghiên cứu không thể tích hợp cơ học lượng tử, mô tả cách vật lý hoạt động ở quy mô rất nhỏ, với lực hấp dẫn, chi phối vật lý ở quy mô lớn.
Các quy tắc về cách vật chất hoạt động ở quy mô nhỏ phụ thuộc vào xác suất và lượng năng lượng được lượng tử hóa hoặc cố định. Ở quy mô này, các vật thể có thể xuất hiện và biến mất. Vật chất có thể hoạt động như một sóng. Thế giới lượng tử rất khác so với cách chúng ta nhìn thế giới.
Ở quy mô lớn, mà các nhà vật lý gọi là cơ học cổ điển, các vật thể hoạt động theo cách chúng ta mong đợi chúng hoạt động hàng ngày. Các vật thể không được lượng tử hóa và có thể có lượng năng lượng liên tục. Các vật thể không xuất hiện và biến mất.
Thế giới lượng tử hoạt động giống như một công tắc đèn, nơi năng lượng chỉ có tùy chọn bật-tắt. Thế giới mà chúng ta nhìn thấy và tương tác hoạt động giống như một công tắc điều chỉnh độ sáng, cho phép mọi mức năng lượng.
Nhưng các nhà nghiên cứu gặp phải vấn đề khi họ cố gắng nghiên cứu lực hấp dẫn ở cấp độ lượng tử. Ở quy mô nhỏ, các nhà vật lý sẽ phải cho rằng lực hấp dẫn được lượng tử hóa. Nhưng nghiên cứu mà nhiều người trong số họ đã tiến hành không ủng hộ ý tưởng đó.
Một cách để làm cho các lý thuyết này hoạt động cùng nhau là lý thuyết đa vũ trụ. Có nhiều lý thuyết nhìn xa hơn vũ trụ hiện tại của chúng ta để giải thích cách lực hấp dẫn và thế giới lượng tử hoạt động cùng nhau. Một số lý thuyết hàng đầu bao gồm lý thuyết dây, vũ trụ học brane, lý thuyết lượng tử vòng và nhiều lý thuyết khác.
Bất kể thế nào, vũ trụ vẫn sẽ tiếp tục mở rộng, với khoảng cách giữa Ngân Hà và hầu hết các thiên hà khác ngày càng xa hơn theo thời gian.
Nicole Granucci, Giảng viên Vật lý, Đại học Quinnipiac
Bài viết này được đăng lại từ The Conversation
Sự giãn nở của vũ trụ, theo một số cách, cũng tương tự. Nhưng phép loại suy này có một điểm sai – trong khi bột nở ra trong khay nướng, vũ trụ không có gì để nở ra. Nó chỉ nở ra trong chính nó.
Có thể giống như một câu đố trí tuệ, nhưng vũ trụ được coi là mọi thứ trong vũ trụ. Trong vũ trụ đang mở rộng, không có chảo. Chỉ có bột. Ngay cả khi có chảo, nó sẽ là một phần của vũ trụ và do đó nó sẽ mở rộng cùng với chảo.
Ngay cả với tôi, một giáo sư vật lý và thiên văn học đã nghiên cứu vũ trụ trong nhiều năm, những ý tưởng này cũng khó nắm bắt. Bạn không trải nghiệm bất cứ điều gì như thế này trong cuộc sống hàng ngày của mình. Giống như việc hỏi hướng nào xa hơn về phía bắc của Bắc Cực.
Một cách khác để suy nghĩ về sự giãn nở của vũ trụ là suy nghĩ về cách các thiên hà khác đang di chuyển ra xa thiên hà của chúng ta, Ngân Hà. Các nhà khoa học biết vũ trụ đang giãn nở vì họ có thể theo dõi các thiên hà khác khi chúng di chuyển ra xa thiên hà của chúng ta. Họ định nghĩa sự giãn nở bằng cách sử dụng tốc độ các thiên hà khác di chuyển ra xa chúng ta. Định nghĩa này cho phép họ tưởng tượng sự giãn nở mà không cần thứ gì đó để giãn nở.
Vũ trụ đang mở rộng
Vũ trụ bắt đầu bằng Vụ nổ lớn cách đây 13,8 tỷ năm. Vụ nổ lớn mô tả nguồn gốc của vũ trụ như một điểm kỳ dị cực kỳ dày đặc và nóng. Điểm nhỏ bé này đột nhiên trải qua một quá trình giãn nở nhanh chóng được gọi là lạm phát, trong đó mọi nơi trong vũ trụ đều giãn nở ra bên ngoài. Nhưng cái tên Vụ nổ lớn gây hiểu lầm. Đó không phải là một vụ nổ khổng lồ , như tên gọi của nó, mà là thời điểm vũ trụ giãn nở nhanh chóng.Vũ trụ sau đó nhanh chóng ngưng tụ và nguội đi, và nó bắt đầu tạo ra vật chất và ánh sáng. Cuối cùng, nó tiến hóa thành thứ mà chúng ta biết ngày nay là vũ trụ của chúng ta.
Ý tưởng cho rằng vũ trụ của chúng ta không tĩnh tại và có thể đang giãn nở hoặc co lại lần đầu tiên được nhà vật lý Alexander Friedman công bố vào năm 1922. Ông đã xác nhận bằng toán học rằng vũ trụ đang giãn nở.
Trong khi Friedman chứng minh rằng vũ trụ đang giãn nở, ít nhất là ở một số điểm, thì Edwin Hubble là người nghiên cứu sâu hơn về tốc độ giãn nở. Nhiều nhà khoa học khác đã xác nhận rằng các thiên hà khác đang di chuyển ra xa Ngân Hà, nhưng vào năm 1929, Hubble đã công bố bài báo nổi tiếng của mình xác nhận toàn bộ vũ trụ đang giãn nở và tốc độ giãn nở của nó đang tăng lên.
Phát hiện này tiếp tục làm đau đầu các nhà vật lý thiên văn. Hiện tượng nào cho phép vũ trụ vượt qua lực hấp dẫn, giữ nó lại với nhau trong khi vẫn mở rộng bằng cách kéo các vật thể trong vũ trụ ra xa nhau? Và trên hết, tốc độ mở rộng của nó đang tăng tốc theo thời gian.
Nhiều nhà khoa học sử dụng một hình ảnh gọi là phễu giãn nở để mô tả cách vũ trụ giãn nở nhanh hơn kể từ Vụ nổ lớn. Hãy tưởng tượng một cái phễu sâu có vành rộng. Phía bên trái của phễu – đầu hẹp – tượng trưng cho sự khởi đầu của vũ trụ. Khi bạn di chuyển về phía bên phải, bạn đang di chuyển về phía trước theo thời gian. Hình nón mở rộng tượng trưng cho sự giãn nở của vũ trụ.
Phễu giãn nở cho thấy trực quan tốc độ giãn nở của vũ trụ đã tăng lên theo thời gian như thế nào. Bên trái của phễu là Vụ nổ lớn, và kể từ đó, vũ trụ đã giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh hơn.
Các nhà khoa học vẫn chưa thể đo trực tiếp được nguồn năng lượng gây ra sự giãn nở tăng tốc này đến từ đâu. Họ vẫn chưa thể phát hiện ra hoặc đo được nó. Bởi vì họ không thể nhìn thấy hoặc đo trực tiếp loại năng lượng này, nên họ gọi nó là năng lượng tối.
Theo mô hình của các nhà nghiên cứu, năng lượng tối phải là dạng năng lượng phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm khoảng 68 phần trăm tổng năng lượng trong vũ trụ. Năng lượng từ vật chất hàng ngày, tạo nên Trái đất, Mặt trời và mọi thứ chúng ta có thể nhìn thấy, chỉ chiếm khoảng 5 phần trăm tổng năng lượng.
Bên ngoài phễu mở rộng
Vậy, bên ngoài kênh mở rộng là gì?Các nhà khoa học không có bằng chứng về bất cứ điều gì ngoài vũ trụ chúng ta đã biết. Tuy nhiên, một số người dự đoán rằng có thể có nhiều vũ trụ. Một mô hình bao gồm nhiều vũ trụ có thể giải quyết một số vấn đề mà các nhà khoa học gặp phải với các mô hình hiện tại của vũ trụ chúng ta.
Một vấn đề lớn với vật lý hiện tại của chúng ta là các nhà nghiên cứu không thể tích hợp cơ học lượng tử, mô tả cách vật lý hoạt động ở quy mô rất nhỏ, với lực hấp dẫn, chi phối vật lý ở quy mô lớn.
Các quy tắc về cách vật chất hoạt động ở quy mô nhỏ phụ thuộc vào xác suất và lượng năng lượng được lượng tử hóa hoặc cố định. Ở quy mô này, các vật thể có thể xuất hiện và biến mất. Vật chất có thể hoạt động như một sóng. Thế giới lượng tử rất khác so với cách chúng ta nhìn thế giới.
Ở quy mô lớn, mà các nhà vật lý gọi là cơ học cổ điển, các vật thể hoạt động theo cách chúng ta mong đợi chúng hoạt động hàng ngày. Các vật thể không được lượng tử hóa và có thể có lượng năng lượng liên tục. Các vật thể không xuất hiện và biến mất.
Thế giới lượng tử hoạt động giống như một công tắc đèn, nơi năng lượng chỉ có tùy chọn bật-tắt. Thế giới mà chúng ta nhìn thấy và tương tác hoạt động giống như một công tắc điều chỉnh độ sáng, cho phép mọi mức năng lượng.
Nhưng các nhà nghiên cứu gặp phải vấn đề khi họ cố gắng nghiên cứu lực hấp dẫn ở cấp độ lượng tử. Ở quy mô nhỏ, các nhà vật lý sẽ phải cho rằng lực hấp dẫn được lượng tử hóa. Nhưng nghiên cứu mà nhiều người trong số họ đã tiến hành không ủng hộ ý tưởng đó.
Một cách để làm cho các lý thuyết này hoạt động cùng nhau là lý thuyết đa vũ trụ. Có nhiều lý thuyết nhìn xa hơn vũ trụ hiện tại của chúng ta để giải thích cách lực hấp dẫn và thế giới lượng tử hoạt động cùng nhau. Một số lý thuyết hàng đầu bao gồm lý thuyết dây, vũ trụ học brane, lý thuyết lượng tử vòng và nhiều lý thuyết khác.
Bất kể thế nào, vũ trụ vẫn sẽ tiếp tục mở rộng, với khoảng cách giữa Ngân Hà và hầu hết các thiên hà khác ngày càng xa hơn theo thời gian.
Nicole Granucci, Giảng viên Vật lý, Đại học Quinnipiac
Bài viết này được đăng lại từ The Conversation
<
Bên ngoài phễu mở rộng
Vậy, bên ngoài kênh mở rộng là gì?Các nhà khoa học không có bằng chứng về bất cứ điều gì ngoài vũ trụ chúng ta đã biết. Tuy nhiên, một số người dự đoán rằng có thể có nhiều vũ trụ. Một mô hình bao gồm nhiều vũ trụ có thể giải quyết một số vấn đề mà các nhà khoa học gặp phải với các mô hình hiện tại của vũ trụ chúng ta.
Một vấn đề lớn với vật lý hiện tại của chúng ta là các nhà nghiên cứu không thể tích hợp cơ học lượng tử, mô tả cách vật lý hoạt động ở quy mô rất nhỏ, với lực hấp dẫn, chi phối vật lý ở quy mô lớn.
Các quy tắc về cách vật chất hoạt động ở quy mô nhỏ phụ thuộc vào xác suất và lượng năng lượng được lượng tử hóa hoặc cố định. Ở quy mô này, các vật thể có thể xuất hiện và biến mất. Vật chất có thể hoạt động như một sóng. Thế giới lượng tử rất khác so với cách chúng ta nhìn thế giới.
Ở quy mô lớn, mà các nhà vật lý gọi là cơ học cổ điển, các vật thể hoạt động theo cách chúng ta mong đợi chúng hoạt động hàng ngày. Các vật thể không được lượng tử hóa và có thể có lượng năng lượng liên tục. Các vật thể không xuất hiện và biến mất.
Thế giới lượng tử hoạt động giống như một công tắc đèn, nơi năng lượng chỉ có tùy chọn bật-tắt. Thế giới mà chúng ta nhìn thấy và tương tác hoạt động giống như một công tắc điều chỉnh độ sáng, cho phép mọi mức năng lượng.
Nhưng các nhà nghiên cứu gặp phải vấn đề khi họ cố gắng nghiên cứu lực hấp dẫn ở cấp độ lượng tử. Ở quy mô nhỏ, các nhà vật lý sẽ phải cho rằng lực hấp dẫn được lượng tử hóa. Nhưng nghiên cứu mà nhiều người trong số họ đã tiến hành không ủng hộ ý tưởng đó.
Một cách để làm cho các lý thuyết này hoạt động cùng nhau là lý thuyết đa vũ trụ. Có nhiều lý thuyết nhìn xa hơn vũ trụ hiện tại của chúng ta để giải thích cách lực hấp dẫn và thế giới lượng tử hoạt động cùng nhau. Một số lý thuyết hàng đầu bao gồm lý thuyết dây, vũ trụ học brane, lý thuyết lượng tử vòng và nhiều lý thuyết khác.
Bất kể thế nào, vũ trụ vẫn sẽ tiếp tục mở rộng, với khoảng cách giữa Ngân Hà và hầu hết các thiên hà khác ngày càng xa hơn theo thời gian.
Nicole Granucci, Giảng viên Vật lý, Đại học Quinnipiac
Bài viết này được đăng lại từ The Conversation
