Vũ trụ của chúng ta sẽ kết thúc như thế nào?

Cái gì có khởi đầu tất sẽ có kết thúc, vũ trụ của chúng ta cũng thế. Ra đời hơn 13 tỷ năm trước theo lý thuyết Big Bang (Vụ Nổ Lớn), ngày nay vũ trụ có đường kính quan sát được lên tới 91 tỷ năm ánh sáng. Thế nhưng đến phút "lâm chung", liệu con số trên có còn tồn tại nữa và mọi thứ sẽ trở nên thế nào?

Cho đến lúc này, các nhà vật lý đã vẽ ra khoảng 6 kịch bản mà vũ trụ sẽ kết thúc. Chúng gồm Big Freeze (Vụ đóng băng lớn), Big Crunch (Vụ co lớn), Big Bounce (Vụ dao động lớn), Big Change (Vụ thay đổi lớn), Big Rip (Vụ Xé lớn) và Multiverse (Đa vũ trụ). Mỗi kịch bản xảy ra tuỳ theo sự thay đổi của một số yếu tố cơ bản như năng lượng tối (dark energy), lực hấp dẫn đến từ vật chất có khối lượng hoặc năng lượng "ma" (phantom dark energy)...

Dù vậy, bạn không cần phải hoảng hốt. Những kịch bản đều phải rất lâu nữa mới xảy ra. Thậm chí kể cả sau 5 tỷ năm nữa, khi Mặt Trời đốt hết nguồn nguyên liệu hydrogen và bắt đầu chuyển qua qua đốt helium để tiếp tục tồn tại, Trái Đất sẽ bị quả cầu đỏ khổng lồ nuốt chửng, thì vẫn còn rất xa vũ trụ mới đi đến ngày tận thế.

Universe's end

Ảnh mô phỏng vũ trụ trong 3 kịch bản Big Crunch, Big Freeze và Big Rip

Vậy sao chúng ta còn quan tâm tới tận thế để làm gì? Đó là vì biết đâu nếu con người có thể thoát khỏi được Trái Đất, bay đến những hành tinh mới, hệ sao mới, thiên hà mới để "an cư lạc nghiệp" thì sau cùng tất cả những nơi ấy cũng chịu chung cùng một kết cục với vũ trụ. Thêm vào đó, tuỳ theo kịch bản nào có thể xảy ra mà liệu con người có thể tìm đến những hành tinh mới hay không. Vì có một kịch bản mà trong đó, rất có thể nếu văn minh nhân loại không tiến bộ "đủ nhanh" để có thể du hành vũ trụ, thì chúng ta sẽ vĩnh viễn mất đi cơ hội đó.

Vậy cụ thể chúng là gì?

Big Freeze (Vụ đóng băng lớn)

Đầu tiên và trên hết, mọi nhà vật lý đều nghĩ tới kịch bản này. Bởi vì bất kể các vì sao có nóng đến đâu, nhiệt độ trong lòng của chúng có cao đến mức nào, rồi một ngày chúng cũng sẽ đốt hết nhiên liệu trong lòng của mình và chỉ còn một cái lõi nóng toả nhiệt ra xung quanh. Dựa trên nhiệt động học (thermodynamics), nhiệt độ sẽ từ nơi cao phân tán ra nơi thấp hơn và cái lõi trên sau cùng cũng sẽ nguội.

Expanding universe

Vũ trụ của chúng ta đang giãn nở ra, báo hiệu cho Big Freeze

Gần gũi hơn, chúng ta có những cỗ xe đang chạy trên đường. Khi hoạt động động cơ của chúng có thể lên đến vài trăm độ nhưng khi không còn xăng nữa và vì bị bỏ quên, chúng cũng sẽ nguội lạnh. Bình nước nóng của bạn rồi cũng đến lúc không còn nóng nữa. Lõi của Trái Đất cũng sẽ hết năng lượng nhiệt của nó sau vài tỷ năm nữa.

Và điều này xảy ra ở mọi cấp độ vật chất, từ vi mô cỡ nguyên tử cho đến vĩ mô toàn vũ trụ. Thậm chí ngay đến các hạt vật chất rồi cũng sẽ phân rã hết thành bức xạ (dù quá trình này sẽ mất hàng chục tỷ năm). Kết hợp với sự giãn nở của vũ trụ, sau cùng và hơn hết, nhiệt độ nền của tất cả mọi thứ sẽ chỉ nhỉnh hơn đôi chút so với độ không tuyệt đối (absolute zero) tức - 273 °C. Đó chính là Big Freeze.

Big Crunch (Vụ co lớn)

Song có nhiều nhà vật lý "không thích" ý tưởng về một nơi hoang vu, băng giá và chẳng có gì ngoài nỗi buồn. Nếu lý thuyết Big Bang là đúng, có nghĩa vũ trụ đã từng là một điểm duy nhất và đang mở rộng ra. Vậy có thể nào tồn tại một trường hợp ngược lại - vũ trụ ngưng mở rộng và mọi thứ sẽ co cụm lại dưới lực hấp dẫn?

Contracting universe

Nếu một ngày vũ trụ không giãn nở nữa, lực hấp dẫn sẽ kéo mọi thứ lại gần nhau

Nếu ý tưởng của Big Freeze là mọi thứ phân rã hết thành bức xạ, thì quá trình này cũng phải mất hàng chục tỷ năm để diễn ra. Và thực tế, Big Freeze là kịch bản có thời lượng diễn ra lâu nhất. Trong suốt thời gian đó, những kịch bản khác vẫn có thể xảy ra nếu một trong các yếu tố cơ bản kể trên có sự thay đổi.

Chúng ta đều biết rằng, mọi vật chất có khối lượng đều có hấp lực với các vật chất có khối lượng khác - đó chính là lực hấp dẫn. Bất kể khoảng cách giữa 2 vật là bao nhiêu, sẽ có một ngày chúng "tìm thấy nhau". Song điều này chỉ đúng nếu khoảng cách giữa cả 2 là không đổi, tức vũ trụ ngưng giãn nở. Hiện nay mọi quan sát đều cho thấy vũ trụ đang giãn nở ra. Song không ai biết chắc liệu quá trình này có kéo dài mãi mãi hoặc liệu nó sẽ kết thúc ở một thời điểm nào đó trong tương lai.

Big Crunch

... và tất cả sẽ cáo chung trong lò lửa Big Crunch

Trong trường hợp nếu quá trình giãn nở vũ trụ bị ngưng lại, hoặc lực hấp dẫn thắng thế, thì tất cả mọi thứ sẽ được dồn về một điểm ở trung tâm mà tại đó, nhiệt độ sẽ còn cao hơn cả ở trong tâm những ngôi sao lớn nhất và rất có thể sẽ trở thành một lỗ đen tối thượng do sự đậm đặc của vật chất tích tụ lại. Đấy là kịch bản Big Crunch.

Big Bounce (Vụ dao động lớn)

Đây là một kịch bản được phát triển khi kết hợp 2 giả thuyết Big Bang và Big Crunch lại. Theo đó vũ trụ sẽ có một giai đoạn giãn nở liên tục, rồi theo sau đó là một giai đoạn co lại, rồi lại giãn nở, rồi lại co lại...

Trong kịch bản này không có sự kết thúc tối hậu mà vũ trụ chỉ chuyển qua lại giữa 2 pha "phình lên" rồi "xẹp đi". Tức sẽ có lúc khoảng cách giữa các thiên hà tăng lên rất lớn, nhưng cũng có lúc chúng lại rất gần nhau, rồi có lúc lại "chia xa", cứ như thế.

M74 galaxy

Những thiên hà như M74 sẽ bay xa khỏi chúng ta, sau đó nó sẽ bay lại gần, rồi lại xa...

Tuy vậy, dựa trên tinh thần của giả thuyết Big Freeze, các vật chất sau cùng cũng đốt hết năng lượng của chúng. Các ngôi sao sẽ cạn sạch nguồn hydrogen và helium của mình. Sau cùng, mọi thứ cũng chìm vào tăm tối vì các ngôi sao mới không ra đời nữa, trong khi các sao cũ đã tắt lịm. Nên Big Bounce khá giống Big Freeze, chỉ khác là thời gian diễn ra sẽ kéo dài, rất dài...

Big Rip (Vụ xé lớn)

Dù vậy, những quan sát gần đây không cho thấy sự chậm lại nào của quá trình giãn nở vũ trụ. Ngược lại, quá trình này còn đang tăng tốc hơn. Sự giãn nở của vũ trụ lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà thiên văn người Mỹ Edwin Hubble. Và thông tin này đã khiến cho cha đẻ của thuyết tương đối, Albert Einstein, phải thay đổi lại điều mà ông tự gọi là "lỗi lầm ngớ ngẩn nhất" của mình.

Cosmic radiation map

Bản đồ bức xạ nền cho thấy vũ trụ đã giãn nở ra từ 1 điểm

Điều này khiến cho các nhà vật lý đi tới một câu hỏi - thứ gì đã khiến vũ trụ "phình lên" còn nhanh hơn so với trước đó? Những thứ vật chất và năng lượng mà con người đã biết không thể trả lời được câu hỏi trên. Nên các nhà vật lý đi tới một đáp án chung - năng lượng tối. Định nghĩa cũng như tính chất duy nhất của thứ năng lượng này không khác gì hơn chính là nó... làm vũ trụ giãn nở?! Và số lượng của nó cũng được đo bằng chính tốc độ giãn nở của vũ trụ.

Hiện tại các nhà khoa học tính toán năng lượng tối chiếm khoảng 70% tổng khối năng của toàn vũ trụ, kể cả vật chất "tối" và vật chất "sáng" (các hạt cơ bản mà con người đã biết). Điều đáng nói là hàm lượng năng lượng tối đang ngày càng tăng lên, lấn át dần 2 thứ còn lại, giả thuyết này đến từ việc vũ trụ đang giãn nở nhanh hơn trước. Và các nhà khoa học không biết liệu quá trình "tăng tốc" này có dừng lại hay không. Trong kịch bản nếu quá trình này không dừng lại, thì Big Crunch là điều không thể xảy ra.

Phantom dark energy

Liệu có tồn tại thứ năng lượng "ma" có thể huỷ diệt mọi thứ?

Tới đây bạn có thể nhận ra thực ra chính năng lượng tối mới là nguyên nhân chính dẫn tới Big Freeze, vì nó làm vũ trụ giãn nở. Nhưng không sao vì có những kịch bản mà sự đóng góp đến từ hơn một yếu tố. Vậy còn Big Rip là gì nữa?

Big Rip là một kịch bản mới được đề xuất gần đây (năm 2003), cũng dựa trên năng lượng tối nhưng ở một mức độ "thảm khốc" hơn. Ý tưởng này đến từ giả thuyết nếu mật độ của năng lượng tối được tạo ra còn cao hơn cả tốc độ giãn nở của vũ trụ thì sao?

Tác giả của ý tưởng này, Robert Caldwell thuộc Học viện Dartmouth tại Hanover, gọi hiện tượng trên là năng lượng "ma" (phantom dark energy). Thứ năng lượng này không chỉ làm vũ trụ giãn nở, nó còn khiến mọi liên kết vật chất đến từ lực hấp dẫn, lực điện từ và lực hạt nhân mạnh bị bẻ gãy.

Hiện tại theo Caldwell, mật độ năng lượng "ma" trong toàn vũ trụ vẫn rất thấp nên điều tồi tệ chưa diễn ra. Nhưng khi giờ G "điểm", mọi thứ sẽ bị xé toạch ra. Các thiên hà sẽ bay tứ phía, bản thân các thiên hà cũng tan ra thành từng mảnh, các hệ sao như Hệ Mặt Trời sẽ văng khỏi Giải Ngân Hà rồi từng hành tinh như Trái Đất cũng tan thành tro bụi. Từng sinh vật sống trên đó cũng phải chịu chung số phận.

Big Rip

Nếu mật độ đủ lớn, năng lượng "ma" sẽ xé toạc tất cả

Và đó là Big Rip, một kịch bản khá tệ hại. Đây cũng là kịch bản mà vũ trụ có tuổi thọ ngắn nhất vì năng lượng tối được phát huy tối đa sức mạnh của nó. Song kịch bản này khá khó tin vì sự tồn tại của năng lượng "ma" khá huyền ảo, chưa kể chúng ta không thể xác định được nguồn tạo ra nó.

Big Change (Vụ thay đổi lớn)

Ý tưởng về Big Change khá giống Big Rip ở chỗ yếu tố gây ra nó chưa được phát hiện ra. Nhưng về mặt lý thuyết của thuyết lượng tử, đó là điều có thể xảy ra.

Song để có thể hiểu Big Change là như thế nào, bạn cần một ví dụ cụ thể hơn để hình dung. Có một hiện tượng vật lý thú vị là nước siêu lạnh (supercooled water). Bình thường nước đóng băng ở 0 °C nhưng trong vài trường hợp đặc biệt, nếu chai nước của bạn hoàn toàn tinh khiết hoặc không có lẫn các tạp chất đóng vai trò điểm mồi (primer) khiến cho phân tử nước đóng băng, thì kể cả ở dưới 0 °C, chai nước của bạn vẫn ở trạng thái lỏng.

Nước siêu lạnh, một hiện tượng rất thú vị

Nếu như sau đó bạn thực hiện những thay đổi khiến cho cấu trúc các phân tử nước bị xáo trộn, ví dụ như lắc cơ học hoặc chạm vào một điểm trên mặt nước hoặc đổ ra sàn, chúng sẽ lập tức đóng băng tính từ vị trí có sự xáo trộn! Như clip trên đây.

Lời giải thích cho hiện tượng trên chính là việc thiếu điểm mồi để thay đổi trạng thái các phân tử nước trong chai nước ban đầu. Một khi điểm mồi xuất hiện, toàn bộ cấu trúc sẽ bị thay đổi. Và Big Change cũng thế.

Theo lý thuyết lượng tử, ngay cả trong môi trường chân không, tổng số năng lượng ở đó cũng không hoàn toàn bằng 0 mà luôn cao hơn một chút. Song như bạn đã biết, vật chất luôn tìm cách để đạt trạng thái năng lượng thấp nhất nhằm giúp cho chúng "ổn định" (stable). Thuyết lượng tử cho rằng có một trạng thái chân không "sai" (false vacuum) mà ở đó, tổng số năng lượng còn thấp hơn trạng thái chân không "thông thường".

False vacuum

Chân không "sai" có thể sẽ thay đổi toàn vũ trụ của chúng ta

Giả định nếu chân không "sai" tồn tại, nó sẽ kích hoạt một phản ứng dây chuyền khiến cho các khối chân không "thông thường" chuyển thành chân không "sai", tương tự hiện tượng nước siêu lạnh mà chúng ta đề cập ở trên. Bởi vì chân không "thông thường" hiện có của chúng ta cũng giống như nước siêu lạnh, thiếu "điểm mồi" nên mọi thứ vẫn ở nguyên vị trí của nó. Nhưng nếu "điểm mồi" này xuất hiện, nó sẽ chuyển đổi toàn bộ mọi thứ ở vận tốc ánh sáng!

Và đấy là Big Change. Tuy vậy, các nhà khoa học không rõ một vũ trụ Big Change sẽ như thế nào vì nó hoàn toàn vượt ngoài hiểu biết hiện có của nhân loại. Điều đáng sợ là Big Change có thể xảy ra bất kỳ lúc nào nếu chân không "sai" thực sự tồn tại.

Multiverse (Đa vũ trụ) và giải thoát

Chúng ta đã điểm qua hết các kịch bản mà các nhà khoa học vẽ ra. Và không kịch bản nào "happy" cả. Ngoại trừ Big Change, 4 kịch bản còn lại đều đánh dấu sự diệt vong của tất cả. Nhưng cả với Big Change, chúng ta cũng không chắc liệu mọi thứ có tồn tại như trước. Thậm chí với Big Freeze và Big Rip, mọi thứ còn tệ hơn.

Nhà vật lý Freeman Dyson thuộc Học viện Nghiên cứu Tiến bộ tại Princeton, New Jersey, bày tỏ sự lo lắng: "Nếu vũ trụ đang tăng tốc độ giãn nở, thì đó là tin rất xấu. Đó sẽ là một tương lai ảm đạm về lâu dài". Các thiên hà sẽ ngày càng xa rời nhau. Thậm chí khoảng cách của chúng tăng lên đến nỗi ánh sáng từ các thiên hà rồi một ngày cũng không đến được với thiên hà khác. Thời gian càng trôi qua, con người càng mất đi khả năng du hành xuyên thiên hà hoặc thậm chí cả việc chỉ quan sát chúng bằng kính viễn vọng.

Nếu vũ trụ không ngừng giãn nở, đến một ngày những vì sao xa nhất sẽ không thể chiếu sáng được tới Trái Đất

"Chúng ta thực sự không biết việc giãn nở sẽ dừng hay tiếp tục vì chúng ta không hiểu tại sao nó đang tăng tốc. Hy vọng lạc quan ở đây là nó sẽ chậm đi khi vũ trụ trở nên lớn hơn". Còn nếu không, ngay cả nhìn những thiên hà cách 13 tỷ năm ánh sáng có lẽ sẽ là giấc mơ với hậu thế.

Nhưng chuyện không du hành xuyên thiên hà được có lẽ cũng không đáng lo bằng cái kết sau cùng của tất cả. Câu hỏi ở đây là liệu con người nói riêng hoặc sự sống nói chung, có thể "sống sót" sau đấy không?

Ở mức độ này, mọi thứ trở thành câu chuyện viễn tưởng. Trừ kịch bản Big Crunch, các nhà khoa học vạch một giải pháp gần như không tưởng là tạo ra một vũ trụ mới, bên trong lòng vũ trụ "đang chết". Nhà vật lý Alan Guth thuộc Học viện MIT, nhận xét: "Tôi không thể nói chắc rằng liệu các định luật vật lý có cho phép điều trên xảy ra không. Nhưng nếu có thể, việc đó sẽ cần những công nghệ vượt xa những gì mà chúng ta có thể tiên đoán. Nó sẽ cần đến lượng năng lượng cực kỳ khổng lồ và một cỗ máy khủng khiếp đến mức điều khiển được nguồn năng lượng ấy".

Liệu con người có đủ sức tạo ra vũ trụ mới không?

Thứ mà Guth nói nhiều khả năng là một lỗ đen và nó phải cực kỳ lớn, chứa thật nhiều năng lượng để có thể cô đặc vật chất đủ đến mức tạo ra một Big Bang khác. Nhưng chính Guth cũng không chắc liệu con người có thể làm được: "Tôi cần phải nói rằng điều đó không thật chắc chắn. Chúng ta thực sự không biết liệu có làm được việc đó hay không".

Sau cùng, các nhà vật lý viện ra một kịch bản khác, mà con người, hoặc có thể hoặc không, có thể sống sót được. Đó là kịch bản Multiverse.

Big Bang có thể là nơi sinh ra vũ trụ của chúng ta, nhưng cũng có thể là nơi sinh ra nhiều vụ trũ khác. Tại thời kỳ lạm phát (inflation), rất có thể nhiều vũ trụ khác cũng hình thành khi ấy và từng vũ trụ tồn tại độc lập với nhau. Theo lý thuyết này, vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong hằng hà nhiều vũ trụ song song khác. Thậm chí mỗi vũ trụ có thể kết thúc bằng một kịch bản khác nhau. Vũ trụ của chúng ta có thể kết thúc bằng Big Freeze nhưng vũ trụ khác là Big Crunch hoặc Big Change.

Multiverse

Rất có thể, vũ trụ của chúng ta không là duy nhất

Trong trường hợp nếu Multiverse đúng, và nhân loại có thể tìm ra được cách di chuyển giữa các vũ trụ, thì chúng ta vẫn có "hy vọng" cho việc sống sót...

Huyền Thế

Tổng hợp từ BBC và Wikipedia

Đánh giá gần đây
Đọc nhiều nhất Phản hồi nhiều nhất

1 "Điểm mặt" những quảng cáo smartphone thất bại nhất từ trước đến nay

2 Tân Thứ trưởng 8x Nguyễn Huy Dũng từng là học sinh chuyên Toán, sinh viên ĐH Bách Khoa Hà Nội

3 Mẹo đánh lừa bộ não giúp bạn ghi nhớ mọi thứ

4 Cục Đăng kiểm Việt Nam nói gì về ống xả Honda Winner X?

5 Xin lỗi người hâm mộ Android, Apple đã đúng: màn hình 1080p là quá đủ với smartphone!

Tin Liên quan
Các tin khác
a
Xem thêm
Góc nhìn VNREVIEW