THUYẾT VŨ TRỤ DAO ĐỘNG LÀ GÌ? - KHOA HỌC - 2026

Các vũ trụ dao động hay vũ trụ có tính chu kỳ lý thuyết đề xuất rằng vũ trụ nở và hợp đồng vô thời hạn. Richard Tolman (1881-1948), một nhà toán học tại Viện Công nghệ California, đã đề xuất một lý thuyết dựa trên toán học về vũ trụ dao động vào khoảng năm 1930.

Nhưng ý tưởng này không phải là mới đối với thời Tolman, vì kinh điển Vệ Đà cổ đại đã đề xuất một điều gì đó tương tự vào khoảng năm 1500 trước Công nguyên, nói rằng toàn bộ vũ trụ được chứa trong một quả trứng vũ trụ tên là Brahmanda.

Hình 1. Quang cảnh vũ trụ sâu từ Hubble. Hiện tại vũ trụ đang giãn nở, nhưng theo lý thuyết vũ trụ dao động, sẽ có lúc nó co lại. Nguồn: Wikimedia Commons.

Nhờ Edwin Hubble (1889-1953), người ta đã chứng minh được rằng vũ trụ hiện đang mở rộng, mà theo hầu hết các nhà thiên văn học, nó hiện đang tăng tốc.

Đề xuất lý thuyết vũ trụ dao động

Những gì Tolman đề xuất là sự giãn nở của vũ trụ xảy ra nhờ xung lực ban đầu của Vụ nổ lớn và sẽ dừng lại một khi xung lực chấm dứt do tác động của lực hấp dẫn.

Thật vậy, nhà vũ trụ học người Nga Alexander Friedmann (1888-1925) đã đưa ra bằng toán học vào năm 1922 ý tưởng về mật độ tới hạn của vũ trụ, dưới đó nó giãn nở mà lực hấp dẫn không thể ngăn cản nó, trong khi ở trên nó thì như vậy. Lực hấp dẫn ngăn cản sự giãn nở và gây ra sự co lại của nó cho đến khi nó sụp đổ.

Vâng, trong lý thuyết của mình, Tolman dự đoán rằng mật độ của vũ trụ sẽ đạt đến điểm mà tại đó sự giãn nở sẽ dừng lại nhờ lực hãm hấp dẫn, và giai đoạn co lại, được gọi là Big Crunch, sẽ bắt đầu.

Trong giai đoạn này, các thiên hà sẽ ngày càng gần nhau hơn để tạo thành một khối khổng lồ, cực kỳ dày đặc, gây ra sự sụp đổ được dự đoán trước.

Lý thuyết này cũng cho rằng vũ trụ không có điểm bắt đầu và kết thúc cụ thể, vì nó được xây dựng và phá hủy luân phiên theo chu kỳ hàng triệu năm.

Vật chất nguyên thủy

Hầu hết các nhà vũ trụ học đều chấp nhận lý thuyết Vụ nổ lớn là nguồn gốc của vũ trụ, được hình thành thông qua vụ nổ nguyên thủy vĩ đại, từ một dạng vật chất và năng lượng cụ thể có mật độ và nhiệt độ khổng lồ không thể tưởng tượng được.

Từ nguyên tử ban đầu vĩ đại này xuất hiện các hạt cơ bản mà chúng ta biết: proton, electron và neutron, ở dạng gọi là ylem, một từ Hy Lạp mà nhà thông thái Aristotle đã dùng để chỉ chất nguyên thủy, nguồn gốc của mọi vật chất.

Ylem dần dần nguội đi khi nó nở ra, mỗi lần trở nên ít đặc hơn. Quá trình này để lại một dấu vết bức xạ trên vũ trụ, mà bây giờ đã được phát hiện: phông bức xạ vi sóng.

Các hạt cơ bản bắt đầu kết hợp với nhau và tạo thành vật chất mà chúng ta biết trong vài phút. Vì vậy, ylem đã liên tiếp biến đổi thành chất này và chất khác. Ý tưởng về ylem chính xác là thứ đã hình thành nên ý tưởng về vũ trụ đang chuyển động.

Theo lý thuyết về vũ trụ dao động, trước khi đạt đến giai đoạn mở rộng này mà chúng ta đang ở hiện tại, có thể một vũ trụ khác tương tự như vũ trụ hiện tại đã tồn tại, đã co lại để tạo thành ylem.

Hoặc có thể của chúng ta là vũ trụ đầu tiên trong số các vũ trụ tuần hoàn sẽ diễn ra trong tương lai.

Big Bang, Big Crunch và entropy

Theo Tolman, mọi chuỗi dao động trong vũ trụ đều bắt đầu bằng Vụ nổ lớn, trong đó vụ nổ làm nảy sinh mọi vật chất mà chúng ta biết và kết thúc bằng Vụ vỡ lớn, sự sụp đổ mà vũ trụ sụp đổ.

Trong khoảng thời gian giữa cái này và cái kia, vũ trụ giãn nở cho đến khi lực hấp dẫn dừng lại.

Tuy nhiên, như Tolman tự nhận ra, vấn đề nằm ở định luật thứ hai của nhiệt động lực học, trong đó nói rằng entropy - mức độ rối loạn - của một hệ không bao giờ giảm.

Do đó, mỗi chu kỳ sẽ phải dài hơn chu kỳ trước, nếu vũ trụ có thể giữ được ký ức về entropy trước đó của nó. Bằng cách tăng độ dài của mỗi chu kỳ, sẽ đến một điểm mà vũ trụ có xu hướng giãn nở vô thời hạn.

Một hệ quả khác là theo mô hình này, vũ trụ là hữu hạn và ở một thời điểm xa xôi nào đó trong quá khứ nó hẳn đã có một nguồn gốc.

Để khắc phục vấn đề, Tolman tuyên bố rằng bằng cách bao gồm nhiệt động lực học tương đối tính, những hạn chế như vậy sẽ biến mất, cho phép một loạt các sự co lại và mở rộng vô hạn của vũ trụ.

Sự tiến hóa của vũ trụ

Hình 2. Tham số mật độ xác định ba dạng hình học có thể có của vũ trụ. Nguồn: NASA qua Wikimedia Commons.

Nhà vũ trụ học người Nga Alexander Friedmann, người cũng là một nhà toán học vĩ đại, đã khám phá ra ba lời giải cho các phương trình của Einstein. Đây là 10 phương trình là một phần của thuyết tương đối và mô tả cách thức không-thời gian cong do sự hiện diện của vật chất và lực hấp dẫn.

Ba giải pháp của Friedmann dẫn đến ba mô hình vũ trụ: một đóng, một mở và một phẳng thứ ba. Các khả năng được cung cấp bởi ba giải pháp này là:

-Một vũ trụ đang giãn nở có thể ngừng giãn nở và co lại.

-Vũ trụ đang giãn nở có thể đạt trạng thái cân bằng.

-Sự mở rộng có thể tiếp tục đến vô cùng.

The Big Rip

Tốc độ giãn nở của vũ trụ và số lượng vật chất có trong nó là chìa khóa để nhận ra giải pháp chính xác trong số ba giải pháp đã được đề cập.

Friedmann đã ước tính rằng mật độ tới hạn được đề cập ở phần đầu là cộng hoặc trừ 6 nguyên tử hydro trên một mét khối. Hãy nhớ rằng hydro và heli là sản phẩm chính của ylem sau Vụ nổ lớn và là những nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ.

Cho đến nay, các nhà khoa học đồng ý rằng mật độ của vũ trụ hiện tại là rất thấp, theo cách mà nó không khả thi để tạo ra một lực hấp dẫn để làm chậm sự giãn nở.

Vì vậy, vũ trụ của chúng ta sẽ là một vũ trụ mở, có thể kết thúc trong Great Tear hoặc Big Rip, nơi vật chất bị phân tách thành các hạt hạ nguyên tử không bao giờ quay trở lại với nhau. Đây sẽ là sự kết thúc của vũ trụ mà chúng ta biết.

Vật chất tối là chìa khóa

Nhưng bạn phải tính đến sự tồn tại của vật chất tối. Vật chất tối không thể được nhìn thấy hoặc phát hiện trực tiếp, ít nhất là vào lúc này. Nhưng hiệu ứng hấp dẫn của nó thì có, vì sự hiện diện của nó sẽ giải thích sự thay đổi lực hấp dẫn trong nhiều ngôi sao và hệ thống.

Vì vật chất tối được cho là chiếm tới 90% vũ trụ, nên có thể vũ trụ của chúng ta đã đóng cửa. Trong trường hợp đó, lực hấp dẫn sẽ có thể bù đắp cho sự giãn nở, đưa nó đến Vụ nổ lớn, như đã mô tả trước đây.

Trong mọi trường hợp, đó là một ý tưởng hấp dẫn, vẫn còn rất nhiều chỗ để suy đoán. Trong tương lai, có thể bản chất thực sự của vật chất tối, nếu nó tồn tại, sẽ được tiết lộ.

Đã có các thí nghiệm cho điều này trong các phòng thí nghiệm của Trạm vũ trụ quốc tế. Trong khi đó trên mặt đất, các thí nghiệm cũng đang được thực hiện để lấy vật chất tối từ vật chất bình thường. Những phát hiện có được sẽ là chìa khóa để hiểu được bản chất thực sự của vũ trụ.

Người giới thiệu

1. Kragh, H. Mô hình tuần hoàn của vũ trụ tương đối tính. Được khôi phục từ: arxiv.org.
2. Pérez, I. Nguồn gốc và sự kết thúc của Vũ trụ. Được khôi phục từ: Revestaesfinge.com.
3. SC633. Nguồn gốc của Vũ trụ. Được khôi phục từ: sc663b2wood.weebly.com.
4. Villanueva, J. Thuyết vũ trụ dao động. Đã khôi phục: Universaletoday.com.
5. Wikipedia. Mô hình tuần hoàn. Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Hình dạng của Vũ trụ. Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.