Liệu có tồn tại “trước” Big Bang?

Bức ảnh chụp bởi kính thiên văn Hubble này là tổ hợp của một triệu lần chụp phơi sáng mỗi lần 1 giây, tiết lộ hình ảnh các thiên hà tại thời gian rất ngắn sau Big Bang. Nhưng liệu đây có thực sự là sự khởi đầu của vũ trụ, hay chỉ là một giai đoạn trong sự phát triển của nó? (NASA/Getty Images)

“Những gì đã biết là hữu hạn, những gì chưa biết là vô hạn; về mặt tri thức, chúng ta đang đứng trên một hòn đảo nhỏ bé giữa một đại dương vô hạn của những điều không thể lý giải được.” – Thomas Henry Huxley (1825 – 1895)

Tất cả các ngọn núi, các dòng sông, các thung lũng, mọi loài động vật và con người – tất cả những gì đã, đang và sẽ tồn tại, xưa kia đều hợp nhất trong một điểm nhỏ xíu và bốc cháy. Nó là một điểm có mật độ dày đặc vô hạn đến nỗi sự tưởng tượng của người trần mắt thịt chúng ta có lẽ cũng sẽ không bao giờ có thể hiểu được được tất cả về nó. Hàng triệu tỷ tấn vật chất đã kết hợp với tất cả năng lượng của vũ trụ vĩ đại, bắt đầu giãn nở và vỡ tung ra trong một vụ nổ khổng lồ khoảng 20 tỷ năm trước.

So với Big Bang (Vụ nổ lớn), tiếng động tạo ra từ quả bom nguyên tử mạnh nhất của loài người, có lẽ, lớn nhất cũng chỉ bằng một con muỗi rơi xuống mặt đất ở phía bên kia của hành tinh Trái đất. Từ đó trở đi, lịch sử của vũ trụ đã có một bước ngoặt còn phong phú và kỳ lạ hơn. Sự mở rộng không ngừng của tất cả những thứ tồn tại đã biến vũ trụ thành một hỗn hợp xúp plasma, dần dần biến đổi đến một trạng thái ngày càng giống với những gì chúng ta biết ngày nay.

Sau đó các vật chất này dần dần nguội đi, hình thành các hạt quark, electron và proton đầu tiên. Hàng trăm nghìn năm đã trôi qua, và các hạt electron và hạt nhân kết hợp lại với nhau tạo thành các nguyên tử, và sau đó hình thành các chuẩn tinh, các ngôi sao, các nhóm thiên hà, và tất cả những gì là vũ trụ mà ngày nay chúng ta biết đến.

Bất chấp tất cả những thông tin thu được qua nhiều năm nghiên cứu khoa học, các giai đoạn của vũ trụ trong các thời điểm đầu tiên của nó sau vụ nổ vĩ đại này vẫn là một đề tài tranh luận sôi nổi. Các lý thuyết khác nhau lưu truyền trong giới khoa học dường như tìm ra manh mối khi cố gắng giải thích trạng thái lượng tử đặc thù của vật chất trong các giai đoạn nguyên thủy – những thời điểm ngay đầu tiên của Big Bang. Vẫn không tồn tại một mô hình vật lý duy nhất có sức thuyết phục để giải thích 10 -33 (mười mũ trừ 33) giây đầu tiên của vũ trụ.

Cố gắng để hiểu nguồn gốc của vụ nổ quan trọng này thậm chí còn phức tạp hơn. Chúng ta càng hiểu hơn về nguyên nhân ban đầu của mỗi sự kiện và dần dần nhận ra rằng tất cả mọi thứ đến từ những nguyên nhân trước đó, thì lý do đằng sau việc vì sao vũ trụ được tạo ra thậm chí còn trở thành một điều bí ẩn càng lớn hơn – một chân lý tối hậu để làm sáng tỏ.

Vụ nổ lớn (Big Bang), Vụ co lớn (Big Crunch), và chu kỳ vô hạn

Một lý thuyết được xem là giải thích được nguồn gốc tối hậu là thuyết Vũ trụ Dao động (Oscillating Universe). Nhiều nhà khoa học ước lượng rằng vật chất chứa đựng trong vũ trụ đủ để tạo ra lực hấp dẫn đủ lớn để dừng sự nở rộng thêm và bắt đầu, tại một thời điểm xác định trong lịch sử, đảo ngược lại quá trình này.

Theo lý thuyết này, sự co lại liên tục của toàn bộ vũ trụ sẽ đạt cực điểm tại một điểm ban đầu duy nhất – một hiện tượng được đặt tên là “Vụ co lớn” (Big Crunch). Từ thời điểm đó trở đi (tất nhiên là trên lý thuyết) vũ trụ thực sự sẽ tiếp tục theo cách này, với một “Vụ nảy lớn” (Big Bounce), hay nói cách khác là một Vụ nổ lớn (Big Bang) mới.

Lý thuyết này dẫn chúng ta đến một câu hỏi, rằng liệu có phải chuỗi sự kiện phi thường mà chi phối các chu kỳ của mọi thứ trong vũ trụ (Thành – Hoại – Diệt) này được lặp lại vĩnh viễn, và liệu có phải nó đã xảy ra vô số lần theo một mô hình tương tự từ quá khứ xa xôi.

Mặc dù thuyết Vũ trụ Dao động trước đây từng bị kịch liệt phản đối thay vì các mô hình vũ trụ khác, các nghiên cứu xuất hiện gần đây đã tăng thêm uy tín cho lý thuyết này. Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Penn State University, sử dụng các tính toán hấp dẫn lượng tử, đã phỏng đoán về lịch sử có thể có của vũ trụ trước Big Bang.

Theo các tính toán này, trước Big Bang có tồn tại một trạng thái ‘thời – không’ tương tự như của chúng ta, ngoại trừ việc nó đang trải qua giai đoạn co lại. Họ cho rằng các lực hấp dẫn kéo vũ trụ vào trong đã đạt đến một điểm nào đó mà tại đó các đặc tính lượng tử của ‘thời – không’ đã làm cho lực hấp dẫn trở nên đẩy nhau thay vì hút nhau, tạo ra Big Bang mà từ đó chúng ta hiện nay giả sử là mình đã đến.

Sự biến thiên của hằng số alpha của vũ trụ, một thực tế kỳ lạ được xem như một khám phá của các nhà khoa học trong những năm gần đây, cũng có thể có liên quan đến vật chất của các vũ trụ trước đây. Giá trị ảo này (alpha) – được xem như một tham số của các quy luật vũ trụ mà cho phép các nguyên tử duy trì liên kết, cũng như các quy luật hóa học như chúng ta đã biết – không trùng khớp với những gì chúng ta trông đợi từ một vũ trụ già cỗi như của chúng ta.

Theo giá trị hiện tại của alpha, vũ trụ phải già hơn so với hiện nay khoảng 14 tỷ năm, và vật chất phải phân tán hơn so với trạng thái hiện tại đề xuất.

Tuy nhiên, lý thuyết tuần hoàn này có thể lý giải được tốt sự dị thường của hằng sốalpha này. Paul Steinhardt thuộc Trường Đại học Princeton, cùng với nhà vật lý tính toán Neil Turok thuộc Trường Đại học Cambridge ở Anh tin rằng sẽ vẫn có đủ thời gian để giá trị đo được trở về như hiện nay nếu như nó đã từng tồn tại trước vũ trụ trụ của chúng ta.

Xây dựng ý tưởng của họ từ phương diện của lý thuyết dây (string theory) và lý thuyết M (M theory), Turok và Steinhardt đã giả thuyết rằng Big Bang không phải chính xác là một sự kiện duy nhất, mà chỉ là một sự kiện mới nhất trong một dãy dài các vụ va chạm, những điều xảy ra theo chu kỳ khi sự giãn nở của vũ trụ đã đạt đến giới hạn của nó.

Nguồn gốc vĩ đại và sự hạn chế của khoa học

Thậm chí nếu như lý thuyết vũ trụ tuần hoàn được chứng minh, hoặc nếu như chúng ta tìm ra rằng thế giới của chúng ta bắt nguồn từ một Vụ co lớn trước đó, thì nguồn gốc của chu kỳ của vô số vụ giãn nở và co lại vẫn còn là một bí ẩn.

Mô hình của các chu kỳ vũ trụ được đề xuất trong Vụ nảy lớn cũng không thể có điểm kết thúc, nhưng nó không có một điểm khởi đầu ư? Liệu nguồn gốc này có trở thành biên giới giữa khoa học và tôn giáo hay không? Phải chăng các nhân tố “thần thánh” nằm dưới nguồn gốc của ‘thời – không’, hay một ngày nào đó chúng ta sẽ có thể giải thích được mọi thứ, cũng như nguyên nhân của Big Bang một cách hoàn toàn khoa học?

Khoa học hiện đại đã hướng dẫn chúng ta đến những tính toán trông có vẻ như tiếp cận được với các yếu tố cơ bản của Big Bang. Nhưng bất chấp những tính toán ngày càng phức tạp này, liệu chúng ta có thực sự tiến gần hơn chút nào đến hiểu biết về những gì đã thực sự xảy ra?

Vẫn còn có một khả năng rất lớn rằng con người sẽ không bao giờ được phép biết về sự thật tối hậu. Và mặc dù nhiều nhà khoa học tin rằng vũ trụ mà chúng ta đang sống trong đó không thể chứa đựng bất cứ thứ gì vượt ra ngoài nhận thức của một giải thích khoa học, thì con người lúc này hay lúc khác đôi khi cũng sẽ không chống nổi sự cám dỗ và tự hỏi bản thân mình là điều gì đã tạo ra “tất cả những gì tồn tại”.

Bài liên quan:

>> Các nhà khoa học Mỹ tin rằng có vô số vũ trụ đang hiện hữu
>> Các nhà khoa học khám phá ra sự tồn tại của nhiều thế giới

(Theo The Epoch Times)

Bản tiếng Anh có tại đây.