Bạn đã bao giờ tự hỏi, điều gì tồn tại trước vụ nổ Big Bang? Đây cũng là câu hỏi mà nhiều người yêu thích thiên văn học trăn trở.
Năm 1929, Edwin Hubble phát hiện ra hiện tượng các thiên hà đang ngày càng di chuyển xa nhau, chứng minh rằng sự giãn nở của vũ trụ là một thực tế đã được kiểm chứng. Điều này dẫn đến một suy luận logic: nếu vũ trụ đang giãn nở, thì nó phải có một điểm khởi đầu. Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng, khởi đầu của vũ trụ là một điểm kỳ dị với mật độ và khối lượng vô hạn, sau đó phát nổ và giãn nở, tạo ra vũ trụ như chúng ta thấy ngày nay. Hãy cùng nhau khám phá hành trình chứng minh Big Bang!
Trước hết, chúng ta phải biết ơn giới hạn tốc độ của ánh sáng. Chính giới hạn này cho phép chúng ta nhìn lại hàng tỷ năm trong quá khứ, truy tìm nguồn gốc của vũ trụ. Và “dấu vết” còn sót lại của Big Bang chính là Bức xạ nền vi sóng vũ trụ (Cosmic Microwave Background – CMB). Quay ngược thời gian 13,8 tỷ năm về trước, khi mà vũ trụ chưa hình thành, chỉ tồn tại dưới dạng một điểm kỳ dị, khoảnh khắc bắt đầu với vụ nổ Big Bang. Trong giây đầu tiên sau khi vũ trụ hình thành, NASA tính toán nhiệt độ vào khoảng 5,5 tỷ độ C và bằng cách quan sát CMB, chúng ta có thể truy tìm dấu vết nhiệt dư của vụ nổ Big Bang.
Vậy, nếu chúng ta xây dựng một kính thiên văn có thể nhìn thấy 13,8 tỷ năm ánh sáng, có phải chúng ta có thể thấy những gì đã thực sự xảy ra 13,8 tỷ năm trước? Câu trả lời là không. Chúng ta không thể nhìn thấy thời điểm Big Bang xảy ra. Bởi vì vũ trụ đang giãn nở nhanh hơn tốc độ ánh sáng, chúng ta bị “mắc kẹt” và hoàn toàn tách biệt khỏi sự khởi đầu của vũ trụ.
Mặc dù vẫn còn những điều chưa chắc chắn, nhưng thuyết Big Bang vẫn là lý thuyết được nhiều nhà thiên văn học tin tưởng, là nguyên nhân hình thành vũ trụ. Và thực tế, nếu lý thuyết này đúng, thì điều gì đã tồn tại ngay trước vụ nổ, và điều gì gây ra vụ nổ? Câu hỏi này đã làm đau đầu nhiều nhà thiên văn học.
Triết Học và Khoa Học: Cuộc Đối Thoại Về Nguồn Gốc Vũ Trụ
Câu hỏi này đã xuất hiện từ rất sớm, 1600 năm trước cả thiên văn học và vũ trụ học hiện đại. Vào thế kỷ thứ 4, nhà thần học Augustine đã nỗ lực nghiên cứu khái niệm về bản chất của Chúa trước khi tạo ra vũ trụ. Và câu trả lời của ông, đó là không có gì tồn tại trước khi Chúa tạo ra mọi thứ. Tuy nhiên, câu trả lời này dường như không phù hợp với thiên văn học và vũ trụ học hiện đại.
Vật lý ở thế kỷ 21 được trang bị kiến thức sâu rộng hơn, bao gồm thuyết tương đối của Albert Einstein, với khái niệm về mối tương quan giữa khối lượng và thời gian, đã mang lại cho chúng ta một cái nhìn mới về vũ trụ trước Big Bang. Giải thích đơn giản, các hành tinh có khối lượng lớn hơn, thì chúng ta sẽ cảm thấy thời gian trôi chậm hơn khi đứng trên bề mặt, so với các hành tinh có khối lượng nhẹ hơn, mặc dù sự khác biệt là rất nhỏ.
Như vậy, trước Big Bang, điểm kỳ dị là nơi tập trung toàn bộ khối lượng của vũ trụ, khiến thời gian đứng yên, hoặc có thể coi là không có khái niệm thời gian. Điều này cũng có nghĩa là, không có khái niệm về giai đoạn trước Big Bang. Nếu chỉ xét đến thuyết tương đối của Einstein, thì khái niệm thời gian chỉ tồn tại khi điểm kỳ dị sơ khai giãn nở về kích thước và hình dạng.
Nói cách khác, không có thời gian trước Big Bang. Và điều này cũng có nghĩa là, câu hỏi “điều gì đã tồn tại trước Big Bang” trở nên vô nghĩa. Tuy nhiên, thuyết tương đối của Einstein vẫn chưa hoàn thiện. Còn rất nhiều hiện tượng mà nó không thể giải thích được, và hiện tại chúng ta đang xem xét đến lý thuyết vật lý lượng tử.
Vật Lý Lượng Tử: Mở Ra Những Góc Nhìn Mới Về Vũ Trụ
Vậy, vật lý lượng tử là gì? Nói một cách đơn giản, vật lý lượng tử là một lĩnh vực khoa học, chuyên nghiên cứu các định luật vật lý của thế giới vật chất ở cấp độ vô cùng nhỏ, cấp độ hạt nguyên tử và hạ nguyên tử, tức là các hạt như electron, proton, neutron, gluon, quark, neutrino… Lĩnh vực này đã được quan tâm và phát triển từ những năm 1900. Max Planck, một nhà vật lý người Đức, được coi là một trong những người đóng góp đầu tiên và quan trọng nhất trong lĩnh vực này.
Về mặt khái niệm, từ “lượng tử” trong “Vật lý lượng tử”, có nguồn gốc từ tiếng Latinh, có nghĩa là “đơn vị nhỏ nhất cấu thành bất kỳ vật chất nào”. Vật lý lượng tử xem năng lượng là một dạng vật chất, thay vì “trường năng lượng” của vật lý cổ điển, vì vậy nó có thể được đo lường, định lượng, chia nhỏ thành các đơn vị.
Sau hơn một thế kỷ nghiên cứu với vô số thí nghiệm, các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết và lý thuyết đột phá, trong việc giải thích các quy luật vận hành của thế giới vật chất. Sự ra đời của vật lý lượng tử và một loạt các lý thuyết mới, đã thay đổi tư duy và quan niệm trước đây, đồng thời làm sống lại câu hỏi, “Điều gì đã tồn tại trước vụ nổ Big Bang?”.
Những Giả Thuyết Về Thế Giới Trước Vụ Nổ Big Bang
Vật lý lượng tử đưa ra một giả thuyết rằng, vũ trụ của chúng ta có thể chỉ là một tiểu vũ trụ, trong một vũ trụ lớn hơn. Lý thuyết này được hình thành từ các quan sát bức xạ nền vũ trụ. Các nhà thiên văn học lần đầu tiên quan sát CMB vào năm 1965, và nó nhanh chóng gây ra một vấn đề trong lý thuyết Big Bang. Tuy nhiên, đến năm 1981, nó đã được giải thích bằng lý thuyết lạm phát vũ trụ. Lý thuyết này cho thấy rằng, vũ trụ đã giãn nở rất nhanh, chỉ trong vài phút vào giai đoạn đầu tiên của sự tồn tại của vũ trụ. Nó gây ra những biến động về nhiệt độ và mật độ của CMB, tuy nhiên, những biến thể này phải nhất quán.
Những nỗ lực gần đây để lập bản đồ vũ trụ đã cho thấy rằng, vũ trụ có khá nhiều sai lệch. Một số khu vực biến động nhiều hơn những khu vực khác. Một số nhà thiên văn học tin rằng, điều này chứng minh vũ trụ không tự hình thành, mà được hình thành từ một vũ trụ lớn hơn.
Một lý thuyết khác đề cập đến một lỗ đen khổng lồ trong một vũ trụ khác. Lỗ đen giống như một chiếc máy ép khổng lồ trong vũ trụ, và theo lý thuyết thì vật chất bị hút vào và nén lại, sẽ được giải phóng thông qua lỗ trắng. Lỗ trắng là đối nghịch của lỗ đen, nó giống như một van xả vật chất, không chỉ vậy, nó còn cung cấp năng lượng cho vật chất. Như vậy các nhà thiên văn học đưa ra giả thuyết rằng vũ trụ của chúng ta từng hình thành trong một lỗ đen khổng lồ, và mỗi lỗ đen trong vũ trụ có thể chứa đựng các vũ trụ chưa tồn tại, mà chúng ta chưa bao giờ biết đến.
Các nhà khoa học khác tin vào lý thuyết chu kỳ, nơi sự hình thành của điểm kỳ dị là do chính vũ trụ trước đó sụp đổ, trong một sự kiện được gọi là Big Crunch. Nếu lý thuyết Big Bang là đúng, có nghĩa là vũ trụ đã từng là một điểm duy nhất và đang giãn nở. Vậy, có thể có trường hợp ngược lại không, liệu vũ trụ có ngừng giãn nở và mọi thứ sẽ sụp đổ dưới tác động của lực hấp dẫn?
Trong trường hợp nếu sự giãn nở của vũ trụ dừng lại, hoặc lực hấp dẫn chiếm ưu thế, thì mọi thứ sẽ tập hợp lại thành một điểm ở trung tâm, nơi nhiệt độ sẽ còn cao hơn cả ở trung tâm của những ngôi sao lớn nhất và rất có thể sẽ trở thành một Hố Đen tối thượng, do sự tích tụ vật chất của toàn bộ vũ trụ. Điểm kỳ dị này một lần nữa, bị nén đến mức trở thành một lỗ trắng khổng lồ, và giải phóng tất cả vật chất ra ngoài theo cách mà vụ nổ lớn mà chúng ta gọi là Big Bang tái tạo vũ trụ. Sau đó, quá trình Big Bang và Big Crunch lặp lại theo lý thuyết chu kỳ. Tuy nhiên, giả thuyết này đặt ra một câu hỏi tương tự như trường hợp, “con gà có trước hay quả trứng có trước”.
Kết Luận: Hành Trình Tìm Kiếm Bí Ẩn Nguồn Gốc Vũ Trụ
Vậy để trả lời câu hỏi “điều gì đã tồn tại trước vụ nổ Big Bang?”, ngay cả các nhà khoa học cũng đang phải vật lộn để tìm ra câu trả lời. Có thể trước đó, vũ trụ hoàn toàn không tồn tại, có thể vũ trụ này sinh ra từ một vũ trụ lớn hơn, hoặc theo lý thuyết chu kỳ. Tuy nhiên, dù câu trả lời là gì, sự sáng tạo luôn là một bí ẩn lớn nhất, và có lẽ với kiến thức hiện tại, chúng ta vẫn nên tạm tin vào bàn tay của đấng tối cao, người đã tạo ra mọi thứ.