Điều gì đã xảy ra trước vụ nổ Big Bang?
(Hình ảnh: Shutterstock)
Vụ nổ Big Bang thường được coi là sự khởi đầu của tất cả: Khoảng 13,8 tỷ năm trước, vũ trụ có thể quan sát được đã bùng nổ và mở rộng thành hiện thực.
Nhưng mọi thứ như thế nào trước vụ nổ Big Bang ?
Câu trả lời ngắn gọn: Chúng tôi không biết. Câu trả lời dài: Có thể là rất nhiều thứ, mỗi thứ đều suy nghĩ theo cách riêng của mình.
Ở thời điểm bắt đầu
Điều đầu tiên cần hiểu là Big Bang thực sự là gì.
Sean Carroll, nhà vật lý lý thuyết tại Viện Công nghệ California và là tác giả của cuốn sách “The Big Picture: On the Origins of Life, Ý nghĩa và Vũ trụ” cho biết: “Vụ nổ lớn là một khoảnh khắc trong thời gian, không phải là một điểm trong không gian” (Dutton, 2016).
Do đó, có thể vũ trụ tại vụ nổ Big Bang là cực nhỏ hoặc vô cùng lớn, Carroll nói, bởi vì không có cách nào để nhìn ngược thời gian về những thứ mà chúng ta thậm chí không thể nhìn thấy ngày nay. Tất cả những gì chúng ta thực sự biết là nó rất, rất đặc và nó rất nhanh chóng trở nên ít đặc hơn.
Như một hệ quả tất yếu, thực sự không có bất cứ thứ gì bên ngoài vũ trụ, bởi vì vũ trụ, theo định nghĩa, là tất cả mọi thứ. Vì vậy, tại vụ nổ Big Bang, mọi thứ đều dày đặc và nóng hơn hiện tại, nhưng không có “bên ngoài” nào của nó như ngày nay . Thật hấp dẫn khi có một cái nhìn như thần và tưởng tượng bạn có thể đứng trong một khoảng không và nhìn vào vũ trụ bé sơ sinh ngay trước vụ nổ Big Bang, điều đó là không thể, Carroll nói. Vũ trụ không giãn nở vào không gian; không gian tự nó mở rộng.
Ông nói: “Cho dù bạn đang ở đâu trong vũ trụ, nếu bạn truy ngược lại 14 tỷ năm, bạn sẽ đến thời điểm này, nơi nó cực kỳ nóng, dày đặc và đang giãn nở nhanh chóng.
Không ai biết chính xác điều gì đang xảy ra trong vũ trụ cho đến 1 giây sau Vụ nổ lớn, khi vũ trụ nguội đi đủ để proton và neutron va chạm và dính vào nhau. Nhiều nhà khoa học nghĩ rằng vũ trụ đã trải qua một quá trình giãn nở theo cấp số nhân được gọi là lạm phát trong giây đầu tiên đó. Điều này sẽ làm mịn kết cấu của không-thời gian và có thể giải thích tại sao vật chất lại phân bố đều trong vũ trụ ngày nay.
Trước tiếng nổ
Có thể là trước Vụ nổ lớn, vũ trụ là một dải kéo dài vô tận của một vật chất siêu đặc, siêu đặc, tồn tại ở trạng thái ổn định cho đến khi, vì một lý do nào đó, Vụ nổ lớn xảy ra. Carroll nói rằng vũ trụ cực kỳ dày đặc này có thể được điều khiển bởi cơ học lượng tử, một loại vật lý có quy mô cực nhỏ. Vụ nổ Big Bang, sau đó, sẽ đại diện cho thời điểm mà vật lý cổ điển trở thành động lực chính cho sự tiến hóa của vũ trụ.
Đối với Stephen Hawking, khoảnh khắc này quan trọng hơn tất cả: Trước vụ nổ Big Bang, ông nói, các sự kiện là không thể đo lường được và do đó không thể xác định được. Hawking gọi này đề nghị không biên giới: Thời gian và không gian, ông nói , là hữu hạn, nhưng họ không có bất kỳ ranh giới hoặc bắt đầu hoặc kết thúc điểm, cùng một cách mà các hành tinh Trái đất là hữu hạn nhưng không có cạnh.
Ông nói trong một cuộc phỏng vấn trên chương trình National Geographic “StarTalk” vào năm 2018 : “Vì các sự kiện trước Vụ nổ lớn không có hậu quả quan sát được, nên người ta có thể cắt chúng ra khỏi lý thuyết và nói rằng thời gian bắt đầu từ Vụ nổ lớn “.
Hoặc có lẽ có điều gì đó khác trước vụ nổ Big Bang đáng để suy ngẫm. Một ý kiến cho rằng Vụ nổ lớn không phải là khởi đầu của thời gian, mà đúng hơn đó là một thời điểm đối xứng. Theo ý tưởng này, trước vụ nổ Big Bang, có một vũ trụ khác, giống hệt vũ trụ này nhưng với entropy tăng dần về quá khứ thay vì hướng tới tương lai.
Carroll nói, sự gia tăng entropy, hay sự rối loạn ngày càng tăng trong một hệ thống, về cơ bản là mũi tên của thời gian, Carroll nói, vì vậy trong vũ trụ gương này , thời gian sẽ chạy ngược lại với thời gian trong vũ trụ hiện đại và vũ trụ của chúng ta sẽ ở trong quá khứ. Những người ủng hộ lý thuyết này cũng cho rằng các đặc tính khác của vũ trụ sẽ bị đảo lộn trong vũ trụ gương này. Ví dụ, nhà vật lý học David Sloan đã viết trong Blog Khoa học của Đại học Oxford , sự bất đối xứng trong các phân tử và ion (được gọi là chiralities) sẽ theo hướng ngược lại với những gì chúng có trong vũ trụ của chúng ta.
Một lý thuyết liên quan cho rằng Vụ nổ lớn không phải là khởi đầu của mọi thứ, mà là một thời điểm khi vũ trụ chuyển từ thời kỳ co lại sang thời kỳ giãn nở. Khái niệm “Big Bounce” này gợi ý rằng có thể có các vụ nổ Big Bang vô hạn khi vũ trụ giãn nở, co lại và giãn nở trở lại. Carroll nói, vấn đề với những ý tưởng này là không có lời giải thích tại sao hoặc bằng cách nào mà một vũ trụ đang giãn nở sẽ co lại và quay trở lại trạng thái entropy thấp.
Carroll và đồng nghiệp Jennifer Chen có tầm nhìn trước Big Bang của riêng họ. Năm 2004, các nhà vật lý cho rằng có lẽ vũ trụ như chúng ta biết nó là con đẻ của vũ trụ mẹ mà từ đó một phần không-thời gian đã bị tách rời.
Nó giống như một hạt nhân phóng xạ đang phân rã, Carroll nói: Khi một hạt nhân phân rã, nó sẽ phun ra một hạt alpha hoặc beta. Vũ trụ mẹ có thể làm điều tương tự, ngoại trừ thay vì các hạt, nó tạo ra các vũ trụ con, có lẽ là vô hạn. Carroll nói: “Đó chỉ là một biến động lượng tử cho phép nó xảy ra. Carroll nói, những vũ trụ con này là ” vũ trụ song song theo nghĩa đen , và không tương tác hay ảnh hưởng đến nhau.
Nếu tất cả những điều đó nghe có vẻ khá rắc rối, thì đó là – bởi vì các nhà khoa học vẫn chưa có cách nào để nhìn lại ngay cả khoảnh khắc của Vụ nổ lớn, ít hơn nhiều so với những gì xảy ra trước đó. Tuy nhiên, vẫn có chỗ để khám phá, Carroll nói. Việc phát hiện ra sóng hấp dẫn từ các vụ va chạm mạnh mẽ của thiên hà vào năm 2015 mở ra khả năng những sóng này có thể được sử dụng để giải quyết những bí ẩn cơ bản về sự giãn nở của các vũ trụ trong giây quan trọng đầu tiên đó.
Carroll nói, các nhà vật lý lý thuyết cũng có nhiều việc phải làm, chẳng hạn như đưa ra các dự đoán chính xác hơn về cách các lực lượng tử như lực hấp dẫn lượng tử có thể hoạt động.
Carroll nói: “Chúng tôi thậm chí không biết mình đang tìm kiếm cái gì cho đến khi chúng tôi có một lý thuyết.
Nguồn tham khảo: