Hằng số vũ trụ có lẽ là một dạng vật chất hoặc năng lượng bí ẩn hoạt động đối nghịch với lực hấp dẫn và được nhiều nhà vật lý coi là tương đương với năng lượng tối . Không ai thực sự biết chính xác hằng số vũ trụ là gì, nhưng nó được yêu cầu trong các phương trình vũ trụ để dung hòa lý thuyết với những quan sát của chúng ta về vũ trụ.
Ai đã nghĩ ra hằng số vũ trụ?
Albert Einstein , nhà vật lý nổi tiếng người Mỹ gốc Đức, đã đưa ra hằng số vũ trụ, mà ông gọi là “hằng số phổ quát”, vào năm 1915 như một phương tiện để cân bằng các phép tính nhất định trong lý thuyết tương đối rộng của ông. Vào thời điểm đó, các nhà vật lý tin rằng vũ trụ là tĩnh – không giãn nở cũng không co lại – nhưng công trình của Einstein cho rằng lực hấp dẫn sẽ khiến nó làm việc này hay cách khác. Vì vậy, để phù hợp với sự đồng thuận của khoa học, Einstein đã chèn một hệ số fudge, được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp lambda, vào kết quả của mình, điều này giữ cho vũ trụ đứng yên.
Tuy nhiên, hơn một thập kỷ sau, nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble nhận thấy rằng các thiên hà thực sự đang di chuyển ra khỏi chúng ta, cho thấy vũ trụ đang giãn nở. Einstein gọi lambda là “sai lầm lớn nhất” của ông.
Các quan sát của Hubble đã phủ nhận sự cần thiết của một hằng số vũ trụ trong nhiều thập kỷ, nhưng điều đó đã thay đổi khi các nhà thiên văn kiểm tra các siêu tân tinh ở xa vào cuối những năm 1990 phát hiện ra rằng vũ trụ không chỉ đang giãn nở mà còn đang tăng tốc trong quá trình giãn nở của nó. Họ đặt tên cho lực phản trọng lực bí ẩn cần thiết để giải thích cho hiện tượng này là “năng lượng tối “.
Vào những năm 1920, nhà vật lý người Nga Alexander Friedmann đã phát triển một phương trình, ngày nay được gọi là Phương trình Friedmann, mô tả các đặc tính của vũ trụ từ Vụ nổ BigBang trở đi, theo một hướng dẫn trực tuyến từ Đại học Bang Georgia .
Bằng cách quét sạch lambda của Einstein và gắn nó vào các phương trình Friedmann, các nhà nghiên cứu có thể lập mô hình vũ trụ một cách chính xác – tức là với tốc độ giãn nở ngày càng nhanh. Phiên bản này của Phương trình Friedmann hiện tạo thành xương sống của lý thuyết vũ trụ học đương đại, được gọi là ΛCDM (Lambda CDM, trong đó CDM là viết tắt của vật chất tối lạnh) và giải thích cho tất cả các thành phần đã biết của thực tại.
Vậy, con số kỳ diệu này là gì?
Tuy nhiên, không ai thực sự hiểu lambda là gì. Hầu hết các nhà vật lý coi nó có thể thay thế cho khái niệm năng lượng tối, nhưng điều đó không làm cho mọi thứ rõ ràng hơn vì năng lượng tối chỉ đơn giản là một phần giữ chỗ mô tả một số chất phản trọng lực chưa biết. Vì vậy, về cơ bản chúng tôi đã hoàn nguyên để sử dụng hệ số fudge của Einstein.
Một giải thích tiềm năng cho hằng số vũ trụ nằm trong lĩnh vực vật lý hạt hiện đại. Các thí nghiệm đã xác minh rằng không gian trống rỗng được xuyên qua bởi vô số hạt ảo liên tục xuất hiện và tồn tại. Hành động không ngừng này tạo ra thứ được gọi là “năng lượng chân không”, hoặc một lực sinh ra từ không gian trống, vốn có trong cấu trúc của không-thời gian có thể phá hủy vũ trụ.
Hình này hiển thị bản đồ về tỷ lệ giãn nở của vũ trụ theo các hướng khác nhau. Bản đồ ở tọa độ thiên hà, với trung tâm nhìn về phía trung tâm của thiên hà của chúng ta. Các màu đen và tím hiển thị hướng của tốc độ mở rộng thấp nhất (hằng số Hubble); màu vàng và đỏ hiển thị hướng của tỷ lệ mở rộng cao nhất.(Hình ảnh: Đại học Bonn / K. Migkas et al.)
Nhưng kết nối năng lượng chân không với hằng số vũ trụ là không đơn giản. Dựa trên những quan sát của họ về các siêu tân tinh, các nhà thiên văn học ước tính rằng năng lượng tối nên có một giá trị nhỏ và trầm lắng, chỉ đủ để đẩy mọi thứ trong vũ trụ ra xa nhau trong hàng tỷ năm.
Tuy nhiên, khi các nhà khoa học cố gắng tính toán lượng năng lượng sẽ phát sinh từ chuyển động của các hạt ảo, họ đưa ra kết quả lớn hơn 120 bậc độ lớn so với những gì dữ liệu siêu tân tinh đề xuất.
Để thêm vào câu hỏi hóc búa, một số nhà nghiên cứu đã đề xuất rằng hằng số vũ trụ có thể không phải là một hằng số, mà là thay đổi hoặc dao động theo thời gian. Lý thuyết này được gọi là tinh hoa và một số dự án, chẳng hạn như Khảo sát Năng lượng Tối , hiện đang thực hiện các quan sát chính xác để xem liệu nó có bất kỳ hỗ trợ quan sát nào hay không.
Trong khi chờ đợi, các nhà vũ trụ học sẽ tiếp tục sử dụng lambda. Họ có thể không biết nó là gì, nhưng họ biết rằng họ cần nó để làm cho vũ trụ có ý nghĩa.
Nguồn tham khảo: https://www.livescience.com/cosmological-constant.html
