 |
Mô phỏng sự hình thành của các sao trong vũ trụ sơ khai, vài trăm triệu năm sau vụ nổ lớn (Big Bang) |
Trong bài báo mới này, ba nhà khoa học cố gắng mô hình hóa bản chất của năng lượng tối - một lực bí ẩn dường như đang khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn bao giờ hết - dựa trên những quan sát trước đây về sự giãn nở của vũ trụ. Trong mô hình của nhóm, năng lượng tối không phải là một lực bất biến của tự nhiên, mà là một thực thể được gọi là tinh hoa, có thể phân rã theo thời gian.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, mặc dù sự giãn nở của vũ trụ đã được tăng tốc trong hàng tỷ năm, lực đẩy của năng lượng tối có thể đang suy yếu. Theo mô hình của họ, gia tốc của vũ trụ có thể nhanh chóng kết thúc trong vòng 65 triệu năm tới - sau đó, trong vòng 100 triệu năm, vũ trụ có thể ngừng giãn nở hoàn toàn, và thay vào đó, nó có thể bước vào kỷ nguyên co lại, có thể là sự chết đi hoặc là sự tái sinh của thời gian và không gian.
Đồng tác giả nghiên cứu Paul Steinhardt, Giám đốc Trung tâm Khoa học Lý thuyết Princeton tại Đại học Princeton ở New Jersey, Mỹ cho biết tất cả điều này có thể xảy ra một cách nhanh chóng.
Gary Hinshaw, giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học British Columbia, cho rằng vì mô hình này chỉ dựa vào những quan sát về sự giãn nở trong quá khứ - và vì bản chất hiện tại của năng lượng tối trong vũ trụ là một điều bí ẩn - nên những dự đoán trong bài báo này chỉ có thể là lý thuyết.
Mặc dù năng lượng tối chiếm khoảng 70% tổng khối lượng-năng lượng của vũ trụ, các đặc tính của nó vẫn còn là một bí ẩn.
Tuy nhiên, một lý thuyết cạnh tranh cho rằng năng lượng tối không cần phải ổn định để phù hợp với các quan sát về sự giãn nở vũ trụ trong quá khứ. Đúng hơn, năng lượng tối có thể là thứ được gọi là tinh hoa - một trường động thay đổi theo thời gian.
Cái chết của năng lượng tối
Trong nghiên cứu của mình, Steinhardt và các đồng nghiệp của ông, Anna Ijjas ở Đại học New York và Cosmin Andrei ở Princeton, đã dự đoán các thuộc tính của tinh hoa có thể thay đổi như thế nào trong vài tỷ năm tới.
Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một mô hình vật lý của năng lượng tối, cho thấy sức mạnh vượt trội và hấp dẫn của nó theo thời gian, để phù hợp với những quan sát trước đây về sự giãn nở của vũ trụ. Một khi mô hình của nhóm có thể tái tạo lịch sử giãn nở của vũ trụ một cách đáng tin cậy, họ đã mở rộng dự đoán của mình về tương lai.
Theo mô hình của nhóm nghiên cứu, lực đẩy lùi của năng lượng tối có thể đang trong giai đoạn suy giảm nhanh chóng có khả năng bắt đầu từ hàng tỷ năm trước.
Trong kịch bản này, sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ ngày nay đang chậm lại. Chẳng bao lâu nữa, có lẽ trong khoảng 65 triệu năm nữa, gia tốc đó có thể dừng lại hoàn toàn - sau đó, trong vòng 100 triệu năm kể từ bây giờ, năng lượng tối có thể trở nên hấp dẫn, khiến toàn bộ vũ trụ bắt đầu co lại. Nói cách khác, sau gần 14 tỷ năm tăng trưởng, không gian có thể bắt đầu thu hẹp lại.
Ban đầu, sự co lại của vũ trụ sẽ chậm đến mức con người vẫn còn sống trên Trái đất thậm chí sẽ không nhận thấy sự thay đổi. Theo mô hình của nhóm nghiên cứu, sẽ mất vài tỷ năm co lại để vũ trụ đạt kích thước bằng một nửa như ngày nay.
Ngày tận thế của vũ trụ?
Từ đó, một trong hai điều có thể xảy ra: Hoặc là vũ trụ co lại cho đến khi nó tự sụp đổ trong một "vụ vỡ vụn" lớn, kết thúc không-thời gian như chúng ta biết - hoặc, vũ trụ co lại vừa đủ để trở về trạng thái tương tự như điều kiện ban đầu của nó, và một Vụ nổ lớn (Big Bang) khác xảy ra, tạo ra một vũ trụ mới từ đống tro tàn của vũ trụ cũ.
Trong kịch bản thứ hai (mà Steinhardt và một đồng nghiệp khác đã mô tả trong một bài báo năm 2019 trên tạp chí Physics Letters B ), vũ trụ tuân theo một mô hình giãn nở và co lại theo chu kỳ, liên tục sụp đổ và làm lại nó. Nếu điều đó đúng, vũ trụ hiện tại của chúng ta có thể không phải là vũ trụ đầu tiên hoặc duy nhất, mà chỉ là vũ trụ mới nhất trong chuỗi vô hạn các vũ trụ đã giãn nở và thu nhỏ trước chúng ta. Và tất cả đều xoay quanh bản chất có thể thay đổi của năng lượng tối.
Hiện tại, vấn đề này chỉ phù hợp về mặt lý thuyết với những quan sát trong quá khứ và các tác giả đã đưa ra một nhận định đáng kinh ngạc trong bài báo mới của họ. Cho dù một tương lai phát triển vô tận hay suy tàn nhanh chóng đang chờ đợi vũ trụ của chúng ta, chỉ có thời gian mới trả lời được.
