Vài nét lịch sử tiến hoá vũ trụ - Phần 2 (Đặng Vũ Tuấn Sơn) pptx

Vài nét lịch sử tiến hoá vũ trụ Phần Cho đến năm 1965, lí thuyết BIGBANG có thêm khẳng định xạ tàn dư vũ trụ Arno Penzias Robert Wilson phát Penzias Wilson phát qua kính thiên văn vơ tuyến lọai xạ điện từ vi ba bước sóng 3cm Ðây loại xạ tràn ngập vũ trụ hồn tồn đẳng hướng, có nghĩa ta đo từ hướng Loại xạ hồn tồn phù hợp với dự đốn lí thuyết BIGBANG từ năm 1948 loại xạ phát sau BigBang khoảng 300 000 năm Khi nhiệt độ vũ trụ khoảng 100.000K Như theo thuết BigBang nói trên, tất (vũ trụ) đời cách 15 tỷ năm (cũng chưa lâu lắm) vụ nổ Ta nói ngồi phạm vi BigBang khơng tồn vật chất xạ, khơng tồn khái niệm khơng gian thời gian, từ ta dùng để "khơng cả" (nothing) Chúng ta khơng thể có khái niệm khơng gian thời gian vào trước BIGBANG xảy Vì lại vậy? Như nói, tồn vật chất (các hạt) tạo thành vụ nổ lớn (BIGBANG) Vậy có nghĩa trước BB khơng có tồn taị hạt mà biết Như khơng có khác biệt để phân biệt điểm, không gian không tồn Mặt khác ta lại biết thời gian đại luợng biểu diễn trình Vậy ta sử dụng thời gian để làm khơng có biến đổi, chuyển động hạt Vậy ta đến kết luận thịi gian khơng tồn ngồi phạm vi BIGBANG Như lại có lưu ý nhỏ không phép nói BIGBANG bùng phát "một điểm" đơn giản điểm phải xác định khơng gian hình học ta khơng có khơng gian Vũ trụ hữu hạn vơ biên Như nói, vũ trụ đời từ vụ nổ lớn khơng ngừng giãn nở Thế hẳn hiểu chân lí có kích thước xác định hiểu khái niệm giãn nở thơi Đó sở để kết luận vũ trụ hữu hạn Bây lại nảy sinh thắc mắc: hữu hạn liệu có đồng nghĩa với khái niệm biên giới hay khơng? Nếu có câu vơ nghĩa chăng? Một lần tơi xin lấy ví dụ mà có lẽ so sánh khập khiễng chút Chúng ta thử suy nghĩ Trái Đất Chắc bạn đồng ý với bề mặt Trái Đất ta tạm coi khơng có lồi lõm sơng núi xem mặt phẳng uốn cong thành mặt cầu Như mặt đất có chiều Bây ta mặt đất ðó Chúng ta sinh vật chiều rõ ràng khơng đạt tốc độ vũ trụ cấp đường giới hạn mặt đất mà thôi, ta chuyển động phạm vi không gian chiều Cái chẳng nói làm nhiều biết theo đường thẳng (theo cách xác định đường thẳng mặt đất) sớm muộn ta quay lại điểm xuất phát Vậy thử hỏi số người qua hành trình sau để nhận câu trả lời mà có lẽ bạn đọc thấy đồng ý với tơi Hỏi: Trái Đất có giới hạn khơng? Trả lời: có, hữu hạn ta lại điểm cũ mà tiến tới mãi đến vùng lạ Hỏi: Thế biên giới đâu? Trả lời : khơng đâu dù hữu hạn chúng tơi khơng làm khỏi Hay nói xác khơng có biên Vậy với ví dụ vừa rồi, có lẽ bạn tạm hình dung lại kết luận vũ trụ hữu hạn vô biên Tất nhiên chưa có vịng quanh vũ trụ để lại trở điểm cũ điều khó nghi ngờ vũ trụ có biên mà photon khơng thể vượt qua hẳn tràn ngập vũ trụ đống photon phản xạ bay theo đủ hướng hiệu ứng hấp dẫn hẳn không cho phép ngồi để thảo luận Hiện lí thuyết BIGBANG với luận điểm nêu gần thừa nhận hồn tồn với sở nói Tuy nhiên dù có cơng nhận ta thử tìm hiểu chút số giả thiết khác tiến hoá vũ trụ mà ngày không thừa nhận đáng ý Tương lai vũ trụ Trong phần bàn nội dung BIGBANG giả thuyết khác vũ trụ, lật lại lịch sử để biết thêm khứ vũ trụ Phần trình bày phần khác mà hẳn bạn đọc quan tâm nhiều có nhiều định đến liên quan đến tatcá Chúng ta tìm kiếm tương lai cho vũ trụ Việc tìm kiếm tương lai cho vũ trụ thực chất khơng khác việc tìm q khứ Do giả thuyết khác nói khơng thừa nhận nên nói khả tương lai vũ trụ theo suy từ lí thuyết BIGBANG Như ta biết, vũ trụ khởi đầu vụ nổ lớn cách khoảng 15 tỷ năm Tuy nhiên xin lưu ý lại kết chưa phải xác tuyệt đối Ta lại quay lại, vũ trụ bắt đầu vụ nổ lớn từ kích thước tăng dần khơng gian biết tới tăng khơng ngừng Như chẳng có khó khăn để đến điều dựa vào mức độ dãn nở vũ trụ ngày để suy vũ trụ có Vậy dãn nở phụ thuộc vào gì? Đó số Hubble Nó cho biết xác q trình tăng tốc giãn nở để đưa kết luận xác phép tính ngược đơn giản Thế chưa thể vui mững nhanh được, ngày ta nói vũ trụ 15 tỷ tuổi số Hubble xác định ngày tương đối đủ tin cậy 75km/sMpc Tuổi vũ trụ tỷ lệ với nghịch đảo số 15 tỷ Vào thời Hubble, Hubble tính giá trị số lớn làm cho tuổi vũ trụ có tỷ Tuy nhiên nay, với quan sát tính tốn chi tiêt, số khơng xác, chưa khẳng định xác số Sự quan trọng số Hubble không với khứ mà cịn quan trọng liên quan đến tương lai vũ trụ Ta xét đại lượng có liên quan mật thiết đến tương lai vũ trụ Đó mật độ trung bình vũ trụ Ta xét mối tương quan mật độ với mật độ tới hạn tính +Nếu mật độ trung bình d < dt (mật độ tới hạn) vũ trụ giãn nở mãi (vũ trụ mở) với tốc độ dãn nở tiếp tục tăng +Nếu d = dt vũ trụ tiếp tục giãn nở với tốc độ giảm dần không không (vũ trụ phẳng) + Nếu d > dt giãn nở thay dần co lại vũ trụ dần trở trạng thái ban đầu (vũ trụ đóng) Người ta đo dt = 10^ -29 g/cm^3 Theo quan sát vũ trụ vũ trụ mở, tức giãn nở mãi với tốc độ tăng nhanh gia tốc giảm Có điều lần lại phải dừng lại trước nghĩ ta biết tất tương lai vũ trụ, có nghĩa nhân loại Đó lần kẻ gây cản trở đường khám phá vũ trụ lại số Hubble Mật độ tới hạn vũ trụ tính theo cơng thức: dt = 3H^2/8piG Và với số chưa xác định hồn tồn số Hubble chưa thể xác định xác mật độ tới hạn vũ trụ Chưa kể có xuất vật chất tối mật độ vũ trụ khác với biết Tuy nhiên cuối cùng, vào vài năm cuối kỉ 20, loài người cuối dám khằng định vũ trụ giãn nở vĩnh viễn khẳng định câu chuyện thú vị trùng hợp kì lạ Khi đưa lý thuyết tương đối tổng quat với phương trình trường tiếng mình, Einstein tiên đốn không gian sống không gian cong tồn hấp dẫn từ vật thể mang khối lượng Để hồn thiện phưưong trình mình, Einstein đưa vào phương trình nhiều số hạng theo dự đoán (một điều mà chưa nhà bác học làm - cách dự đốn) Và cuối cùng, kết phương trình cho thấy vũ trụ lý thuyết tương đối tổng quát đưa diễn tả vũ trụ tĩnh định, bị ám ảnh bới điều này, Einstein cho thêm vào phương trình "hằng số vũ trụ học" mơ tả vũ trụ không ngừng giãn nở với toocs độ giãn nở ngày tăng Tuy nhiên nhiều năm khơng có kết chứng minh tính chất vũ trụ (một vũ trụ giãn nở mãi) Trong năm sau đó, thân Einstein khơng có cách lí giải cho số thừa nhận sai lầm lớn nghiệp ông Nhưng thật trùng hợp kì quái, kì lạ kì diệu khám phá quan trọng cuối kỉ 20 cho thấy vũ trụ giãn nở vĩnh viễn với gia tốc dương (ngày giãn nở nhanh) gia tốc hoàn toàn phù hợp với số hạng Einstein đưa Sự sửa đổi phương trình khơng phải sai lầm lớn Einstein mà ngược lại trở thành lí thuyết mơ tả xác tương lai vũ trụ Hiện lí thuyết BIGBANG với luận điểm nêu gần thừa nhận hoàn toàn với sở nhu nói Tuy nhiên dù có cơng nhận ta thử tìm hiểu chút số giả thiết khác tiến hoá vũ trụ mà ngày không thừa nhận đáng ý Một số giả thuyết khác vũ trụ Mặc dù lí thuyết BIGBANG xây dựng với nề tảng vững điều chưa đủ để thuyết phục tất người Nhiều người không tin vào lí thuyết này, họ khơng thể tin vào vũ trụ có điểm khởi đầu có điểm kết thúc Niềm tin vào vô hạn theo thời gian vũ trụ dẫn đến nhiều giả thuyết khác vũ trụ (chống lại BIGBANG) Ở nhắc tới vài giả thuyết đáng ý số giả thuyết Giả thuyết thứ nói tới giả thuyết "vũ trụ tĩnh định" Hermann Bondy, Thomas Gold Fred Hoyle đề vào năm 1948 Thực chất thuyết có luận đề mở rộng lí thuyết "vũ trụ đồng đẳng hướng" Nguyên lí "vũ trụ đồng đẳng hướng" cho biết vũ trụ ta quan sát từ điểm theo hướng (tất nhiên phát biểu ngắn gọn dễ hiểu nguyên lí này) Ở đây, người tjheo thuyết vũ trụ tĩnh định mở rộng ngun lí nói cho chiều thời gian Có nghĩa là: Vũ trụ hoàn toàn người quan sát điểm nào, theo hướng thời điểm Thuyết thừa nhận giãn nở vũ trụ Để giải thích giãn nở này, lí thuyết đưa phương án khác cho vật chất liên tục tạo để bù đắp cho giãn nở vũ trụ, mật độ vũ trụ không bị ảnh hưởng giãn nở Họ cho biết xác định nảy sinh vật chất tốc độ chậm Mỗi tỷ năm có thêm nguyên tử hydro thể tích lít Tuy nhiên thuyết khơng giải thích thuyết phục nguyên nhân gia tăng vật chất Mặt khác khơng cho phép giải thích có mặt xạ 2,7K Một giả thuyết khác chống lại lí thuyết BIGBANG thuyết mệt mỏi ánh sáng Lí thuyết Edwin Hubble Richard Tolman đề năm 1935 sau Pecker Vigier khơi phục phát triển Lí thuyết giải thích dịch chuyển đỏ phổ thiên hà chúng rời xa mà nguyên nhân khác Những người cho hạt ánh sáng (photon) bị "mệt mỏi", dần lượng đến với đường chúng liên tục tương tác với loại hạt tên gọi bozon Theo lí thuyết cho biết, loại hạt xuất phân rã neutrino Chính tương tác với loại hạt mà photon liên tục bị lượng, thiên hà xa photon va chạm nhiều đường đến Trái Đất phổ chúng dịch mạnh đỏ Tuy nhiên lí thuyết đến không thừa nhận thời điểm chưa thể chứng minh tồn hạt bozon vũ trụ phân rã neutrino Và lại lí tương tự nói trên, lí thuyết khơng đưa giải thích tồn xạ 2,7K Ngồi lí thuyết nêu ,cịn nhiều lí thuyết khác đề Có người đặt nghi ngờ vào lí thuyết tương đối rộng Einstein, không tin vào tuyệt đối vận tốc ánh sáng Cũng có người cho quan sát có cịn nhiều sai số, xạ vũ trụ chưa thể cho kết luận nhiều nghi vấn tồn vật chất tối (dark matter) Có điều tất người đưa giả thiết mà khơng lí giải hợp lí hay phương án khác cho khứ vũ trụ Vật chất tối Trên nhắc nhiều tới tham gia khái niệm tương đối vào q trình tiến hố cấu trúc vũ trụ Đó vật chất tối hay Dark Matter Năm 1933, Fritz Zwicky phát xuất loai vật chất đo tốc thiên hà quần thiên hà Coma Chúng ta cần biết có phương pháp để xác định khối lượng thiên hà Cách thứ phân tán vận tốc quần thiên hà Thiên hà có khối lương lớn có phân tán vận tốc rõ nét thiên hà lân cận nhờ phương pháp xác định tổng khối lượng quần thiên hà Cách thứ hai xác định độ trưng thiên hà để rút khối lượng chúng từ tính tổng khối lượng quần thiên hà Điều đáng ý khối lượng quần thiên hà tính theo cách thứ ln lớn nhiều khối lượng tính theo cách hai (khaỏng 10 lần) cho dù tính đến sai số cao Như suy đốn có tồn loại vật chất chưa biết Chính tồn vật chất mà khối lượng thật thiên hà thực chất lớn nhiều khối lượng quan sát Hiện chưa có thực nghiệm xác nhận hồn tồn có mặt vật chất tối Dự đốn loại vật chất đặc biệt cấu tạo từ hạt gần không xạ tồn khối lượng đơn giản lỗ đen lùn nâu, lùn đen (những loại thiên thể khơng nhìn thấy được) ... thiết khác tiến hoá vũ trụ mà ngày không thừa nhận đáng ý Tương lai vũ trụ Trong phần bàn nội dung BIGBANG giả thuyết khác vũ trụ, lật lại lịch sử để biết thêm khứ vũ trụ Phần trình bày phần khác... hạn) vũ trụ giãn nở mãi (vũ trụ mở) với tốc độ dãn nở tiếp tục tăng +Nếu d = dt vũ trụ tiếp tục giãn nở với tốc độ giảm dần không không (vũ trụ phẳng) + Nếu d > dt giãn nở thay dần co lại vũ trụ. .. vũ trụ Việc tìm kiếm tương lai cho vũ trụ thực chất khơng khác việc tìm khứ Do giả thuyết khác nói khơng thừa nhận nên nói khả tương lai vũ trụ theo suy từ lí thuyết BIGBANG Như ta biết, vũ trụ