Trước BIGBANG có gì pps

Trước BIGBANG có gì Như chúng ta biết, vũ trụ hình thành từ một vụ nổ lớn có tên là Bigbang. Vậy trước Bigbang có gì? Những định luật vật lý từ đâu đến? Nhiều nhà vật lý cho rằng các định luật vật lý không tồn tại trong không - thời gian. Giống như toán học, chúng có một đời sống riêng. Chúng mô tả vũ trụ, song chúng không "nằm trong" vũ trụ. Thực thế, nếu các định luật vật lý được sinh ra cùng với vũ trụ, thì làm sao chúng ta lại có thể sử dụng chúng đề giải thích vũ trụ đã sinh ra như thế nào? Như vậy để có một cơ may hiểu được vũ trụ đã xuất hiện như thế nào, chúng ta phải chấp nhận rằng các định luật vật lý làtrừutrượng,trường cửu. Vậy các định luật vật lýtừ đâumà ra?Tạisao là những định luậtnàymà khônglà những định luật khác? Đây là những câu hỏi nghiêm chỉnh thuộc phạm vi siêu hình. Một số tác giả cho rằng các định luậtđã là như thế vì đòi hỏi của logic, một số khác cho rằng tồn tại nhiều vũ trụ với những định luật vật lý khác nhau, và chỉ có một số vũ trụ là có những định luật cần thiết cho quá trình phát sinh sự sống và những sinh vật có khả năng nhận định các định luật đó. Các định luật vật lý làm thành cơ sở củamột tập logic giống như cácđịnh đề Euclide là cơ sở của một tập logic mà chúng ta gọi là hình học Euclide. Chúng ta có quyền không chấp nhận các định đề Euclide, song các định đề này đơn giản nhất để xây dựngmộthìnhhọcvàcóthể cácđịnhluật vật lý ta dùngthoả mãntính đơn giảnđó để giải thích vũ trụ. Khi gặp những vấn đề khác không giải thích được ta phải tìm ra nhữngđịnhđề khác- nhữngđịnh luật khác! Bêncạnhnhữngđịnhluật,quátrình tiến triển của vũ trụ gắn liềnvới nhữngđối xứng. Một số đốixứngđã mấtđi từ lúcBigbang, một trongcácđối xứngnhư thế có thể là siêu đối xứng (supersymmetry), đối xứng nối liền fermion và boson. Đối xứng này là một yếu tố cơ bản của lý thuyết siêu dây. Các máy gia tốc sẽ kiểm nghiệmvaitròcủasiêuđối xứng tronglý thuyếtthốngnhất, trongđó cóvấnđề xác địnhxemhạtneutralinocó thuộcvậtchấttốihaykhông.Hạtneutralinolàmộtsiêu hạt= tổ hợp các siêu hạt Zino + Photino+ Higgsino. Khốilượng các siêu hạt có thể liên quanđến trường Higgs. Những cỗ máy đi ngược thời gian Hãy nhìn lên mặt trăng, khoảng cách giữa mặ t trăng và quả đất là vào khoảng 380.000 km, như vậ y ánh sáng cần một thời gian hơn một giây để đi từ mặ t trăng đến trái đất. Do đó khi nhìn mặt trăng ta đã thu nhận hình ảnh của mặt trăng trước đó một giây trong quá khứ, chứ không phải hình ảnh của nó hiện tại. Khi nhìn những sao trên bầu trời ta chỉ thu nhận được hì nh ảnh của chúng cách hiện tại hàng triệu triệu năm tuỳ theo khoảng cách của chúng đếnmặtđất. Như vậykhiquansátbầutrời,các nhàthiên vănđã đilùivàoquákhứ vàđã trở thành nhữngnhàkhảo cổ nghiêncứulịchsử củavũ trụ.Lịch sử này đã có quá khứ khoảng 13, 7 tỷ năm! Bức xạ tàn dư củavũ trụ (CMB -Cosmic Microwave Bacground) đã được phát đi vào thời điểm sau Bigbang khoảng 380.000 năm: Lúc nàycáchạtnhân hydrogen và heliumđã bắt hết các electron đanglangthang tự do, ánh sáng thoát khỏi tương tác với các electron lan truyền trong vũ trụ để thành CMB. Vậy có thể nói các nhà thiên văn đã nắm bắt được 99,999 % lịch sử của vũ trụ! Và trước đó? Các neutrino đã xuất hiện 1 giây sau Bigbang và đã du hành trong vũ trụ trongmột thời gianbằng 13,7tỷ năm trừ bớt 1 giây. Còn trước đó? Trước bức xạ neutrino là bức xạ hấp dẫn, phát sinh vào thời điểm 10-43 giây sau Bigbang vào cuối kỷ nguyên gọi là kỷ nguyên Planck. Bức xạ hấpdẫnnàycóhyvọngghiđođược nhờ nhữngkínhviễnvọnghấpdẫnVirgo(Ýá), Ligo (Mỹ) và trong tương lai nhờ Lisa, một hệ thống vệ tinh củaNasa. Và chúng ta đã tiến sát thời điểm Bigbang chỉ còn cách Bigbang khoảng một phần tỷ của một phần tỷ của mộtphần tỷ của một phần tỷ giây. Và trước đó? Trước đó trong kỷ nguyên Planck chúng ta chưa biết có bứcxạ nào vì chúng ta chưa có một lý thuyết nào để mô tả kỷ nguyên này. Một thời khoảng vô cùng nhỏ cách biệt chúng ta với Bigbang, thế mà chúng ta chưa vượt qua được! Lược sử vũ trụ Lúc vũ trụ được 10-35 giây xảy ra quá trình nở lạm phát (inflation) và kết thúc vào thời điểm 10-32 giây. Đây là một quá trình giãn nở bột phát của vũ trụ: Trong một thời đoạn ngắn ngủi, kích thước của vũ trụ đã tăng lên 1050 lần. Quá trình nở lạmphátcó thể bắt nguồn với một dạng năng lượng tối.Dạng năng lượng này đóng vai trò gì trong lýthuyết thống nhất? Có mối liên quan gì đến sự tồn tại của hạt Higgs và với các chiềudư? Sau Bigbang 10-33 giây, vũ trụ ở vào trạng thái plasma của quark và gluon (PQG). Trong trạng thái này quark chuyển động tự dovà tương tác với nhau bằng trao đổi gluon. Ngày 10.2.2000, Trung tâm CERN tuyên bố đã thu được PQG trong phòngthí nghiệm sau 15 năm nghiên cứu. Lúc vũ trụ được 10-6giây thì hình thành các hadron. Lúc vũ trụ được 100 giây thì các hạt nhân nguyên tử đượchình thành. Lúc vũ trụ được 300.000 năm tuổi thì bức xạ tách khỏi vật chất và dẫn đến CMB (Cosmic Microwave Background- bức xạ tàn tư của vũ trụ). Sauđó vũ trụ nguộidần và nhiềuquátrìnhchuyểnphađã xảy ra.Nhữngquá trình chuyển pha này có thể dựng lại trong phòng thí nghiệm nhờ những máy gia tốc năng lượng cao. Quá trình chuyển pha điện yếu đã gây nên sự bất đối xứng vật chất Q - phản vật chất. Trong quá trình chuyển pha ứng với sắc động lực học lượng tử QCD, vật chất baryonic ngưng tụ thành dạng plasmacủa quark- gluon. Ngườita muốn kiểm nghiệm tấtcả các quá trình này trongphòng thínghiệm. Có gì trước Bigbang? Có hai quan điểm: 1) Trước Bigbang có một thời kỳ tiền Bigbang; 2) Không có điều gì có trước Bigbang. Những kịch bản "lãng mạn" của thời kỳ tiền Bigbang Nhiềunhàlý thuyếtkhông đồng ývới quan điểm không có gì trước Bigbang. Họ đã đưa ra những kịch bản (không kém các kịchbản Hollywood): - Mộtvũ trụ gương(nhìn tronggương)đốixứng đốivớiđiểmkhôngcủathời gian. - Những Bigbang nhiều vô số xảy ra ở mọi thời điểm từ các lỗ đen nguyên thuỷ. - Va chạm củacác màng3 chiều Ngườitahyvọngcólẽ chỉ có lý thuyếtsiêudâymớigiải quyếtnổivấnđề của thờidiểmBigbangvàtiềnBigbang.Lý thuyết siêudây là lý thuyếtlấy yếutố cơ bản lànhữngdâyvimô(kíchthước 10-34m)chứ khôngphải nhữnghạt.Lýthuyếtnày có khả năng thống nhất lượng tử và hấp dẫn nhờ những "dây" graviton (lượng tử của hấp dẫn). Trong lý thuyết siêu dây, số chiều của không thời gian lên đến 10 hoặc 11,như vậycó6hoặc 7chiềudư (extradimensions) so vớikhông thời gian4 chiều thông thường. Một đối xứng quan trọng trong lý thuyết siêu dây là siêu đối xứngnhư trên đã nói. Theo nhiều kịch bản vũ trụ luôn tồn tại. Trướ c Bigbang vũ trụ có kích thước lớn vô cùng, sau đó co lạ i và vàothời điểm Bigbangtrở thànhnhỏ như để chui qua một lỗ kim xong giãn nở trở lại. Theokịch bản củaGabrieleVeneziano,vũ trụ nguyênthuỷ đã co lạitừ những thăng giáng và tạo nên những lỗ đen, trong những lỗ đen này đã xảy ra những Bigbang, trong số đó có Bigbang của chúng ta. Như vậy mỗi lỗ đen có thể tạo ra những vũ trụ riêng (xem hình 1) của đa vũ trụ. Một điều có thể khẳng định: Quá trình chuyển tiếp giữa "tiền" và "hậu" Bigbang vẫn là một vấn đề còn bỏ ngỏ. Ngườita chorằng cóthể cóthôngtinvề thờikỳ tiềnBigbang nhờ thucácsóng hấp dẫn phát sinh từ thời kỳ này, dấu tích của chúng sẽ là những thăng giáng trên phôngcủa bức xạ tàn dư. Theo lý thuyết siêu dây, vũ trụ của chúng ta là một màng (brane - từ chữ membrane) 3 chiều đã va chạm với một phản màng khác và tạo ra Bigbang, hai màng lại đi xa nhau nhưng trong một tương lai có thể đến gần nhau để va chạm nhau trong một Bigbangtiếp theonhư trong một vũ điệu có chu kỳ (hình2). Sự va chạm của màng và phản màng sẽ tạo ra năng lượng Bigbang và quá trình giãn nở lạm phát. Đây là kịch bản thường được gọi là kịch bản ekpyrotic (tiếngHy Lạpcó nghĩalà out offire- ratừ lửa). Sự va chạmnày sẽ tạo ranhữngbó dây khổng lồ gây nên những sóng hấp dẫn mà những trạm quan sát như Virgo hoặc Ligocó thể thu nhậnđược. Không có điều gì trước Bigbang Theo một quan điểm khác thì không có gì trước Bigbang. Chúng ta thường hình dung vũ trụ đã nổ ra từ một điểm vật chất. Song một hình ảnh đúng đắn hơn của vũ trụ giãn nở là một quả bóng có độ đàn hồi tuyệt đối đang bị thổi phồng lên, hai vùng nằm trong và ngoài quả bóng không tồn tại và không ứng với những thực tại nào của vũ trụ. Khi quả bóng co lại thành một điểm, đấy là điểm xuấtphátbanđầuBigbang.Nênchúýrằngvũ trụ khônggiãnnở trong một"không gian" nào cả: Bản thân không gian sẽ được tạo nên trong quá trình giãn nở của vũ trụ. Stephen Hawking đã so sánh câu hỏi: Điều gì có trước Bigbang? với câu hỏi: Điều gì có ở phía Bắc của cực Bắc? Vì phía Bắc của cực Bắc không tồn tại cho nên khôngcó gì ở đấy cả. Một câu hỏikhác: Khônggian vàthời gian đã được hình thành như thế nào? Hiệnnay nhiềunhàvậtlýquan niệmrằngkhông-thờigianđượchình thành từ những thănggiáng lượng tử của chân không (hình 3). Không - thời gian lượng tử hoá Hai nhà vật lý lý thuyết Carlo Rovelli, người ý và Lee Smolin, người Mỹ đã phát triển lý thuyết không - thời gian lượng tử hoá gọi là lý thuyết vòng lượng tử (Loop Quantum Gravity); từ vòng xuất hiện do quá trình tính toán dẫn đến những vòng con trong không - thời gian. Không gian sẽ được kết thành bởi các yếu tố vi mô lượng tử hoá có kích thước khoảng 10-33 cm,thời gian sẽ không chảy liên tục mà nhảy từng thời đoạn giống như trong một chiếc đồng hồ cát. "Với các vòng thì tạithờiđiểmBigbangvũ trụ khôngtrở nênvôcùng nhỏ màlấy kíchthướccựctiểu ứng với lượng tử của khôngthời gian", theo Carlo Rovelli. Trong lý thuyết vòng lượng tử, các tác giả đã xây dựng không thời gian tiền Bigbang: Đó là không thời gian nghịch đảo của không thời gian hậu Bigbang với trái đổi thànhphải và phải đổi thành trái. Và nếu không tồn tại ngay cả thời gian? Cácnhà vậtlý đã xét lạikháiniệmthời gian.Đây làmộtkháiniệmvôcùngbí ẩn.Đối với một nhà sinhhọcthìđấy làquá trìnhlãohoá, đốivới nhàtâmlýhọc thì đó là quá trình phát triển trong ý thức của mỗi đối tượng. Jean Giono nói về thời gian: Đó là điều đã đi quakhi không cóđiều gì đã đi quacả. Người tathườngkể lạitruyền thuyếtGaliléeđã tìmraquy luậtdao động của con lắc nhờ so sánhchuyển động củacon lắc với nhịp timcủa ông. Và vài năm sau các bác sĩ lại kiểm tra nhịp tim của bệnh nhân nhờ đồng hồ quả lắc. Vậy thời gian có can thiệp vào đây chăng? Hoàn toàn không! Đây chỉ là sự chuyển động của một vật này tương đối với một vật khác. Dẫu rằng biến số t (biến số thời gian) luôn có mặt ở mọi nơinhưng thực tế các nhà vật lý cuối cùng chỉ đối tác với các đại lượng vật lý như thể tích, khối lượng,góc, nhiệt độ, t đã biến mất (xemhình 4). Khái niệm thời gian chảy chỉ hữu ích ở mức vĩ mô, và vô ích ở kích thước vi mô khi người ta lượng tử hoá không - thời gian và vào lúc Bigbang hoàn toàn không tồn tại thời gian đang chảy, ở đây chỉ tồn tại một đám bọt, với đám bọt này thì cách suy nghĩ của chúng ta về thế giới, về thời gian sẽ phải khác một cách căn bản. Và như thế câu trả lời cho câuhỏi: Có gì trước bigbang là không có gì cả. * * * Hai quan điểm trái ngược trên đã đặt ra nhiều vấn đề lớn về lý thuyết cũng như thựcnghiệm (thậmchítriếthọc)về vũ trụ học.Vàcâuhỏi trước Bigbang có gì đang chờ câu trả lời mà các nhà vật lývà thiênvăn hy vọng rằng sẽ có được trong tương lainhờ những kính viễn vọng hấp dẫnVirgo (ý), Ligo (Mỹ)vànhờ Lisa, một hệ thốngvệ tinhcủa NASA. . thínghiệm. Có gì trước Bigbang? Có hai quan điểm: 1) Trước Bigbang có một thời kỳ tiền Bigbang; 2) Không có điều gì có trước Bigbang. Những kịch bản "lãng mạn" của thời kỳ tiền Bigbang Nhiềunhàlý. Trước BIGBANG có gì Như chúng ta biết, vũ trụ hình thành từ một vụ nổ lớn có tên là Bigbang. Vậy trước Bigbang có gì? Những định luật vật lý từ đâu đến? Nhiều. dẫn mà những trạm quan sát như Virgo hoặc Ligocó thể thu nhậnđược. Không có điều gì trước Bigbang Theo một quan điểm khác thì không có gì trước Bigbang. Chúng ta thường hình dung vũ trụ đã nổ