CHƢƠNG 6 : NĂNG LƢỢNG TỐI
6. Bức xạ nền Viba – Bức tranh về năng lƣợng tối
Vấn đề năng lƣợng tối có thể đƣợc giải quyết bằng việc nghiên cứu nền viba vũ trụ. Nhiệt độ của vũ trụ lúc đó khoảng 3000 K. Bức xạ nền viba là bức xạ vật đen sinh ra từ plasma nguyên thủy. Vũ trụ chuyển từ thời kỳ bức xạ ngự trị sang thời kỳ vật chất ngự trị và bắt đầu trở nên trong suốt đối với các photon. Theo thời gian, vũ trụ giãn nở và nguội dần. Do sự giãn nở của vũ trụ, bức xạ tàn dƣ ban đầu bị dịch về phía đỏ. Và ngày hôm nay, sau 13,7 tỷ năm, bức xạ đó là bức xạ sóng ngắn của phổ điện từ tƣơng ứng với nhiệt độ 2,726 K. Những số liệu gần đây về sự thăng giáng cƣờng độ bức xạ nền đã củng cố cho mô hình về một vũ trụ giãn nở mãi mãi. Sự chuyển pha của vũ trụ xảy ra ở vài giây đầu tiên sau Big Bang đã làm cho vũ trụ choáng đầy bởi một hằng số vũ trụ học. Lý thuyết này cũng tiên đoán sự tồn tại của sóng hấp dẫn bƣớc sóng dài đƣợc tạo ra trong những thời khắc rất sớm của vũ trụ. Những sóng này đƣợc mang bởi những hạt giả thuyết là graviton và bƣớc sóng đƣợc kéo dài ra bởi sự giãn nở của vũ trụ.
Trong khi chờ đợi, các nhà thiên văn đã tiến hành những quan sát qua các vệ tinh để lập bản đồ và sự phân cực của nền viba vũ trụ với độ nhạy cao hơn và độ phân giải tốt hơn. Điều này sẽ giúp tiết lộ nhiều thông tin về sự giãn nở của vũ trụ và vai trò của năng lƣợng tối. Hiện tại, lý thuyết lạm phát là lý thuyết tốt nhất giải thích cho nguồn gốc sự thăng giáng nền viba vũ trụ. Trong đó giả thuyết rằng, vũ trụ ban đầu đã trải qua một khoảng thời gian tăng tốc cực nhanh theo hàm số mũ, một áp suất âm đƣợc điều khiển bởi những hạt mới gọi là inflaton. Sự lạm phát này đã kéo căng độ cong không gian của vũ trụ ở thang khoảng cách lớn và làm cho hình học của vũ trụ là phẳng, hay hình học Euclidean. Thật là may mắn, độ cong của vũ trụ có thể đƣợc xác định chính xác thông qua các phép đo nền viba vũ trụ. Và hơn nữa, lý thuyết về lạm phát đã giải quyết một loạt nghịch lý liên quan đến mô hình Big Bang, nhƣ vấn đề về độ phẳng và đƣờng chân trời. Những tiên đoán của nó khá phù hợp với các phép đo về những cấu trúc ở quy mô lớn và nền viba tràn ngập vũ trụ. Độ cong đƣợc xác định từ những phép đo về tính bất đẳng hƣớng (thăng giáng nhiệt độ) của bức xạ bền viba bởi COBE và WMAP đã cho thấy, vũ trụ gần giống với một vũ trụ phẳng với mật độ là 8.10-27
kg m-3. Nếu vũ trụ là phẳng thì mật độ khối lƣợng và năng lƣợng của nó phải bằng với mật độ tới hạn. Các phép đo về bức xạ nền hiện tại chỉ có thể giải thích đƣợc 30% tổng khối lƣợng của vũ trụ.
Nhƣ vậy, phải tồn tại một dạng năng lƣợng khác để giải thích cho 70% năng lƣợng còn lại. Các số liệu thu thập trong 3 năm gần đây của WMAP với độ chính xác cao hơn nhiều đã cho thấy các thông số về mật độ của vũ trụ bao gồm: 4% vật chất thƣờng, 22%
vật chất tối và 74% năng lƣợng tối. Các bằng chứng mới cũng gợi ý một dạng năng lƣợng hấp dẫn âm liên quan đến một loại hạt mới không giống với inflaton.
7. “NGUYÊN TỐ TỨ NĂM”
Ngoài hằng số vũ trụ học, năng đƣợc tối còn đƣợc gán ghép cho một khái niệm hoàn toàn mới. Những phép đo thực nghiệm trong phòng thí nghiệm chỉ ra rằng, không gian có vẻ nhƣ là trống rỗng nhƣng thực ra đang sôi sục bởi những hạt ảo. Chân không năng lƣợng này có một tác động mạnh mẽ làm cho vũ trụ giãn nở rất nhanh trong quá khứ. Một giả thuyết cho rằng, năng lƣợng chân không không phải không đổi mà bị yếu đi theo thời gian giống nhƣ Einstein đã tƣởng tƣợng. Điều này đã đƣa ra một ý tƣởng mới gọi là “nguyên tố thứ năm”. Đây là một trƣờng vô hƣớng và có một phƣơng trình trạng thái. Ý tƣởng này đề nghị một trƣờng lực đẩy choáng đầy vũ trụ không giống trƣờng hấp dẫn hoặc trƣờng điện từ. Trƣờng này đƣợc tạo ra trong những thời khắc rất sớm của vũ trụ cùng với những lực khác của tự nhiên, và ngày nay, nó trải rộng dọc theo vũ trụ giống nhƣ một cái màng nhện. Vũ trụ giãn nở và lạnh đi, cả trƣờng hấp dẫn và nguyên tố thứ năm đều bị yếu đi, nhƣng cuối cùng, nguyên tố thứ năm đã chiến thắng hấp dẫn để điều khiển và đẩy các thiên hà ra xa nhau. Khác với hằng số vũ trụ học, nguyên tố thứ năm biến thiên trong không gian và theo thời gian.
KẾT LUẬN
Qua thời gian nghiên cứu, thực hiện đề tài với các mục tiêu đã đề ra em đã thu đƣợc kết quả sau:
1. Tính bảo toàn của các định luật vật lý 2. Tính đối xứng của các định luật vật lý 3. Tính bất định của các định luật vật lý
4. Thuyết tƣơng đối hẹp và một số hệ quả của nó 5. Định luật về sự gia tăng mất trật tự
6. Năng lƣợng tối
Đề tài “Tính chất các định luật vật lý” đã giúp em rất nhiều trong việc bƣớc đầu làm quen với phƣơng pháp nghiên cứu khoa học rèn luyện những đức tính cần thiết của ngƣời nghiên cứu vật lý: cần cù, nhẫn nại, bình tĩnh, khách quan…
Do là đề tài mang tính lý thuyết, việc nghiên cứu các tính chất của định luật vật lý là tiền đề để nghiên cứu các ngành khoa học khác. Do kiến thức còn hạn chế mà phạm vi nghiên cứu đề tài rất rộng nên đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp các tài liệu có liên quan và trao đổi với giáo viên hƣớng dẫn.
Do sự hấp dẫn của đề tài, sau này nếu có điều kiện thì em nhất định sẽ tiếp tục nghiên cứu đề tài này về phƣơng diện thực nghiệm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Luận văn tốt nghiệp “Các định luật bảo toàn trong sách giáo khoa Vật lý 10 cơ bản” – Trƣơng Hồng Phi.
[2] Bài giảng “cơ học đại cƣơng 1” – Lê Văn Nhạn
[3] Sách Tính chất các định luật vật lý – Hoàng Quý và Phạm Quý tự dịch (Richard Feynman) – NXBGD 1996.
[4] Giáo trình “Vật lý đại cƣơng. Tập 1 Cơ nhiệt điện” – NXBGD 11/2007 – Lƣu Duyên Bình.
[5] Sách “Vật lý đại cƣơng” khoa khoa học tự nhiên – TS. Nguyễn Thành Tiên chủ biên – năm 2014. [6] http://maxreading.com/sach-hay/luoc-su-thoi-gian/chuong-4-nguyen-ly-bat-dinh- 121.html [7]http://tusach.thuvienkhoahoc.com/wiki/Hành_trình_giải_mã_bí_ẩn_của_năng_lƣợng_ tối_trong_vũ_trụ. [8] http://vi.m.wikipedia.org/entropy.