CHƢƠNG 6 : NĂNG LƢỢNG TỐI
3. Vũ trụ giãn nở và sự thiếu hụt năng lƣợng
Năng lƣợng tối đƣợc giả thuyết nhƣ là một dạng của năng lƣợng và tạo ra áp suất âm. Thuyết tƣơng đối rộng chỉ ra rằng, áp suất âm này có tác dụng nhƣng ngƣợc chiều với lực hấp dẫn ở thang đo khoảng cách lớn. Chính vì vậy nó là nguyên nhân gia tốc sự giãn nở của vũ trụ. Năng lƣợng tối có ở mọi nơi và choáng đầy vũ trụ của chúng ta. Để hiểu đƣợc bản chất của năng lƣợng tối chúng ta cần phải đi sâu vào vật lý lƣợng tử của thế giới hạ nguyên tử. Nhƣ chúng ta đã biết, ở thang vi mô, không gian đƣợc coi là trống rỗng hay chân không hoàn hảo, không hoàn toàn trống rỗng mà đƣợc choáng đầy bởi một trƣờng gọi là Higgs. Chính trƣờng này đã đƣa cho các quark và lepton khối lƣợng của chúng. Trƣờng Higgs làm chậm chuyển động của hạt, cho chúng khối lƣợng và giữ cho cấu trúc của nguyên tử ổn định. Nếu không có trƣờng Higgs, electron có thể chuyển động với tốc độ ánh sáng, nguyên tử sẽ bị phá vỡ cấu trúc và tan rã ngay lập tức. Năng lƣợng chân không với các hạt lƣợng tử trong chân không hoàn hảo của thế giới vi mô có thể là nguồn gốc của năng lƣợng tối. Việc khám phá ra lý thuyết siêu đối xứng, một phát biểu quan trọng của lý thuyết dây, cho phép hiểu rõ mối liên hệ giữa năng lƣợng tối và trƣờng Higgs. Nếu tồn tại, các boson Higgs sẽ đóng một vai trò quan trọng về thành phần năng lƣợng tối.
Đến đây chúng ta nhớ lại rằng Einstein đã từng đƣa ra một mô hình vũ trụ học tĩnh với một hằng số vũ trụ học. Chúng ta đang thử xem liệu rằng hằng số vũ trụ học đóng vai trò gì về lực đẩy bí mật của năng lƣợng tối gia tốc sự giãn nở của vũ trụ hay không? Các phép đo về cƣờng độ và sự thăng giáng của phông bức xạ nền cùng với các phép đo khác về sự phân bố các đám thiên hà, siêu sao mới đã cho thấy rằng, năng lƣợng tối có mối liên hệ nhất định với hằng số vũ trụ học. Chẳng hạn, có những siêu sao mới ở rất xa,
Hình 2 - Albert Einstein[7] (1879-1950)
chúng có thể phát ra cùng một lƣợng năng lƣợng tại các cực đại sáng. Nếu đo đƣợc độ sáng của những siêu sao mới này chúng ta có thể biết đƣợc khoảng cách tới chúng, chúng đƣợc gọi là những siêu sao mới loại Ia. Từ khoảng cách và tốc độ của siêu sao mới này chúng ta sẽ biết đƣợc vũ trụ đang giãn nở theo thời gian nhƣ thế nào và tốc độ giãn nở này có tƣơng thích với lực đẩy gây ra bởi năng lƣợng tối không? Sự thay đổi tốc độ giãn nở đƣợc xác định bằng việc so sánh sự dịch về đỏ của những thiên hà ở xa với độ sáng biểu kiến của những siêu sao mới Ia tìm thấy trong những thiên hà đó. Rồi bằng việc đo tốc độ và tƣơng tác giữa các đám thiên hà trong vũ trụ cho phép chúng ta xác định đƣợc tổng khối lƣợng của chúng. Các phép đo cho thấy, khối lƣợng tổng cộng lớn hơn rất nhiều khối lƣợng nhìn thấy do các sao và các khí nóng phát ra tia X... trong các đám thiên hà.
Hình 6.2 - Bức ảnh chụp bức xạ phát ra chỉ vài trăm nghìn năm sau Big Bang, do kính
viễn vọng không gian WMAP chụp[7]
Bằng chứng thu đƣợc từ việc xác định khối lƣợng các đám và siêu đám thiên hà chỉ ra rằng, mật độ khối lƣợng tƣơng đối thấp. Các bằng chứng về sự tăng tốc cũng gợi ý tồn tại một lƣợng lớn năng lƣợng tối. Hiểu biết về năng lƣợng tối sẽ cung cấp những bằng chứng cần thiết trong việc tìm kiếm sự thống nhất các lực và hạt trong vũ trụ. Và điều này có thể đƣợc giải quyết bằng kính viễn vọng chứ không phải là các máy gia tốc. Năng lƣợng tối sẽ châm ngòi cho một hƣớng mới của nền vật lý thế kỷ XXI.