Bằng chứng việc quan sát vũ trụ đang gia tốc là rất mạnh mẽ, với nhiều thực nghiệm khác nhau bao gồm khoảng thời gian rất khác nhau, quy mô chiều dài, và quá trình vật lý, trong đó nếu coi vũ trụ là phẳng thì sẽ có một mật độ năng lượng
khoảng 4% vật chất baryon, 23% vật chất tối, và 73% năng lượng tối (hằng số vũ trụ):
Hình 3.1: Các thành phần khối lượng-năng lượng của vũ trụ. Hằng số vũ trụ có thể là một hình thức của năng lượng tối, đó là điều được cho là đứng đằng sau sự gia tốc của vũ trụ mở rộng [22].
Ta cũng cần hiểu thêm về vật chất tối (dark matter): Năm 1933, Fritz Zwicky phát hiện ra sự xuất hiện của loại vật chất này khi đo vận tốc của các thiên hà trong cụm thiên hà Coma. Người ta thường đo khối lượng của một thiên hà bằng 2 cách cơ bản. Cách thứ nhất là sự phân tán vận tốc trong cụm thiên hà. Thiên hà có khối lương càng lớn sẽ càng có sự phân tán vận tốc rõ nét ra các thiên hà lân cận và nhờ phương pháp đó có thể xác định được tổng khối lượng của cụm thiên hà. Cách thứ hai là xác định độ trưng của các thiên hà để rút ra khối lượng của chúng và từ đó tính được tổng khối lượng của cụm thiên hà. Điều đáng chú ý là khối lượng của một cụm thiên hà tính theo cách thứ nhất luôn lớn hơn rất nhiều khối lượng tính theo cách hai cho dù tính đến sai số rất cao. Như vậy có thể suy đoán rằng có sự tồn tại của một loại vật chất còn chưa biết. Chính sự tồn tại của vật chất này mà khối lượng thật của các thiên hà thực chất lớn hơn rất nhiều khối lượng có thể quan sát được. Hiện vẫn chưa có thực nghiệm nào xác nhận hoàn toàn sự có mặt của các vật chất
tối này. Tuy nhiên việc tồn tại của nó hiện nay là rất được tin tưởng do những hiệu ứng đã đo được [27].
Trong khoảng những năm 1998 các kết quả siêu tân tinh đã có một vài dòng bằng chứng cho thấy đã mở đường cho việc chấp nhận tương đối nhanh chóng của các siêu tân tinh, bằng chứng cho sự gia tốc của vũ trụ. Bao gồm đặc biệt 3 vấn đề:
Hình 3.2: Kích thước tương đối của vũ trụ như là một hàm của thời gian cho một vũ trụ phẳng làm hoàn toàn vật chất (màu đỏ) và được làm 30% vật chất và 70% hằng số vũ trụ (màu xanh lá cây). Trong cả hai trường hợp, các điểm không của thời gian tương ứng tới ngày nay, và điều đó đã được định nghĩa để độ dốc phù hợp với tốc độ giãn nở của vũ trụ hiện nay (hằng số Hubble được thực hiện là 70 km / s / Mpc). Cả hai kiểu của vũ trụ đã bước đầu giảm tốc, nhưng vũ trụ với các hằng số vũ trụ sau đó chuyển sang và bắt đầu tăng tốc. Vũ trụ với hằng số vũ trụ là già hơn bởi vì nó mất nhiều thời gian hơn để đạt được sự mở rộng tỷ lệ hiện tại của nó (13,5 Gyr) so với vũ trụ chỉ vật chất (9,3 Gyr).
Sự tiến hóa của Sao là dễ hiểu, và các quan sát các ngôi sao trong cụm sao hình cầu và các nơi khác chỉ ra rằng các ngôi sao lớn tuổi nhất là hơn 13 tỷ năm tuổi. Chúng ta có thể so sánh với tuổi của vũ trụ bằng cách đo tỷ lệ của vũ trụ mở rộng ngày hôm nay và truy tìm trở lại thời Big Bang. Nếu vũ trụ đã giảm gia tốc với tốc độ hiện tại của nó thì tuổi sẽ thấp hơn nếu nó đã gia tốc tới tốc độ hiện tại của nó (xem hình 3). Một vũ trụ phẳng chỉ tạo bởi vật chất sẽ chỉ có khoảng 9 tỷ năm tuổi - một vấn đề lớn cho rằng đây là vài tỷ năm trẻ hơn so với các ngôi sao lâu đời nhất. Mặt khác, một vũ trụ phẳng với 74% hằng số vũ trụ sẽ là khoảng 13,7 tỷ năm tuổi. Do đó, quan sát vũ trụ là đang gia tốc giải đã quyết được nghịch lý tuổi.
b, Có quá nhiều thiên hà xa xôi.
Việc đếm số thiên hà đã được sử dụng rộng rãi trong nỗ lực để ước tính giảm gia tốc độ của việc mở rộng của vũ trụ. Thể tích không gian giữa hai dịch chuyển đỏ khác nhau tùy thuộc vào quá trình giãn nở của vũ trụ (đối với một góc khối). Sử dụng số lượng thiên hà giữa hai dịch chuyển đỏ như một biện pháp đo thể tích không gian, các nhà quan sát đã đo thể tích ở xa dường như quá lớn so với những tiên đoán về một vũ trụ giảm gia tốc. Hoặc là độ sáng của các thiên hà hoặc số các thiên hà trên một đơn vị thể tích được phát triển với thời gian một cách bất ngờ, hoặc thể tích mà chúng ta đã tính toán là không chính xác. Một vũ trụ gia tốc có thể giải thích những quan sát mà không viện đến bất kỳ sự tiến hóa thiên hà lạ.
c, Độ phẳng quan sát được của vũ trụ mặc dù không đủ vật chất.
Sử dụng các phép đo biến động nhiệt độ trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) từ khi vũ trụ ~ 380.000 năm tuổi có thể kết luận rằng vũ trụ là không gian phẳng với một vài phần trăm. Bằng cách kết hợp những dữ liệu này với phép đo chính xácH0 và các phép đo mật độ vật chất của vũ trụ, nó trở nên rõ ràng rằng vật chất trong vũ trụ chỉ đóng góp khoảng 23% mật độ tới hạn. Một cách để chiếm mật độ năng lượng bị mất sẽ được gọi là một hằng số vũ trụ. Hóa ra, số lượng hằng số vũ trụ cần thiết để giải thích sự gia tốc quan sát thấy trong các dữ liệu siêu tân tinh,
chỉ là những gì cần thiết để làm cho vũ trụ phẳng. Vì vậy các hằng số vũ trụ giải quyết mâu thuẫn rõ ràng giữa mật độ vật chất và các quan sát CMB.
Mặc dù có sự thành công của nó, hằng số vũ trụ là không phải không có vấn đề. Vấn đề hằng số vũ trụ phát sinh bởi vì, bằng cách sử dụng các đối số tự nhiên trong lý thuyết trường lượng tử, người ta không thể giải thích lý do tại sao các hằng số vũ trụ quan sát được là quá nhỏ. Tính toán cơ học lượng tử rằng tổng các đóng góp từ tất cả các hình thức chân không dưới ngưỡng tử ngoại ở thang Planck cung cấp cho một mật độ năng lượng chân không của 10 er /112 g cm3(với
8 G
). Điều này vượt quá giá trị quan sát vũ trụ của 10 er /8 g cm3
KẾT LUẬN
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài luận văn, chúng tôi đã đề cập đến những nội dung và thu được một số kết quả chính như sau:
Nghiên cứu trình bày tổng quan và có hệ thống phương trình tổng quát Einstein cùng với hình học không gian Riemann cong.
Giới thiệu hình thức luận Tetrad, tính đối ngẫu hiệp biến tổng quát, trên cơ sở đó xây dựng các phương trình cho một loại trường vô hướng hấp dẫn thỏa mãn phương trình Klein – Gordon. Dự đoán về sự tồn tại của một trường vô hướng mà bình phương khối lượng liên quan đến hằng số hấp dẫn .
Bước đầu tìm hiểu và phân tích ý nghĩa, vai trò và giá trị của hằng số hấp dẫn vũ trụ trong một số lý thuyết. Nêu ra một số bằng chứng thực nghiêm giải thích sự giãn nở vũ trụ.
Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng vì điều kiện thời gian, kiến thức, kinh nghiệm nghiên cứu khoa học còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong sự chỉ bảo quý báu của các thày cô giáo.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt:
1. Đào Huy Bích (2007), Phép tính Tenxơ và một số ứng dụng trong Cơ học, Vật lý, NXB Đại học Quốc gia Hà nội.
2. Đào Vọng Đức, Phù Chí Hòa (2007), Nhập môn Lý thuyết Trường lượng tử, NXB khoa học và kỹ thuật.
3. Đào Vọng Đức (1980-2010), Bài giảng Lý thuyết Hạt cơ bản tại Viện Vật Lý, ĐHSP Hà Nội.
4. Đào Vọng Đức (2001-2010), Bài giảng Lý thuyết tương đối tổng quát, ĐHSP Hà Nội.
5. Nguyễn Ngọc Giao (2001), Hạt cơ bản, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
6. Nguyễn Xuân Hãn (1996), Cơ sở lý thuyết trường lượng tử, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
7. Lê Quang Minh (1999), Vũ trụ được hình thành như thế nào?(tái bản lần thứ 2), NXB Giáo dục Việt Nam.
8. Đào Văn Phúc (2009), Lịch sử Vật lí học (tái bản lần thứ 4), NXB Giáo dục Việt Nam.
9. Nguyễn Văn Thỏa, Bài giảng Thuyết tương đối tổng quát, ĐHKHTN, Đại học Quốc gia Hà nội.
Tài liệu tiếng Anh:
10. Carroll S.M. (1997), Lecture Notes on General Relativity, University of California.
11. Furlanetal G. (1997), Superstrings, Supergravity and Unifried Theories, World Scientific.
12. KaKu M. (1993), Quantum Field Theory, Oxford University Press, New York. 13. Landau L.D. and Lifshitz E.M., The Classical Theory of Fields, fourth revised english edition, Course of Theoretical Physics volume 2, Moscow, December 1939, Moscow, June 1947, pp 288, 295 – 297.
14. Lee H.C. (1983), An Introduction to Kaluza – Klein Theories, World Scientific. 15. Lee T.D. (1988), Particle Physics and Introduction to Field Theory.
16. Peskin M.E., Schroeder D.V (1995), An Introduction to Quantum Field Theory.
17. Ryder L.H. (1995), Quantum Field Theory, Cambridge University Press.
18. Weinberg S. (1995), The Quantum Theory of Fields, Cambridge University Press, New York.
19. Weinberg Steven, Gravitation and Cosmology: Principles and applications of the general theory of relativity, Cambridge, Massachusetts, April 1971, pp. 78, 95, 365.
20. Witt B.De, Fayet P., Nieuwenhuizen Van P. (1984), Supersymmetry and Sunergravity, World Scientific.
21. Carmeli Moshe (2002), Cosmological special relativity, The Large- Scale Structure of Space, Time and Velocity, Second Edition, World Scientific, pp.168 - 170.
Tài liệu Internet:
22.Http://www.scholarpedia.org/article/Cosmological_Constant
(Cosmological_Constant).
23. Http://en.wikipedia.org/ wiki/Cosmological_Constant
24. Http://www.universetoday.com/55680/Cosmological-Constant (Cosmological Constant by Jean Tate on February 12, 2010).
25. Http:// ned.ipac.caltech.edu/level5/Carroll2/frames.html
(The Cosmological Constan by Sean M. Carroll).
26. Http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni-accel.html (What is a Comological Constant?).
27. Http://thienvanvietnam.org/Home/vũ trụ học/vật chất tối và năng lượng tối (Vật chất tối và năng lượng tối).
28.Http://tiasang.com.vn/Default.aspx?tabid=62&News=1048&CategoryID=32