Kính viễn vọng Webb đã hé lộ bí mật của vũ trụ: Big Bang chỉ là sáng tạo của con người

Vũ trụ đã hình thành như thế nào? Đây là một trong những vấn đề lâu đời và phức tạp nhất trong lịch sử loài người.

Lý thuyết Big Bang xuất hiện như thế nào?

Thuyết Big Bang cho rằng vũ trụ bắt đầu từ một điểm rất nhỏ và cực kỳ dày đặc, sau một vụ nổ mạnh mẽ, thời gian, không gian và vật chất được tạo ra, sau đó mở rộng và nguội dần để tạo ra các ngôi sao, thiên hà và các vật thể khác.

Lần đầu tiên, lý thuyết này được nhà vật lý Georges Lemaitre đề xuất vào năm 1927, người đã đưa ra một mô hình toán học mô tả nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ dựa trên thuyết tương đối rộng của Einstein.

Ban đầu, lý thuyết của Georges Lemaitre không được chấp nhận rộng rãi, thậm chí bị nhà vật lý người Anh Fred Hoyle chế nhạo là 'Big Bang', có nghĩa là 'vụ nổ lớn'. Hoyle là người ủng hộ một hệ thống vũ trụ ổn định, ý tưởng rằng vũ trụ là vĩnh viễn và không thay đổi, không có điểm bắt đầu và kết thúc.

Tuy nhiên, sau những năm 1950, với sự tiến bộ trong công nghệ quan sát và những khám phá mới, thuyết Big Bang dần nhận được nhiều bằng chứng và sự hỗ trợ hơn - trong đó có bức xạ nền vi sóng của vũ trụ.

Bức xạ nền vi sóng vũ trụ là tia sáng đầu tiên phát ra sau khoảng 380.000 năm kể từ khi vũ trụ hình thành và vẫn tồn tại trong toàn bộ vũ trụ sau 13,8 tỷ năm. Khám phá ban đầu của bức xạ nền vi sóng vũ trụ được thực hiện tình cờ vào năm 1964 bởi Arno Penzias và Robert Wilson, những nhà vật lý Mỹ, khi họ phát hiện ra những tín hiệu mờ nhạt đến từ mọi hướng trên bầu trời khi sử dụng kính viễn vọng vô tuyến.

Sau khi loại bỏ nhiều nguồn nhiễu khác nhau, họ nhận ra rằng tín hiệu có thể là một loại bức xạ từ quá khứ xa. Cùng lúc đó, Robert Henry Dicke và nhóm nghiên cứu của ông ở Mỹ cũng chuẩn bị sử dụng các thiết bị tương tự để tìm kiếm bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Khi biết Arno Penzias và Robert Wilson đã phát hiện ra bức xạ nền vi sóng vũ trụ, Robert Henry Dicke liền liên lạc với họ để xác nhận khám phá của mình.

Arno Penzias và Robert Wilson sau đó đã đoạt giải Nobel Vật lý vào năm 1978 nhờ khám phá của họ, trong khi Robert Henry Dicke và nhóm nghiên cứu của ông không kịp công bố lý thuyết của mình và bị bỏ lỡ cơ hội giành giải thưởng.

Việc phát hiện bức xạ nền vi sóng vũ trụ là bằng chứng mạnh mẽ nhất cho thuyết Big Bang, vì nó khớp với các dự đoán về nhiệt độ và tần số của bức xạ này và phân bố đồng đều trên bầu trời, cho thấy tính đồng nhất của vũ trụ sơ khai. Tuy nhiên, các quan sát gần đây từ Kính viễn vọng Không gian Webb đã đặt ra một số thách thức đối với lý thuyết này, khi phát hiện điều gì đó không phù hợp với dự đoán.

Kính viễn vọng Webb đã quan sát được điều gì?

Theo lý thuyết Big Bang, vũ trụ ban đầu là một plasma đồng nhất, có nhiệt độ cao và mật độ cao, không có cấu trúc hoặc vật chất nào trong vài triệu năm đầu tiên. Khi vũ trụ bắt đầu nguội và mở rộng theo thời gian, những biến động nhỏ trong mật độ bắt đầu xuất hiện và dần dần được phóng to. Những biến động này tạo ra sự tích tụ vật chất ở một số khu vực và làm cho nó trở nên thưa thớt ở những khu vực khác.

Điều này dẫn đến sự hình thành các khu vực trong đó các hạt nhân và electron có thể kết hợp lại để tạo thành các nguyên tử hydro trung tính, gọi là các giai đoạn tái ion hóa. Trong giai đoạn này, không có nguồn sáng, vũ trụ ở trạng thái tối và trong suốt.

Giai đoạn tái ion hóa kết thúc khoảng 13 tỷ năm trước, khi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên bắt đầu hình thành và phát ra bức xạ cực tím mạnh mẽ. Trong giai đoạn này, các ngôi sao và thiên hà trải qua quá trình tiến hóa nhanh chóng và phức tạp.

Theo dự đoán của lý thuyết, các tiền thiên hà cần có một số đặc điểm như sau: thứ nhất, chúng phải có hình dạng không đều, không có cấu trúc hoặc chuyển động quay rõ ràng; thứ hai, độ sáng và mật độ của chúng thấp, do thiếu các nguyên tố nặng và bụi; cuối cùng, chúng tương đối nhỏ do vật chất phân bố không đều và lực hấp dẫn không đồng đều và ổn định.

Tuy nhiên, Kính viễn vọng Không gian Webb đã mang lại một cảnh quan khác so với những gì được dự kiến. Theo các bài báo mới được công bố trên các tạp chí bao gồm Nature, Science và Acta Astronomica, Kính viễn vọng Không gian Webb đã phát hiện ra điều gì đó không như dự kiến.

Đầu tiên, một số thiên hà sáng và dày đặc đến mức chúng vượt quá dự đoán lý thuyết. Ví dụ, Kính viễn vọng Webb đã quan sát thấy một thiên hà cách chúng ta khoảng 13,2 tỷ năm ánh sáng, sáng bằng 100 tỷ Mặt Trời và đặc hơn 100 lần so với Dải Ngân hà, là một trong những thiên hà nguyên sinh sáng nhất và dày đặc nhất được biết đến. Thứ hai, một số thiên hà đã có sẵn cấu trúc xoắn ốc và đĩa nhẵn thay vì hình dạng bất thường.

Ngoài ra, Kính viễn vọng Webb cũng đã phát hiện hơn 1.000 thiên hà nguyên sinh ở một khu vực cách chúng ta khoảng 13 tỷ năm ánh sáng, trong khi theo mô phỏng lý thuyết thì đáng lẽ chỉ có vài chục thiên hà trong khu vực này.

Những thiên hà này là một trong những nhóm tiền thiên hà lớn nhất và dày đặc nhất được biết đến. Những phát hiện này khiến các nhà thiên văn học ngạc nhiên và bối rối vì chúng không phù hợp với những gì lý thuyết Big Bang dự đoán.

Theo lý thuyết, những thiên hà nguyên thủy này lẽ ra vẫn ở trạng thái nguyên thủy và hỗn loạn chứ không phải đã phát triển những đặc điểm phức tạp và trưởng thành. Vậy, những thiên hà nguyên thủy này hình thành và phát triển như thế nào? Vụ nổ Big Bang có thực sự xảy ra không?

Lý thuyết Big Bang: Sửa đổi hay từ bỏ?

Đối mặt với những quan điểm và thách thức mới do Kính thiên văn Webb mang lại, các nhà thiên văn học đã đưa ra những quan điểm và giải thích khác nhau. Một số người tin rằng những quan sát này không chứng tỏ thuyết Big Bang sai hoàn toàn. Họ cho rằng những thiên hà nguyên thủy có thể hình thành và phát triển nhanh hơn do tác động của vật chất tối hoặc năng lượng tối.

Vật chất tối hoặc năng lượng tối có thể đã đóng vai trò quan trọng trong vũ trụ sơ khai, thúc đẩy sự tích tụ vật chất và hình thành cấu trúc, dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các thiên hà nguyên thủy. Họ cũng tin rằng những thiên hà này có thể là những dị thường gây ra bởi một số môi trường hoặc điều kiện đặc biệt, chứ không phải do các quy luật phổ quát.

Mặt khác, cũng có những người tin rằng những quan sát này có thể có nghĩa là lý thuyết Big Bang cần được xem xét lại hoặc từ bỏ. Họ tin rằng vũ trụ có thể không có sự khởi đầu hay kết thúc duy nhất mà là một quá trình mang tính chu kỳ.

Nói cách khác, vũ trụ có thể đã trải qua nhiều vụ nổ lớn và sự co lại lớn, mỗi lần như vậy lại tạo ra một vũ trụ mới. Lý thuyết này được gọi là lý thuyết vũ trụ tuần hoàn, và nó tin rằng vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong vô số vũ trụ, và mỗi vũ trụ đều có những đặc điểm và quy luật riêng.

Có lẽ những thiên hà nguyên thủy này là tàn dư của vũ trụ trước đó chứ không phải của vũ trụ chúng ta. Tất nhiên, đây chỉ là một khả năng và không có bằng chứng thuyết phục. Để xác minh giả thuyết này, chúng ta cần dữ liệu quan sát ngày càng chính xác hơn để phân tích và so sánh.