Buzz
Vũ trụ được hình thành như thế nào? Và nó sẽ đi đến đâu? Trong số nhiều giả thuyết về sự kết thúc của vũ trụ, có một ý tưởng đặc biệt là: Vũ trụ có thể biến thành một cục sắt khổng lồ. Tại sao nguyên tố sắt, một điều không xa lạ trên Trái Đất, lại trở thành vật liệu cuối cùng của vũ trụ?
Khi khám phá vận mệnh cuối cùng của vũ trụ, chúng ta phải nhắc đến nhiệt động lực học, định luật thứ hai của nhiệt động lực học, và nguyên lý tăng entropy, là chìa khóa giúp chúng ta hiểu biết về sự tiến hóa của vũ trụ. Entropy, nói một cách đơn giản, là thước đo sự mất trật tự của một hệ thống. Ở quy mô vũ trụ, điều này có nghĩa là tổng entropy của vũ trụ đang tăng lên theo thời gian.
Là một trong những hệ nhiệt động quan trọng nhất trong vũ trụ, các ngôi sao đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn mở rộng của vũ trụ. Sự ra đời và cái chết của các ngôi sao không chỉ là chìa khóa cho vòng tuần hoàn vật chất trong vũ trụ. Số phận của chúng còn làm sáng tỏ quá trình tiến hóa của các nguyên tố trong vũ trụ, đặc biệt là số phận đặc biệt của sắt.
Các ngôi sao chuyển đổi các nguyên tố nhẹ như hydro và heli thành các nguyên tố nặng hơn thông qua quá trình tổng hợp hạt nhân. Trong quá trình này, nhiệt độ và áp suất bên trong các ngôi sao tiếp tục tăng cho đến khi chúng có thể tạo ra sắt. Tuy nhiên, một khi lượng sắt trong lõi ngôi sao tích tụ đến một mức nhất định thì quá trình tổng hợp hạt nhân sẽ dừng lại. Vì sắt có năng lượng liên kết hạt nhân cao nhất nên nó không giải phóng năng lượng để hỗ trợ quá trình tổng hợp ngôi sao thêm nữa. Sự kết thúc của quá trình này có những kết quả khác nhau đối với các ngôi sao có khối lượng khác nhau.
Trong vụ nổ siêu tân tinh, lõi của ngôi sao sụp đổ thành một vật thể cực kỳ đặc, có thể là sao neutron hoặc lỗ đen. Trong quá trình sụp đổ này, một số lượng lớn lõi sắt sẽ được tổng hợp. Những lõi sắt này bị đẩy ra trong làn sóng xung kích của vụ nổ siêu tân tinh và lan ra mọi ngóc ngách của vũ trụ.
Trong vụ nổ siêu tân tinh, lõi của ngôi sao sụp đổ thành một vật thể cực kỳ đặc, có thể là sao neutron hoặc lỗ đen. Trong quá trình sụp đổ này, một số lượng lớn lõi sắt sẽ được tổng hợp. Những lõi sắt này bị đẩy ra trong làn sóng xung kích của vụ nổ siêu tân tinh và lan ra mọi ngóc ngách của vũ trụ.
Khi vũ trụ phát triển, lõi sắt lan rộng khắp không gian. Sắt, với tính ổn định, từ từ tụ lại tạo thành các khối sắt khác nhau. Những khối sắt này sẽ thu hút nhau và lớn dần, có thể trở thành ngôi sao sắt hoặc hành tinh sắt. Với thời gian, việc hình thành ngôi sao mới không thể nhanh bằng tốc độ tàn phá của những ngôi sao cũ. Cuối cùng, ánh sáng sẽ dần mờ đi và các thiên hà sẽ tắt hẳn.
Các quan sát hiện tại cho thấy vũ trụ đang mở rộng với tốc độ gia tăng. Khi vũ trụ mở rộng, vật chất cách xa nhau hơn, giảm nhiệt độ trung bình. Theo lý thuyết bức xạ Hawking, các lỗ đen sẽ dần biến mất thông qua hiệu ứng lượng tử và phát ra bức xạ.
Trong thời gian rất dài, ngay cả các lỗ đen siêu lớn cũng sẽ tiêu biến, để lại một trường bức xạ năng lượng thấp. Khi vật chất trong vũ trụ đạt đến sự phân bố năng lượng đồng đều, vũ trụ sẽ chuyển sang trạng thái tĩnh, gọi là cái chết nhiệt. Năng lượng tối có thể khiến cho vũ trụ mở rộng tăng tốc, làm tan nát mọi thứ từ các thiên hà đến nguyên tử, thậm chí là cấu trúc của thời gian và không gian.
Tuy nhiên, vũ trụ không đơn giản như vậy. Dưới điều kiện ổn định, phản ứng tổng hợp có thể tiếp tục thay đổi qua hàng tỷ năm để chuyển hóa thành sắt. Nhưng thực tế phức tạp hơn. Ví dụ, khi Mặt Trời hết hydro, nó sẽ nở ra thành một sao khổng lồ đỏ. Đây chỉ là một phần của cuộc đời Mặt Trời.
Sau một thời gian, Mặt Trời sẽ trở thành một sao lùn trắng, không biến thành sắt. Thậm chí sao lùn trắng cũng tiếp tục suy sụp và trở thành sao lùn đen. Nhiều ngôi sao sẽ không chuyển hóa thành sắt mà sẽ trở thành sao lùn trắng, sao lùn đen, sao neutron hoặc lỗ đen.
Do đó, vũ trụ cuối cùng sẽ không chỉ còn sắt. Khi nhiên liệu hạt nhân cạn kiệt, vật liệu không chống lại lực hấp dẫn mạnh sẽ trực tiếp bỏ qua giai đoạn hình thành sắt, tác động lên electron và proton. Sao neutron được hình thành khi electron bị nén thành proton.
Ngoài ra, phân hạch của các nguyên tố nặng cũng gây ra hiện tượng tương tự. Con người chưa tìm thấy thiên thể nào được cấu tạo hoàn toàn từ các nguyên tố nặng, do lực hấp dẫn đã phá hủy chúng trước khi hình thành.
Mặc dù sắt đóng vai trò quan trọng trong vũ trụ, nhưng dựa trên quan sát và tính toán khoa học hiện nay, chúng ta chưa phát hiện thiên thể nào hoàn toàn bằng sắt. Thay vào đó, kính viễn vọng không gian đã quan sát được nhiều loại vật thể khác như sao lùn trắng, sao lùn đen, sao neutron và lỗ đen. Theo các nhà khoa học, vũ trụ của chúng ta đã tồn tại khoảng 13,8 tỷ năm. Đó là một khoảng thời gian dài, và nếu vũ trụ chỉ còn lại sắt cuối cùng, chúng ta đã thấy dấu hiệu của nó từ lâu. Tuy nhiên, chúng ta chưa thấy bất kỳ thiên thể nào có thể giải thích điều này. Vậy, có thể kết luận rằng đích đến cuối cùng của vũ trụ không phải là sắt!
Mặc dù ý tưởng về “vũ trụ sắt” đưa ra một góc nhìn thú vị về tương lai của vũ trụ, nhưng đó chỉ là một trong số nhiều giả thuyết. Kết quả cuối cùng của vũ trụ có thể vượt xa sức tưởng tượng của chúng ta, nhưng sắt, với tính ổn định cao trong vũ trụ, có thể đóng vai trò quan trọng trong kết quả này.
Tham khảo: Zhihu
