Buzz
Vũ trụ đã mở rộng trong 13,7 tỷ năm kể từ khi nó hình thành. Ban đầu chỉ là một điểm kỳ dị vô cùng nhỏ, vũ trụ đã mở rộng thành một quy mô khổng lồ không thể so sánh được ngày nay. Tuy nhiên, một số nhà khoa học dự đoán rằng sự giãn nở này sẽ hoàn toàn kết thúc sau 100 triệu năm nữa và bắt đầu co lại.
Theo những nghiên cứu tiêu chuẩn về vũ trụ, vũ trụ của chúng ta đã tồn tại khoảng 13,7 tỷ năm. Trong thời gian này, vũ trụ đã dần dần mở rộng từ một điểm kỳ dị vô cùng nhỏ ban đầu thành một quy mô rộng lớn không thể so sánh được ngày nay. Vũ trụ ngày nay tiếp tục mở rộng, thậm chí còn gia tốc, khiến các nhà vật lý phải áp dụng năng lượng tối để giải thích gia tốc này.
Hiện nay, chúng ta vẫn còn rất ít thông tin về bản chất của năng lượng tối. Một nghiên cứu gần đây trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) cho thấy rằng trạng thái năng lượng tối có thể làm vũ trụ ngừng giãn nở và dần co lại ngay sau đó. Theo nghiên cứu này, sự kiện này có thể diễn ra không lâu sau 65 triệu năm, khi sự giãn nở của vũ trụ không còn gia tốc nữa và sau 100 triệu năm, sự giãn nở của vũ trụ sẽ hoàn toàn ngừng lại và bắt đầu co lại.
Sự mở rộng gia tăng của vũ trụ
Einstein đã đưa ra thuyết tương đối rộng vào năm 1915, biến vũ trụ học thành một môn khoa học thực thụ. Các phương trình của Einstein chứa câu trả lời về nguồn gốc và tiến hóa của vũ trụ. Tuy nhiên, một vấn đề trong phương trình ban đầu khiến các nhà vật lý bối rối - nó không mô tả trạng thái tĩnh của vũ trụ, chỉ miêu tả vũ trụ luôn giãn nở hoặc co lại.
Được giới hạn bởi vũ trụ học lúc đó, Einstein đã sửa đổi phương trình và thêm vào đó 'hằng số vũ trụ' để có được một mô hình vũ trụ tĩnh.
Tuy nhiên, những quan sát thiên văn sau đó đã khiến mọi người bất ngờ. Vào năm 1929, Edwin Hubble quan sát được sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà ngoài thiên hà, cho thấy chúng đều đang di chuyển xa khỏi chúng ta.
Sự giãn nở của vũ trụ đã được dự đoán bởi các phương trình trường của Einstein, giải thích được hiện tượng này. Tuy nhiên, sau đó Einstein rút lại các sửa đổi của mình đối với các phương trình, thừa nhận việc đưa ra hằng số vũ trụ là một sai lầm.
Tuy nhiên, vấn đề không dừng lại ở đó. Vũ trụ đang giãn nở, mật độ vật chất trong vũ trụ giảm đi khi vũ trụ lớn hơn, dẫn đến mật độ năng lượng tương ứng giảm. Tiên đoán của phương trình trường của Einstein cho thấy sự giãn nở sẽ chậm lại, nhưng các quan sát thiên văn vào năm 1998 lại cho thấy sự giãn nở đang tăng tốc.
Các nhà vật lý đã phát hiện ra rằng tốc độ giãn nở của vũ trụ đang tăng lên. Họ cho rằng có một loại vật chất chưa biết trong vũ trụ giữ nguyên mật độ năng lượng khi vũ trụ mở rộng. Điều này giải thích tại sao sự giãn nở của vũ trụ đang gia tăng.
Năng lượng chưa biết này được gọi là 'năng lượng tối'. Các nhà vật lý ước tính rằng năng lượng tối chiếm khoảng 70% tổng năng lượng trong vũ trụ để giải thích sự giãn nở tăng tốc. Tuy nhiên, vẫn còn tranh luận về bản chất của năng lượng tối và cách mô tả nó trong vật lý học.
Định mệnh của vũ trụ sau 100 triệu năm
Năm 1998, ba nhà vật lý trong đó có Paul Steinhardt đã công bố một bài báo đề xuất giả thuyết rằng năng lượng tối là 'quintessence'. Theo giả thuyết này, năng lượng tối không còn là một mật độ năng lượng cố định như được mô tả bởi hằng số vũ trụ, mà là một trường vô hướng có thể thay đổi theo thời gian, ảnh hưởng đến sự giãn nở của vũ trụ.
Một bài báo gần đây trên PNAS đã phát triển một mô hình vũ trụ với năng lượng tối 'thiết yếu', giải thích lịch sử giãn nở của vũ trụ. Theo mô hình này, năng lượng tối sẽ giảm dần theo thời gian và cuối cùng hoạt động giống như vật chất bình thường, khiến sự giãn nở của vũ trụ ngừng tăng tốc và bắt đầu co lại sau khoảng 100 triệu năm.
Mặc dù thời điểm vũ trụ bắt đầu co lại có thể không còn xa, nhưng quá trình này sẽ rất chậm và có thể mất hàng tỷ năm để vũ trụ thu nhỏ đáng kể. Tuy nhiên, tất cả những quan sát của chúng ta về sự giãn nở của vũ trụ đến từ những vật thể cách xa hàng triệu đến hàng tỷ năm ánh sáng.
Tuy nhiên, vẫn chưa có cách nào để biết chắc liệu năng lượng tối có thực sự là một 'chất' hay liệu sự giãn nở của vũ trụ đã bắt đầu chậm lại. Công trình của Steinhardt và cộng sự chỉ dựa trên một mô hình năng lượng tối đặc biệt.
