Buzz
Có gì không đúng với thuyết vụ nổ lớn, hay thậm chí là thuyết tương đối đã sai?
Tuổi và kích thước của vũ trụ
Trước khi bắt đầu khám phá bí ẩn của vũ trụ, chúng ta cần hiểu về tuổi và kích thước của nó. Điều này là cơ bản để tìm hiểu về sự mở rộng của vũ trụ và hiện tượng dịch chuyển đỏ. Tuổi của vũ trụ được ước tính thông qua quan sát của bức xạ nền vi sóng.
Bức xạ nền vi sóng là tín hiệu còn lại từ Vụ nổ lớn, hiện diện khắp vũ trụ. Phân tích dao động nhiệt độ trong bức xạ nền vi sóng giúp các nhà khoa học theo dõi lịch sử và ước tính tuổi của vũ trụ. Tuy nhiên, kích thước của vũ trụ vượt quá sự hiểu biết của chúng ta. Khi vũ trụ mở rộng, không gian cũng mở rộng theo, cho phép ánh sáng đi xa hơn trong lịch sử vũ trụ so với tuổi thực tế của nó.
Dịch chuyển đỏ là hiện tượng bước sóng của ánh sáng từ vật thể tăng lên do sự mở rộng của vũ trụ. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng quan sát sự mở rộng của vũ trụ qua các phương pháp khác, chẳng hạn như việc nghiên cứu thiên hà xa xôi để hiểu rõ hơn về tốc độ mở rộng của vũ trụ theo thời gian. Những quan sát này không chỉ giúp xây dựng các mô hình vũ trụ chính xác hơn mà còn đưa ra ý tưởng về vật chất tối và năng lượng tối, những thành phần không thể nhìn thấy nhưng cực kỳ quan trọng trong vũ trụ.
Sự dịch chuyển đỏ đề cập đến hiện tượng bước sóng bức xạ điện từ của một vật thể tăng lên vì một lý do nào đó. Nó là kết quả trực tiếp của sự giãn nở của vũ trụ. Ngoài dịch chuyển đỏ, các nhà khoa học còn quan sát sự giãn nở của vũ trụ thông qua các phương pháp khác, chẳng hạn như quan sát chi tiết các thiên hà xa xôi đã tiết lộ tốc độ giãn nở của vũ trụ thay đổi như thế nào theo thời gian. Những quan sát này không chỉ giúp các nhà khoa học xây dựng các mô hình vũ trụ chính xác hơn mà còn đưa ra các khái niệm về vật chất tối và năng lượng tối, những thành phần vô hình nhưng quan trọng của vũ trụ.
Thuyết tương đối và sự mở rộng của vũ trụ
Thuyết tương đối của Einstein là một trong những nền tảng của vật lý hiện đại, bao gồm thuyết tương đối đặc biệt và thuyết tương đối rộng. Thuyết tương đối đặc biệt nói về tốc độ ánh sáng không đổi, thuyết tương đối rộng liên quan đến lực gây cong không gian thời gian do vật chất tạo ra.
Một trong những kết luận nổi tiếng của thuyết tương đối là không có vật thể nào với khối lượng nghỉ có thể đạt hoặc vượt quá tốc độ ánh sáng. Khi tiến gần tới tốc độ ánh sáng, khối lượng của vật thể sẽ cần trở nên vô hạn, cũng như năng lượng cần để tăng tốc.
Tuy nhiên, sự mở rộng của vũ trụ không liên quan đến vật chất di chuyển trong không gian, mà là sự mở rộng của không gian chính. Điều này có nghĩa là các thiên hà không di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, mà thực tế chúng đang bị cuốn theo sự mở rộng của không gian. Do đó, sự mở rộng của vũ trụ không vi phạm giới hạn về tốc độ ánh sáng trong thuyết tương đối.
Để dễ hiểu, hãy tưởng tượng vẽ các điểm trên một quả bóng bay chưa được bơm căng, tượng trưng cho các thiên hà trong vũ trụ. Khi bóng chưa được bơm căng, khoảng cách giữa các điểm đều gần nhau. Nhưng khi bắt đầu thổi bóng, khoảng cách giữa các điểm sẽ tăng lên.
Lưu ý rằng các điểm không di chuyển; vị trí tương đối của chúng vẫn giữ nguyên. Trong mô hình này, bề mặt của quả bóng thể hiện không gian hai chiều tương tự như không gian ba chiều. Khi bóng giãn nở, khoảng cách giữa các điểm trên bề mặt tăng lên. Điều này không phải do các điểm di chuyển trên bề mặt, mà là do toàn bộ bề mặt giãn nở. Tuy mô hình này đơn giản, nhưng giúp hiểu về sự mở rộng của vũ trụ.
Ý nghĩa sâu sắc của sự mở rộng vũ trụ
Sự mở rộng không gian của vũ trụ không chỉ là một hiện tượng quan sát được, nó còn thách thức các luật vật lý của chúng ta và đòi hỏi chúng ta phải suy nghĩ lại về bản chất của khối lượng, năng lượng, thời gian và không gian. Khi không gian có thể mở rộng vô tận, câu hỏi quan trọng là liệu các luật vật lý của chúng ta có cần phải thích ứng với khuôn khổ vô hạn này hay không.
Nghiên cứu về sự mở rộng của vũ trụ cũng dẫn tới các khái niệm về vật chất tối và năng lượng tối. Đây là những dạng vật chất và năng lượng mà chúng ta không thể quan sát trực tiếp được, nhưng qua ảnh hưởng của chúng đến sự mở rộng của vũ trụ, chúng ta biết rằng chúng chiếm phần lớn trong tổng năng lượng trong vũ trụ.
Vật chất tối ảnh hưởng đến tốc độ quay của các thiên hà và sự chuyển động của các cụm thiên hà thông qua hiệu ứng hấp dẫn, trong khi năng lượng tối là lực bí ẩn thúc đẩy sự mở rộng tăng tốc của vũ trụ. Cách chúng tương tác với sự mở rộng của vũ trụ và bản chất của chúng là gì là một trong những lĩnh vực nghiên cứu thú vị nhất trong vật lý hiện đại.
Khi vũ trụ tiếp tục mở rộng, các thiên hà xa xôi sẽ ngày càng cách xa chúng ta và cuối cùng có thể vượt ra ngoài phạm vi quan sát của chúng ta. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể mất đi cơ hội nhìn vào lịch sử ban đầu của vũ trụ, đồng thời hạn chế sự hiểu biết của chúng ta về số phận cuối cùng của vũ trụ. Mặc dù sự mở rộng của vũ trụ được chấp nhận rộng rãi như một thực tế cơ bản của vũ trụ học, nhưng cơ chế chính xác đằng sau nó phần lớn vẫn chưa được biết đến.
Tham khảo: Zhihu
