Buzz
Ngày 19 tháng 3 vừa qua, cộng đồng khoa học toàn cầu đã chấn động với một công bố mới: năng lượng tối, lực bí ẩn thúc đẩy sự giãn nở vũ trụ, đang dần suy yếu theo thời gian.
Cụ thể, trong suốt 4,5 tỷ năm qua, mật độ năng lượng tối đã giảm khoảng 10%. Phát hiện này đến từ dự án Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), sử dụng kính viễn vọng tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak, Arizona, Mỹ.
Sau ba năm thu thập và phân tích dữ liệu, kết quả của DESI không chỉ đặt dấu hỏi cho nền tảng mô hình vũ trụ học hiện nay mà còn mở ra khả năng tồn tại các lực và quy luật vật lý mới chưa từng được biết đến.
Trong nhiều thập kỷ, mô hình ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter) được xem là lý thuyết chuẩn mực về vũ trụ học, giải thích thỏa đáng các hiện tượng lớn như bức xạ nền vi sóng vũ trụ, sự hình thành cấu trúc quy mô lớn và tốc độ giãn nở ngày càng tăng của vũ trụ.
Mô hình này giả định năng lượng tối là một “hằng số vũ trụ học” – không thay đổi theo thời gian và là thuộc tính cố hữu của không gian. Tuy nhiên, kết quả DESI cho thấy điều ngược lại: năng lượng tối không cố định mà đang giảm dần.
Điều này đặt ra câu hỏi lớn cho giới khoa học: nếu nền tảng quan trọng nhất của vũ trụ học hiện đại bị nghi vấn, thì tương lai của vũ trụ sẽ ra sao?
Trước khi phát hiện này được công bố, mọi phép đo thiên văn từ siêu tân tinh, bức xạ nền đến phân bố vật chất quy mô lớn đều củng cố giả thuyết năng lượng tối là một hằng số. Tuy nhiên, nếu năng lượng tối thay đổi theo thời gian, điều đó đồng nghĩa vũ trụ không giãn nở đều đặn mãi mãi mà có thể đang tiến tới một sự biến đổi lớn trong trạng thái vận động của nó.
Một số nhà vật lý vũ trụ cho rằng đây có thể là dấu hiệu của “lực thứ năm”, một lực cơ bản mới ngoài bốn lực cổ điển gồm hấp dẫn, điện từ, tương tác mạnh và tương tác yếu. Nếu đúng, điều này không chỉ làm đảo lộn vật lý cổ điển mà còn buộc nhân loại phải xây dựng lại nền tảng hiểu biết về vũ trụ.
Phát hiện này không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn khuấy động lại cuộc tranh luận bất tận về vận mệnh cuối cùng của vũ trụ. Trước đây, các nhà khoa học đã đề xuất bốn kịch bản chính mô tả “cái chết” của vũ trụ: cái chết nhiệt (Big Freeze), sự sụp đổ lớn (Big Crunch), sự rách lớn (Big Rip) và trạng thái ổn định (Static Universe).
Mỗi kịch bản phụ thuộc chặt chẽ vào hành vi của năng lượng tối theo thời gian, nên việc phát hiện năng lượng tối suy giảm có thể làm thay đổi xác suất xảy ra từng viễn cảnh này.
Nếu năng lượng tối tiếp tục giảm nhưng vẫn giữ giá trị dương, vũ trụ có thể giãn nở chậm dần và tiến tới cái chết nhiệt. Khi đó, các thiên hà sẽ ngày càng cách xa nhau, vũ trụ trở nên lạnh lẽo, tĩnh lặng và tối tăm, không còn bất kỳ hoạt động vật lý nào.
Thời gian để vũ trụ đạt đến trạng thái này có thể lên đến 10^100 năm, con số vượt xa trí tưởng tượng của con người.
Trong một kịch bản khác, nếu năng lượng tối tiếp tục giảm mạnh và chuyển sang giá trị âm, lực hấp dẫn sẽ chiếm ưu thế trở lại, dẫn đến sự đảo chiều của quá trình giãn nở, khiến vũ trụ bắt đầu co lại, tập trung mọi vật chất về điểm kỳ dị, tương tự như quá trình ngược của Vụ nổ lớn.
Đó là kịch bản “sụp đổ lớn”, nơi toàn bộ vũ trụ kết thúc tại một điểm có mật độ và nhiệt độ vô hạn hoặc có thể mở ra một chu kỳ tái sinh mới.
Ngược lại với hai viễn cảnh trên là “rách lớn”, xảy ra khi năng lượng tối không suy yếu mà còn ngày càng tăng mạnh. Lực đẩy của năng lượng tối sẽ dần phá hủy mọi cấu trúc trong vũ trụ: từ cụm thiên hà đến hành tinh, nguyên tử và cuối cùng là không-thời gian.
Đây là cái chết nhanh nhất của vũ trụ, có thể xảy ra chỉ trong 10-20 tỷ năm tới nếu mô hình “năng lượng tối ma” là đúng.
Kịch bản thứ tư, “trạng thái ổn định”, xảy ra khi năng lượng tối dần biến mất hoàn toàn. Quá trình giãn nở chậm lại và cuối cùng dừng hẳn, vũ trụ đạt trạng thái cân bằng, không tiếp tục giãn nở hay co lại.
Tuy nhiên, trạng thái ổn định này không kéo dài mãi: theo thời gian, nhiệt độ vũ trụ giảm dần, các lỗ đen cuối cùng cũng bốc hơi, đưa vũ trụ vào trạng thái “chết lạnh” nhưng với tốc độ chậm hơn nhiều.
Ngoài bốn kịch bản trên, còn có giả thuyết “vũ trụ tuần hoàn”, trong đó vũ trụ liên tục trải qua các chu kỳ giãn nở và co lại. Đây là viễn cảnh hấp dẫn vì không cần điểm khởi đầu hay kết thúc, nhưng vẫn còn nhiều điều chưa rõ để xác nhận bằng quan sát.
Dù vậy, DESI chỉ là một trong những nỗ lực đầu tiên đo trực tiếp sự thay đổi của năng lượng tối. Các nhà khoa học nhấn mạnh dữ liệu hiện tại vẫn sơ bộ và cần xác minh thêm bằng các kính viễn vọng và thiết bị khác như Kính viễn vọng không gian Euclid, Đài quan sát Vera Rubin hay Kính viễn vọng không gian Nancy Grace Roman.
Chỉ khi có thêm các phép đo chính xác và kéo dài hơn, cộng đồng khoa học mới xác định được liệu phát hiện này là bước ngoặt hay chỉ là sai lệch tạm thời trong quá trình quan sát.
Tuy nhiên, rõ ràng phát hiện này đã mở ra chân trời mới cho vật lý lý thuyết: nếu năng lượng tối thực sự là trường động lực học như “trường vô hướng lượng tử” thay vì hằng số cố định, thì bản chất vũ trụ, các định luật vật lý và lực lượng chi phối không-thời gian cần được xem xét lại.
Có thể trong tương lai, chúng ta sẽ khám phá ra mối liên hệ giữa năng lượng tối với các yếu tố như lực hấp dẫn lượng tử, chiều không gian bổ sung hoặc một lực cơ bản hoàn toàn mới.
