Buzz
Nếu lý thuyết về va chạm màng đúng, những 'dấu vết' của sự va chạm nguyên thủy đó vẫn còn lưu lại trong vũ trụ mà chúng ta quan sát.
Hơn một thế kỷ qua, giả thuyết Vụ Nổ Lớn (Big Bang) đã là lời giải thích thuyết phục nhất về sự ra đời của vũ trụ, với không gian, thời gian, vật chất và năng lượng bùng nổ từ một 'điểm kỳ dị' nhỏ hơn cả hạt nguyên tử.
Tuy nhiên, một nhóm các nhà vật lý lý thuyết đang thách thức quan điểm này với một giả thuyết táo bạo: vũ trụ không bắt nguồn từ một vụ nổ, mà là kết quả của sự va chạm giữa hai 'màng' (brane) khổng lồ trôi nổi trong không gian đa chiều.
Đây là nền tảng của lý thuyết vũ trụ màng (brane cosmology), một nhánh của lý thuyết M trong vật lý hiện đại, mở rộng lý thuyết dây (string theory) sang không gian 11 chiều.
Theo lý thuyết này, thế giới mà chúng ta đang sống chỉ là một 'màng bốn chiều' (ba chiều không gian và một chiều thời gian) trong một không gian cao hơn, nơi có thể tồn tại vô số màng song song.
Khi hai màng này va chạm, năng lượng sinh ra sẽ chuyển hóa thành vật chất và bức xạ, và đó chính là khởi nguồn của vũ trụ mà chúng ta đang quan sát hôm nay.
Từ lý thuyết dây đến 'vụ nổ' của hai màng song song.
Khái niệm này được khởi xướng từ phát hiện về D-brane của nhà vật lý Joseph Polchinski vào năm 1995, khi ông chỉ ra rằng các màng (brane) là thành phần tự nhiên trong lý thuyết dây.
Vài năm sau, hai nhà vật lý Lisa Randall (Đại học Harvard) và Raman Sundrum (Đại học Maryland) đã phát triển mô hình Randall-Sundrum, trong đó lực hấp dẫn có thể lan tỏa qua chiều không gian thứ năm, mở ra khả năng tồn tại của các vũ trụ song song 'gần nhau' trong không gian đa chiều.
Vào năm 2001, Paul Steinhardt (Đại học Princeton) và Neil Turok (Đại học Cambridge) đã giới thiệu mô hình vũ trụ ekpyrotic, một bước ngoặt lớn trong vũ trụ học hiện đại. Họ cho rằng vũ trụ bắt nguồn từ một vụ va chạm mãnh liệt giữa hai màng song song, tạo ra năng lượng khổng lồ kích hoạt quá trình giãn nở không gian, thay vì từ Vụ Nổ Lớn.
Theo mô hình này, vũ trụ có thể trải qua một chu trình vô tận, với vô số lần va chạm, giãn nở và co lại - một 'chu kỳ vĩnh cửu' thay vì một khởi đầu duy nhất.
Khi hai 'màng' va chạm, vũ trụ được sinh ra.
Trước thời điểm va chạm, hai màng song song trôi nổi trong không gian 11 chiều, chỉ cách nhau một khoảng rất nhỏ, vào khoảng 10-33 mét.
Sự dao động lượng tử làm cho các màng này gợn sóng và từ từ tiến lại gần nhau, cho đến khi khoảng cách giữa chúng chỉ còn ở thang Planck (10-35 mét). Khi đó, lực hấp dẫn và các trường lượng tử đạt tới mức cực đại, khiến năng lượng chân không tăng vọt, dẫn đến một vụ va chạm dữ dội.
Năng lượng phát ra từ cú va chạm này tương đương với hàng tỷ tỷ tỷ vụ nổ bom khinh khí, tạo ra bức xạ, hạt cơ bản và trường Higgs - những thành phần cơ bản đầu tiên hình thành nên vũ trụ.
Thay vì một 'điểm kỳ dị' với mật độ vô hạn như trong mô hình Big Bang, lý thuyết màng giải thích sự ra đời của vũ trụ như một quá trình vật lý có trật tự, không chứa nghịch lý vô hạn.
Từ năng lượng va chạm, vũ trụ bắt đầu giãn nở nhanh chóng trong giai đoạn 'lạm phát'. Thể tích không gian tăng gấp hàng triệu tỷ lần chỉ trong khoảng 10-28 giây. Sự giãn nở này tạo ra những gợn sóng nhỏ trong mật độ năng lượng, về sau trở thành 'hạt mầm' cho sự hình thành các thiên hà.
Đồng thời, các dao động hấp dẫn sinh ra trong quá trình này được cho là để lại dấu vết phân cực đặc biệt trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB), thứ mà các vệ tinh như WMAP hay Planck đã ghi nhận.
Dấu vết còn lại trong vũ trụ ngày nay.
Nếu lý thuyết va chạm màng là chính xác, thì những 'bằng chứng' của vụ va chạm nguyên thủy đó vẫn còn hiện hữu trong vũ trụ. Các nhà khoa học chỉ ra rằng một số điểm lạnh bất thường trong bản đồ bức xạ nền vi sóng vũ trụ, đặc biệt là vùng 'Eridanus Cold Spot', có thể là 'sẹo' còn sót lại từ va chạm giữa các màng.
Bên cạnh đó, sóng hấp dẫn nguyên thủy và những dao động cực nhỏ trong cấu trúc không gian thời gian cũng được coi là 'chữ ký' tiềm năng của lý thuyết này.
Dự án LISA (Cơ quan Vũ trụ châu Âu dự kiến phóng vào cuối thập kỷ này) được kỳ vọng sẽ phát hiện những tín hiệu ở tần số cực thấp, mà các mô hình va chạm màng dự đoán.
Một số nhà nghiên cứu thậm chí cho rằng các sự kiện hợp nhất lỗ đen khổng lồ, được ghi nhận bởi đài LIGO, cũng có thể mang dấu vết của những bất đối xứng trong không thời gian, những tàn dư từ va chạm màng trong quá khứ xa xôi.
Tại CERN, các nhà vật lý hạt cũng đang tìm kiếm bằng chứng. Các kết quả bất thường từng được ghi nhận tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC), như sự dư thừa photon năng lượng cao ở mức 750 GeV, đã được một số nhóm nghiên cứu giải thích như dấu hiệu của trạng thái kích thích graviton, một hạt giả định chỉ có thể tồn tại trong không gian nhiều chiều.
Mặc dù lý thuyết này rất hấp dẫn, nhưng thực tế, vũ trụ màng vẫn phải đối mặt với nhiều hoài nghi. Một trong những vấn đề lớn nhất là nghịch lý bảo toàn năng lượng, khi mô hình dự đoán sự tồn tại của dạng vật chất 'áp suất âm' (với chỉ số ω < -1), điều chưa từng được quan sát.
Ngoài ra, để hai màng song song va chạm chính xác mà không làm rách cấu trúc không thời gian, độ song song ban đầu của chúng phải cực kỳ chính xác, với sai lệch chỉ nhỏ hơn 10-15 radian. Đây là điều gần như bất khả thi để mô phỏng hoặc kiểm chứng trực tiếp.
Dù vậy, các nhà khoa học không ngừng nỗ lực. Họ đang áp dụng nguyên lý toàn ảnh (holographic principle) để mô phỏng quá trình va chạm màng trong không gian với chiều thấp hơn, nhằm giảm bớt độ phức tạp toán học.
Một số nhóm nghiên cứu khác đang thử nghiệm các kỹ thuật đo dao động không-thời gian ở thang Planck, sử dụng các tinh thể kim cương nhân tạo có tâm màu NV, với mục đích phát hiện những biến động vi mô trong cấu trúc lượng tử của không gian.
Ngoài giá trị khoa học, lý thuyết vũ trụ màng còn mở ra một góc nhìn triết học sâu sắc. Nếu vũ trụ của chúng ta chỉ là kết quả của vô số vụ va chạm giữa các màng trong không gian nhiều chiều, thì câu hỏi 'Ai là người khởi đầu vũ trụ?' trở nên không còn ý nghĩa. Mỗi vụ va chạm chỉ là một 'nhịp thở' trong chu kỳ vĩnh cửu của sự hủy diệt và tái sinh, như hai mảnh đá lửa va vào nhau, tạo ra tia sáng rồi lại chìm vào bóng tối.
Có thể, 'Vụ Nổ Lớn' không phải là sự khởi đầu của tất cả, mà chỉ là một chương trong cuốn sách vô tận của vũ trụ đa chiều. Và biết đâu, ở nơi nào đó trong không gian xa xôi, một vụ va chạm khác đang diễn ra, sẵn sàng khai sinh ra một vũ trụ hoàn toàn mới.
