Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian (Phần 44) potx

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian
(Phần 44)
Một lời giải có thể có
Tôi vẫn chưa giải thích các ngôi sao và thiên hà có thể
hình thành như thế nào lúc ban đầu. Điều này chỉ có thể
xảy ra nếu như có những điểm kì dị, hay nếp gấp, trong
cấu trúc của không gian làm cho vật chất tại đó đậm đặc
hơn mức trung bình. Miễn là không gian không giãn ra
quá nhanh, cái lúc này không thể tránh được là vật chất
trong những vùng đó sẽ cụm lại thêm nữa. Ở đây tương tự
như ví dụ các phân tử không khí ở trong hộp mà tôi đã
trình bày ở phần trước. Trong trường hợp đó, thể tích bên
trong cái hộp không giãn ra, và những vùng có mật độ hơi
cao hơn phát sinh do sự ngẫu nhiên thuần túy. Trong Vũ
trụ sơ khai, những vùng có vật chất cụm lại với nhau đó
cuối cùng sẽ nóng lên đến mức sự nhiệt hạch hạt nhân
khởi phát và các ngôi sao ra đời. Tuy nhiên, lượng gấp
nếp phải là vừa đủ. Nếu quá ít thì vật chất sẽ không bao
giờ co cụm lại và các thiên hà và các ngôi sao (do đó cả
chúng ta nữa) sẽ không bao giờ hình thành. Mặt khác, nếu
không gian bị gấp nếp quá nhiều thì mật độ cao của vật
chất trong những vùng đó nhanh chóng mang lại sự ra đời
của những lỗ đen khổng lồ.
Cho dù chúng ta không hiểu nguồn gốc của những kì dị
này, nhưng ít nhất chúng ta nên đi tìm bằng chứng thực
nghiệm rằng chúng tồn tại trong Vũ trụ sơ khai. Người ta
đã dự đoán trên lí thuyết rằng chúng sẽ trình hiện dưới
dạng những biến thiên nhiệt độ nhỏ xíu trong bức xạ nền
vi sóng, cái tôi đã đề cập ở Chương 3, là ánh le lói của
Big Bang. Tuy nhiên, hiệu ứng này phải thật nhỏ để nó
không thể bị phát hiện ra từ Trái đất. Hồi năm 1992,

NASA đã công bố rằng vệ tinh COBE (viết tắt của Tàu
thám hiểm Bức xạ nền Vũ trụ) đã phát hiện ra một sự
chênh lệch trong nhiệt độ của bức xạ nền với độ lớn vừa
đúng. Khám phá trên được xem là bằng chứng cuối cùng
rằng mô hình Big Bang là đúng. Tuy nhiên, một số nhà
thiên văn học cho rằng phát biểu như vậy là quá cường
điệu và rằng COBE chẳng làm gì hơn là ủng hộ các quan
niệm của chúng ta về sự hình thành thiên hà.
Vậy thì mọi thứ có khớp với nhau không? Entropy của Vũ
trụ có bắt đầu từ một giá trị thấp lúc Big Bang không? Nó
có tiếp tục tăng lên hay không dẫu rằng Vũ trụ một ngày
nào đó sẽ lại đến một Vụ Co Lớn, và do đó mang lại cho
chúng ta một mũi tên thời gian không đảo chiều? Tôi tin
như thế, tất nhiên giả sử rằng Vũ trụ một ngày nào đó sẽ
co lại (không có khả năng đâu, tôi biết vậy).
Ngay sau Big Bang, Vũ trụ nóng bỏng và giàu năng
lượng, và do đó ở trong một trạng thái có entropy thấp.
Khi nó giãn ra, nó nguội đi. Entropy của nó tăng nhanh,
nhưng không phải do sự truyền nhiệt mà vì năng lượng
của nó có thể xem là đã sử dụng hết để thực hiện công
cho sự giãn nở.
Khi Vũ trụ nguội đi, một phần nhỏ năng lượng của nó trở
nên bị khóa bên trong các nguyên tử hydrogen. Sau đó,
nhờ sự gấp nếp trong không gian mang lại những hạt
mầm cho sự hình thành sao, lực hấp dẫn sớm có thể làm
cho những nguyên tử này co cụm lại với nhau để hình
thành các thiên hà và các ngôi sao bên trong chúng. Rồi
nó cung cấp phương tiện để khai thác năng lượng này bên
trong các nguyên tử qua sự nhiệt hạch hạt nhân.
Nếu các thiên hà và các sao đã không ra đời, thì Vũ trụ đã

tận diệt trong một cái chết nhiệt cách nay lâu rồi. Lúc này
nó đã là một nơi tối đen lạnh lẽo. Năng lượng khóa bên
trong các ngôi sao đúng là đang trì hoãn cái không thể
tránh được đó. Hiểu theo một nghĩa nào đó thì cái chết
nhiệt của Vũ trụ đã xảy ra rồi. Các thiên hà thật ra chỉ là
những cái túi nhỏ cô lập cản trở sự tăng nhanh entropy
xung quanh chúng. Bức xạ nền vi sóng với nhiệt độ của
nó chỉ ba độ trên không độ tuyệt đối là bằng chứng rằng
Vũ trụ gần như hoàn toàn đã xả hết dây cót.
Một số tác giả từng khẳng định rằng cái chết nhiệt của Vũ
trụ sẽ không bao giờ xảy ra cho dù nó có tiếp tục giãn nở
mãi mãi. Họ cho rằng vì không gian sẵn có cho vật chất
trong Vũ trụ luôn luôn tăng lên, nên sẽ luôn luôn có thêm
chỗ cho nó phân tán vào. Lập luận này là sai. Một khi vật
chất và bức xạ phân tán đều khắp không gian thì bất cứ sự
giãn nở thêm nào sẽ chỉ làm giảm mật độ (lượng vật chất
có trong một thể tích cho trước). Nó sẽ không làm thay
đổi trạng thái cân bằng.
Nếu như Vũ trụ đã được trù định sẽ co lại dưới sức hút
hấp dẫn của riêng nó, thì đây sẽ tiêu biểu cho một sự tăng
nữa của entropy. Cho dù toàn bộ những gì nó chứa khi đó
là bức xạ lạnh lẽo đi nữa cũng chẳng sao vì không cần
thiết có sự co cụm hấp dẫn theo nghĩa thông thường. Vụ
Co Lớn không giống như sự hình thành các thiên hà trong
Vũ trụ sơ khai. Trong pha co lại, toàn bộ Vũ trụ đang
khép kín trên chính nó. Cách tốt nhất để mô tả là hãy nghĩ
Vũ trụ giống như một cái lò xo. Sự giãn nở giống như sự
kéo căng lò xo. Nếu nó bị kéo căng quá mạnh thì nó sẽ
không bao giờ trở lại trạng thái cuộn ban đầu của nó nữa.
Nếu nó bị kéo nhẹ nhàng hơn một chút, thì nó sẽ tự hút lại

và nén bật vào bên trong. Tương tự như vậy, Vũ trụ lúc
giãn nở cực đại vẫn có thế năng hấp dẫn. Khi nó co lại,
entropy của nó vẫn tăng lên. Entropy đạt tới cực đại lúc
Vụ Co Lớn đánh dấu sự kết thúc của thời gian; đầu nhọn
của mũi tên nhiệt động lực học của thời gian