Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (182.46 KB, 9 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
Vũ trụ · Vụ Nổ Lớn
Tuổi của vũ trụ
Timeline of the Big Bang
<b>Gi</b>ả<b> thi</b>ế<b>t v</b>ề<b> s</b>ự<b> k</b>ế<b>t thúc c</b>ủ<b>a </b>
<b>v</b>ũ<b> tr</b>ụ
[hiệ<b>n]Early Universe </b>
[hiệ<b>n]Expanding Universe </b>
[hiệ<b>n]Structure Formation </b>
[hiệ<b>n]Components </b>
[hiệ<b>n]Timeline </b>
[hiệ<b>n]Experiments </b>
[hiệ<b>n]Scientists </b>
Hộp này: xem • thảo luận • sửa
<b>Gi</b>ả<b> thi</b>ế<b>t v</b>ề<b> s</b>ự<b> k</b>ế<b>t thúc c</b>ủ<b>a v</b>ũ<b> tr</b>ụ là một chủđề trong vật lý vũ trụ. Nhiều khả năng kết
thúc có thể diễn ra đã được dựđoán bởi các giả thiết khoa học trái ngược nhau, gồm cả
những tương lai của cả sự tồn tại hữu hạn và vơ hạn. Một khi nhìn nhận rằng vũ trụ khởi
của khối lượng/năng lượng trong vũ trụ, mật độ trung bình của nó, và tỷ lệ mở rộng. Khi
mở rộng, số phận của vũ trụ cũng là một chủđềđáng chú ý trong viễn tưởng khoa học.
Alexander Friedman
Thám hiểm khoa học lý thuyết về số phận cuối cùng của vũ trụđã trở thành có thể với
thuyết tương đối rộng của Albert Einstein năm 1916. Thuyết tương đối rộng có thểđược
sử dụng để miêu tả vũ trụở mức độ lớn nhất có thể. Có nhiều đáp án có thể cho sự cân
bằng tương đối rộng, và mỗi đáp án đưa ra một số phận có thể xảy ra của vũ trụ.
Alexander Friedman đã đưa ra một sốđáp án như vậy năm 1922. Một số trong các vũ trụ
đó đã mở rộng từ một điểm kỳ lạ ban đầu, có nghĩa là, về cơ bản, Vụ nổ lớn.
Bằng chứng quan sát chưa có nhiều. Năm 1931, Edwin Hubble đã xuất bản kết luận của
mình, dựa trên những quan sát các ngôi sao biến đổi Cepheid ở những thiên hà xa xôi,
rằng vũ trụđang mở rộng. Từđó về sau, sự khởi đầu của vũ trụ và sự kết thúc có thể xảy
ra đã trở thành những chủđề khám phá khoa học nghiêm túc.
hề thay đổi bởi các vật chất mới liên tục được tạo ra. Hai lý thuyết này là những đối thủ
chính của nhau cho tới tận khám phá năm 1965 của Arno Penzias và Robert Wilson, về
màn bức xạ vi sóng vũ trụ, một thực tế khẳng định dựđoán của lý thuyết Vụ nổ lớn, và
rằng lý thuyết trạng thái ổn định là khơng thể có. Nhờ vậy, lý thuyết Vụ nổ lớn lập tức trở
thành quan điểm được chấp nhận rộng rãi nhất về nguồn gốc vũ trụ. Tuy nhiên, cũng cần
lưu ý rằng, trong hình thức mới nhất của mình, QSSC, Lý thuyết Trạng thái Ổn định giải
thích màn bức xạ vi sóng vũ trụ như một ánh sáng từ ngơi sao đã nhiệt hố, và tốn học
rất chính xác -mà dự báo ước tính của George Gamow từ mười lăm năm trước về 5-10K
khơng đúng. Vấn đề là tìm ra được một lực có thể hấp thụ và tái bức xạở tần số vi sóng:
Khi Einstein trình bày thuyết tương đối rộng, ông và các đồng nghiệp của ông tin vào
một vũ trụ tĩnh. Khi Einstein tìm ra rằng các biểu thức của ơng có thể dễ dàng được giải
theo cách để cho vũ trụđang mở rộng, và sẽ co lại trong một tương lai xa, ông đã đưa vào
trong những biểu thức đó cái mà ông gọi là một hằng số vũ trụ, chính là một hằng số mật
độ năng lượng không bịảnh hưởng bởi bất kỳ một sự mở rộng hay co lại nào, vai trị của
nó là để bù lại tác động của trọng lực trên vũ trụ như một tổng thể theo một cách mà vũ
trụ sẽ luôn tĩnh. Sau khi Hubble thơng báo kết luận của mình rằng vũ trụđang mở rộng,
Einstein đã viết rằng hằng số vũ trụ là "sai lầm lớn nhất" của ông.
Một giới hạn quan trọng trong lý thuyết về số phận của vũ trụ là Giới hạn mật độ, Omega
(Ω), được xác định như mật độ vật chất trung bình của vũ trụđược phân chia bởi một giá
trị tới hạn của mật độđó. Nó sẽ là một trong ba mơ hình có thể xảy ra dựa trên khả năng
Ω bằng với, nhỏ hơn, hay lớn hơn 1. Chúng được gọi là, theo thứ tự, vũ trụ phẳng, mở và
vũ trụđóng. Ba thuộc tính đó nói tới mơ hình tổng thể của vũ trụ, chứ khơng phải sự cong
cục bộ của thời gian vũ trụ gây ra bởi các đám vật chất nhỏ hơn (ví dụ, các thiên hà và
các ngôi sao). Nếu trong vũ trụ chủ yếu là các vật chất trơ, như trong các mơ hình bụi phổ
biến trong hầu hết thế kỷ 20, sẽ có một số phận riêng biệt tuỳ theo mỗi mơ hình. Vì thế
các nhà vũ trụ học tìm cách xác định số phận vũ trụ bằng cách đo Ω, hay một cách tương
đương tỷ lệ sự mở rộng đang tăng lên.
Đa số các nhà khoa học hiện tại tin rằng số phận của vũ trụ phụ thuộc vào hình dạng tổng
thể của nó, số lượng năng lượng tối nó có và vào biểu thực tình trạng quyết định mật độ
của năng lượng tối sẽđáp ứng lại như thế nào với sự mở rộng của vũ trụ. [cần dẫn nguồn]
Những quan sát gần đây đã cho thấy, từ 7.5 tỷ năm sau Vụ nổ lớn, tỷ lệ mở rộng thực tế
có tăng, cùng thời gian với lý thuyết Vũ trụ Mở, và được đánh dấu 'Đang tăng' trên thời
gian biểu.
Số phận cuối cùng của một vũ trụ mởđược quyết định bởi Ω lớn hơn, nhỏ hơn hay bằng
1.
Nếu Ω > 1, khi đó hình học vũ trụ là đóng như bề mặt một hình cầu. Tổng các góc trong
một tam giác vượt quá 180 độ và khơng có các đường song song; tất cả các đường thẳng
cuối cùng đều sẽ gặp nhau. Hình học của vũ trụ là, ít nhất ở một tỷ lệ rất lớn, elíp.
Trong một vũ trụđóng thiếu tác động đẩy của năng lượng tối, trọng lực cuối cùng sẽ làm
dừng sự mở rộng của vũ trụ, sau đó nó bắt đầu co lại tới khi tất cả vật chất trong vũ trụ
sụp đổ thành một điểm, một sự kết thúc kỳ dịđược gọi bằng thuật ngữ "Vụ co lớn,"
tương tự như Vụ nổ lớn. Tuy nhiên, nếu vũ trụ có số lượng năng lượng tối lớn hơn (như
được cho thấy từ những phát hiện gần đây),[cần dẫn nguồn] thì sự mở rộng của vũ trụ có thể
tiếp tục vĩnh viễn - thậm chí nếu Ω > 1.
Thậm chí khi khơng có năng lượng tối, một vũ trụ cong âm mở rộng vĩnh viễn, trọng lực
chỉđơn giản làm giảm tỷ lệ mở rộng. Với năng lượng tối, sự mở rộng không chỉ tiếp tục
mà còn tăng lên. Số phận của một vũ trụ mở hoặc sẽ là cái chết nóng, "Big Freeze", hoặc
"Big Rip," khi sự tăng tốc gây ra bởi năng lượng tối cuối cùng sẽ trở nên quá mạnh khiến
nó lấn át hồn tồn các hiệu ứng của trọng lực, điện tử và các lực ràng buộc yếu.
Trái ngược lại, một hằng số vũ trụ âm, có thể tương đương với một mật độ năng lượng tối
và áp lực dương, có thể gây ra thậm chí một vũ trụ mở tái sụp đổ trong một vụ co lớn.
Khả năng này đã bị các quan sát bác bỏ.
Nếu mật độ trung bình của vũ trụ chính xác bằng với mật độ tới hạn để cho Ω=1, thì hình
học của vũ trụ là phẳng: tương tự như trong hình học Ơclít, tổng các góc trong một tam
giác bằng 180 độ và các đường thẳng song song luôn cách đều.
Nếu khơng có năng lượng tối, một vũ trụ phẳng sẽ mở rộng vĩnh viễn nhưng ở một tỷ lệ
gia tốc liên tục giảm, với sự mở rộng theo đường tiệm cận tiến gần tới một tỷ lệ cốđịnh.
Nếu có năng lượng tối, tỷ lệ mở rộng của vũ trụ ban đầu sẽ chậm lại, vì hiệu ứng trọng
lực, nhưng cuối cùng sẽ tăng lên. Số phận cuối cùng của vũ trụ giống như vũ trụ mở.
Năm 2005, lý thuyết số phận Fermion-boson của vũ trụđược đề xuất,[cần dẫn nguồn] cho thấy
đa số vũ trụ cuối cùng sẽ bị chiếm giữ toàn bộ bởi ngưng tụ Bose-Einstein và fermion
quasiparticle analog, có lẽ gây ra bởi một implosion.
Số phận của vũ trụđược quyết định bởi mật độ của nó. Sựđơng đảo của những bằng
chứng cho tới hiện tại, dựa trên những đo đạc tỷ lệ mở rộng và mật độ vật chất, thiên về
một vũ trụ sẽ tiếp tục mở rộng mãi mãi, dẫn tới một viễn cảnh "big freeze" nhưở dưới.[2]
Big Freeze là một viễn cảnh theo đó sự mở rộng liên tục của vũ trụ sẽ dẫn tới một vũ trụ
q lạnh. Nếu khơng có sự hiện diện của năng lượng tối, nó chỉ có thể xảy ra trong một
hình học hyperbolic hay hình học phẳng. Với một hằng số vũ trụ dương, nó cũng có thể
xảy ra trong một vũ trụđóng. Một viễn cảnh liên quan là Cái chết nóng, cho rằng vũ trụ
sẽđi vào một trạng thái entropy tối đa trong đó mọi thứ cuối cùng sẽ phân bố, và khơng
có các gradient — là những thứ cần thiết để duy trì quá trình thành tạo, một hình thức của
cuộc sống. Viễn cảnh cái chết nóng tương tích với cả ba mơ hình vũ trụ, nhưng đòi hỏi
rằng vũ trụ sẽ phải đạt đến một nhiệt độ tối thiểu cuối cùng. Viễn cảnh này hiện được
chấp nhận rộng rãi nhất bên trong cộng đồng khoa học.
Trong trường hợp đặc biệt của năng lượng ma tối, vốn có áp lực âm hơn một hằng số vũ
trụđơn giản, mật độ của năng lượng tối tăng theo thời gian, khiến tỷ lệ gia tốc tăng lên,
dẫn tới một sự gia tăng ổn định của hằng số Hubble. Vì thế, mội vật thể vật liệu trong vũ
trụ, bắt đầu với các thiên hà và cuối cùng (trong một thời gian hữu hạn) tất cả các hình
thức, dù nhỏ thế nào, sẽ tan rã thành các hạt cơ bản và phóng xạ, bị xé toạc bởi lực năng
lượng ma và bắn xa khỏi nhau. Tình trạng cuối cùng của vũ trụ là một kỳ dị, bởi mật độ
năng lượng tối và tỷ lệ mở rộng trở nên vô hạn. Về một biểu thời gian có thể có dựa trên
các lý thuyết vật lý hiện tại, xem 1 E19 s and more.
Vụ co lớn. Trục dọc có thể coi là thời gian âm hay dương.
Bài chi tiết: Vụ co lớn
Lý thuyết vụ co lớn là một mơ hình cân đối về số phận cuối cùng của vũ trụ. Giống như
Vụ nổ lớn đã khởi đầu sự mở rộng của vũ trụ, lý thuyết này cho rằng mật độ trung bình
của vũ trụđủđể dừng sự mở rộng và bắt đầu co lại. Kết quả cuối cùng còn chưa được
biết; một phép ngoại suy đơn giản là tồn bộ vật chất và khơng thời gian trong vũ trụ sẽ
Viễn cảnh này cho phép Vụ nổ lớn diễn ra ngay lập tức trước Vụ co lớn của một vũ trụ
trước đó. Nếu điều này diễn ra nối tiếp, chúng ta có một vũ trụ dao động. Khi ấy vũ trụ có
thể gồm một dãy vô hạn các vũ trụ giới hạn, mỗi vũ trụ giới hạn kết thúc bằng một Vụ co
lớn và cũng là Vụ nổ lớn của vũ trụ tiếp theo. Về lý thuyết, vũ trụ dao động có thể khơng
tương thích với định luật nhiệt động học thứ hai: entropy sẽ tạo nên từ sự dao động tới sự
dao động và gây ra cái chết nóng. Các đo đạc khác cho thấy vũ trụ khơng đóng. Những
tranh cãi đó khiến các nhà vũ trụ học từ bỏ mơ hình vũ trụ dao động. Một ý tưởng gần
như tương tự là mơ hình tuần hồn, nhưng ý tưởng này tránh được cái chết nóng, bởi một
sự mở rộng của các brane làm loãng entropy tích tụở vịng tuần hồn trước.
Big Bounce là một mơ hình khoa học lý thuyết liên quan tới sự khởi đầu của Vũ trụđã
biết. Nó xuất phát từ vũ trụ dao động hay chu kỳ nối tiếp của Vụ nổ lớn theo đó sự kiện
vũ trụđầu tiên là kết quả của sự sụp đổ của vũ trụ trước đó.
Theo một phiên bản lý thuyết Vụ nổ lớn của vũ trụ học, ở thời điểm khởi đầu của vũ trụ
nó có mật độ vô hạn. Một sự miêu tả như vậy dường như khơng thích hợp với mọi thứ
khác trong vật lý, và đặc biệt cơ học lượng tử và nguyên tắc không chắc chắn của
nó.[cần dẫn nguồn] Vì thế, khơng ngạc nhiên rằng cơ học lượng tửđã khiến một phiên bản
khác của lý thuyết Vụ nổ lớn xuất hiện. Tương tự, nếu vũ trụđóng, lý thuyết này sẽ tiên
đốn rằng một khi vụ trụ sụp đổ nó sẽ sinh ra một vũ trụ khác trong một sự kiện tương tự
Vụ nổ lớn sau khi đạt tới một kỳ dị vũ trụ hay một lực đẩy lượng tử gây ra sự tái mở
rộng.
Lý thuyết đa vũ trụ cho rằng vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong vô số vũ trụ tồn tại song
Nếu sự trống rỗng khơng ở trong tình trạng năng lượng thấp nhất của nó (một sự trống
rỗng giả), nó có thể thơng qua đường hầm vào một tình trạng năng lượng thấp hơn.
[cần dẫn nguồn]
Cái này được gọi là sự kiện siêu ổn định. Nó có khả năng thay đổi tận gốc rễ
vũ trụ của chúng ta; ở những viễn cảnh táo bạo hơn thậm chí nhiều hằng số vật lý có thể
có những giá trị khác nhau, tác động nghiêm trọng tới những nền tảng của vật chất, năng
lượng, và không thời gian. Cũng có thể rằng tồn bộ các cơ cấu sẽ bị tiêu diệt ngay lập
tức, mà khơng có sự cảnh báo trước.
<b>S</b>ự<b> gi</b>ả<b>i thích Nhi</b>ề<b>u th</b>ế<b> gi</b>ớ<b>i c</b>ủ<b>a c</b>ơ<b> h</b>ọ<b>c l</b>ượ<b>ng t</b>ử
Theo sự giải thích Nhiều thế giới của cơ học lượng tử, vũ trụ sẽ không kết thúc theo kiểu
này. Thay vào đó, mỗi lần một sự kiện lượng tử xảy ra khiến vũ trụ suy tàn từ một Trống
rỗng giả thành một tình trạng trống rỗng, vũ trụ phân chia thành nhiều thế giới mới.
Trong một số các thế giới mới do vũ trụ tiếp tục suy tàn; trong một số thế giới khác vũ trụ
tiếp tục như trước đó.
Mỗi khả năng được mô tảở trên dựa trên một hình thức rất đơn giản của biểu thức năng
lượng tối của tình trạng. Nhưng khi cái tên dường nhưđược áp dụng, chúng ta hầu như
trạng phức tạp hơn nhiều so với những biểu thức ta đã có hiện tại về năng lượng tối. Có
thể biểu thức tình trạng năng lượng tối có thể lại thay đổi một lần nữa dẫn tới một sự kiện
sẽđể lại những hậu quả cực khó để biểu hiện hay dựđốn.
Sự lựa chọn giữa những viễn cảnh đối nghịch được tiến hành bởi việc 'cân' vũ trụ, ví dụ,
đo những sựđóng góp liên quan của vật chất, bức xạ, vật chất tối và năng lượng tối tới
mật độ tới hạn. Cụ thể hơn, các viễn cảnh trái ngược được đánh giá theo các dữ liệu trên
các cụm thiên hà và các sao siêu mới ở xa xơi, và trên các tính khơng đẳng hướng trong
Màn bức xạ vi sóng vũ trụ.
Lý thuyết thông minh vĩnh cửu của Dyson cho rằng một nền văn minh tiên tiến có thể tồn
tại trong một giai đoạn thời gian vô hạn mà chỉ cẩn một lượng năng lượng hữu hạn. Một
nền văn minh như vậy sẽ biến đổi các giai đoạn hoạt động ngắn bằng những giai đoạn
ngủđông thậm chí cịn dài hơn.
John Barrow và Frank J. Tipler (1986) đã đưa ra một Nguyên tắc thời kỳ tồn tại cuối
cùng: sự xuất hiện của đời sống thông minh là không thể tránh được, và một khi cuộc
sống thơng minh đó tồn tại ở một nơi nào đó trong vũ trụ, nó sẽ khơng bao giờ chết.
Barrow và Tipler thậm chí cịn đi xa hơn: số phận cuối cùng của cuộc sống thông minh là
để thâm nhập vào và kiểm sốt tồn bộ vũ trụở mọi khía cạnh chỉ trừ một: trí thơng minh
khơng thể ngăn cản Vụ co lớn. Hơn nữa, nó sẽ không muốn làm thế bởi nguồn cung cấp
Viễn cảnh điểm Omega của Tipler (Tipler 1994) cho rằng sựđảo ngược viễn cảnh cuộc
sống thông minh vĩnh cửu sẽ là trường hợp cho một nền văn minh đang ở trong những
giai đoạn cuối cùng của một Vụ co lớn. Một nền văn minh như vậy sẽ, trên thực tế, trởi
qua một lượng thời gian "chủ quan" vơ hạn trong cuộc đời cịn lại hữu hạn của vũ trụ, sử
dụng năng lượng to lớn của Vụ co lớn để tăng tốc quá trình thành tạo nhanh hơn sự tiếp
cận của kỳ dị cuối cùng.
Dù có thể xảy ra trên lý thuyết, khơng chắc chắn rằng liệu sẽ có những kỹ thuật như vậy
để khiến các kịch bản ấy có thể xảy ra. Hơn nữa, những giải pháp hữu hiệu có thể khơng
phân biệt được với tình trạng hiện tại của vũ trụ của chúng ta. Nói cách khác, nếu nền văn
minh khơng thể ngăn vũ trụ sụp đổ, ít nhất họ có thể sử dụng năng lượng từ vụ sụp đổđể
tái tạo các vũ trụ tương lai giống với vũ trụđang kết thúc, nhưng với các tỷ lệ thời gian
nhân tạo hay nén.
và Tipler đặt ra. Lý thuyết của Eric Chaisson và David Layzer cho thấy rằng không thời
gian mở rộng sẽ gây ra "khe hở entropy" tăng lên, khiến nghi ngờ lý thuyết cái chết nóng.
Viện dẫn tác phẩm của Ilya Prigogine về nhiệt động lực far-from-equilibrium, phân tích
của họ cho thấy khe hở entropy này có thể góp phần vào sự thành tạo, và vì thế tới sự
thành tạo cấu trúc.
Tuy nhiên, Andrei Linde, Alan Guth, Ted Harrison, và Ernest Sternglass cho rằng lạm
phát vũ trụ học cho thấy rõ sự hiện diện của một Đa vũ trụ, và nó sẽ là thực tế thậm chí
với sự hiểu biết hiện nay về các lồi người thơng minh tạo ra và truyền sự thành tạo de
novo vào một vũ trụ riêng biệt. Alan Guth đã cho rằng một nền văn minh ởđỉnh thang
Kardashev có thể tạo ra các fine-tuned universe trong một sự tiếp nối của quá trình tiến