Lý thuyết giãn nở: nguồn gốc, hình thành và các luận cứ chứng minh

Lý thuyết giãn nở tập hợp các ý tưởng từ vật lý lượng tử và vật lý hạt để khám phá những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ, sau Vụ nổ lớn. Theo lý thuyết giãn nở, vũ trụ được tạo ra trong trạng thái năng lượng không ổn định, điều này buộc phải mở rộng nhanh chóng vũ trụ trong những thời điểm đầu tiên. Một hậu quả là vũ trụ to lớn hơn nhiều so với dự đoán, lớn hơn nhiều so với kích thước mà chúng ta có thể quan sát được bằng kính viễn vọng. Một hậu quả khác là lý thuyết này dự đoán một số đặc điểm như sự phân bố năng lượng đồng đều và hình học phẳng của không thời gian không được giải thích trước đây trong khuôn khổ của lý thuyết Vụ nổ lớn.

Được phát triển vào năm 1980 bởi nhà vật lý hạt Alan Guth, lý thuyết giãn nở ngày nay thường được coi là một thành phần được chấp nhận rộng rãi của lý thuyết Vụ nổ lớn, mặc dù các ý tưởng trung tâm của lý thuyết Vụ nổ lớn đã được thiết lập trong nhiều năm trước khi phát triển lý thuyết giãn nở.

Nguồn gốc của lý thuyết giãn nở

Lý thuyết Vụ nổ lớn đã được chứng minh khá thành công trong những năm qua, đặc biệt là đã được xác nhận thông qua việc phát hiện ra bức xạ vi sóng vũ trụ (CMB). Mặc dù thành công lớn của lý thuyết để giải thích hầu hết các khía cạnh của vũ trụ mà chúng ta đã thấy, vẫn còn vấn đề lớn về đồng nhất.

Mô hình Vụ nổ lớn dường như dự đoán một vũ trụ cong trong đó năng lượng không được phân phối đồng đều, và trong đó có rất nhiều đơn cực từ, không ai trong số chúng phù hợp với bằng chứng. Nhà vật lý hạt Alan Guth lần đầu tiên biết về vấn đề phẳng trong bài giảng năm 1978 tại Đại học Cornell của Robert Dicke. Trong vài năm tiếp theo, Guth đã áp dụng các khái niệm từ vật lý hạt vào tình huống và phát triển một mô hình giãn nở của vũ trụ sơ khai.

Guth trình bày những phát hiện của mình tại một bài giảng ngày 23 tháng 1 năm 1980 tại Trung tâm Máy gia tốc tuyến tính Stanford. Ý tưởng mang tính cách mạng của ông là các nguyên tắc vật lý lượng tử ở trung tâm của vật lý hạt có thể được áp dụng vào những thời điểm đầu tiên của sự sáng tạo Vụ nổ lớn. Vũ trụ sẽ được tạo ra với mật độ năng lượng cao. Nhiệt động lực học cho rằng mật độ của vũ trụ sẽ buộc nó phải mở rộng cực kỳ nhanh chóng.

Những người quan tâm đến chi tiết hơn, về cơ bản vũ trụ sẽ được tạo ra trong một “khoảng trống giả” với cơ chế Higgs bị tắt (hoặc nói cách khác, boson Higgs không tồn tại). Nó sẽ trải qua quá trình siêu lạnh, tìm kiếm trạng thái năng lượng thấp ổn định (“chân không thực sự” trong đó cơ chế Higgs được bật), và chính quá trình siêu lạnh này đã thúc đẩy thời kỳ giãn nở mở rộng nhanh chóng.

Nhưng nhanh đến cỡ nào? Vũ trụ tăng gấp đôi kích thước cứ sau 10 – 35 giây. Trong vòng 10-30 giây, vũ trụ sẽ tăng gấp đôi kích thước 100.000 lần, đó là sự mở rộng quá đủ để giải thích vấn đề phẳng. Ngay cả khi vũ trụ có độ cong khi nó bắt đầu, sự giãn nở lớn đó sẽ khiến nó xuất hiện phẳng ngay hôm nay. (Hãy xem xét rằng kích thước của Trái đất đủ lớn để chúng ta dường như đứng trên mặt phẳng, mặc dù chúng ta biết rằng bề mặt chúng ta đang đứng là cong bên ngoài một quả cầu.) Tương tự, năng lượng được phân phối đều vì khi nó bắt đầu Ngoài ra, chúng ta là một phần rất nhỏ của vũ trụ và một phần của vũ trụ đã mở rộng nhanh đến mức nếu có bất kỳ sự phân phối năng lượng không đồng đều lớn nào, chúng sẽ ở quá xa để chúng ta nhận thức được. Đây là một giải pháp cho vấn đề đồng nhất.

Tinh chỉnh lý thuyết giãn nở

Vấn đề với lý thuyết, theo như Guth có thể nói, là một khi giãn nở bắt đầu, nó sẽ tiếp tục mãi mãi. Dường như không có cơ chế tắt rõ ràng tại chỗ. Ngoài ra, nếu không gian liên tục mở rộng với tốc độ này, thì một ý tưởng trước đó về vũ trụ sơ khai, được trình bày bởi Sidney Coleman, sẽ không hiệu quả. Coleman đã dự đoán rằng sự chuyển pha trong vũ trụ sơ khai đã diễn ra bằng cách tạo ra các bong bóng nhỏ kết lại với nhau. Với giãn nở tại chỗ, các bong bóng nhỏ đang di chuyển ra khỏi nhau quá nhanh để không bao giờ đông lại.

Bị cuốn hút bởi viễn cảnh này, nhà vật lý người Nga Andre Linde đã tấn công vấn đề này và nhận ra có một cách giải thích khác giải quyết vấn đề này, trong khi ở bên này của bức màn sắt (đây là những năm 1980, hãy nhớ) Andreas Albrecht và Paul J. Steinhardt đã đến lên với một giải pháp tương tự. Biến thể mới hơn của lý thuyết này là biến thể thực sự đạt được lực kéo trong suốt những năm 1980 và cuối cùng trở thành một phần của lý thuyết Vụ nổ lớn đã được thiết lập.

Tên gọi khác của lý thuyết giãn nở

Lý thuyết giãn nở đi theo một số tên khác, bao gồm:

  • giãn nở vũ trụ
  • giãn nở cũ (lý thuyết ban đầu năm 1980 của Guth)
  • lý thuyết giãn nở mới
  • giãn nở cuộn chậm

Ngoài ra còn có hai biến thể liên quan chặt chẽ của lý thuyết, giãn nở hỗn loạn và giãn nở vĩnh cửu, có một số điểm khác biệt nhỏ. Trong các lý thuyết này, cơ chế giãn nở không chỉ xảy ra một lần ngay sau Vụ nổ lớn, mà là xảy ra lặp đi lặp lại ở các khu vực khác nhau của không gian mọi lúc. Họ đặt ra số lượng “vũ trụ bong bóng” nhân lên nhanh chóng như một phần của đa vũ trụ. Một số nhà vật lý chỉ ra rằng những dự đoán này có mặt trong tất cả các phiên bản của lý thuyết giãn nở, vì vậy đừng thực sự coi chúng là những lý thuyết riêng biệt. Là một lý thuyết lượng tử, có một cách giải thích lĩnh vực của lý thuyết giãn nở.

Lưu ý: Mặc dù khái niệm năng lượng tối trong lý thuyết vũ trụ học hiện đại cũng đẩy nhanh quá trình mở rộng vũ trụ, các cơ chế liên quan dường như rất khác so với những gì liên quan đến lý thuyết giãn nở. Một lĩnh vực được các nhà vũ trụ học quan tâm là những cách mà lý thuyết giãn nở có thể dẫn đến những hiểu biết sâu sắc về năng lượng tối, hoặc ngược lại.

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở ngân hàng, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu! Nếu các bạn phát hiện sai sót gì trong bài, có thể liên hệ với anh ấy qua Facebook bên dưới. Hoặc nếu bạn muốn trò chuyện về Khoa học, hãy kết bạn luôn nào <3

Related Articles

Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker