Vụ nổ Big Bang – khởi nguồn khai sinh của vũ trụ

Con người luôn không ngừng tìm kiếm nguồn gốc ra đời của mình. Những câu hỏi về quá khứ, về sự xuất hiện của vũ trụ, của dải ngân hà đã trở thành nỗi ám ảnh của mọi nhà khoa học. Một trong những giả thuyết được đưa ra để giải thích cho sự hình thành ban đầu ấy chính là thuyết vụ nổ Big Bang. Vậy sao chúng mình không cùng nhau tìm hiểu về nó nhỉ?

Nếu như từ thời xưa, ở Trung Hoa cổ đại, nhà triết học Lão Tử cho rằng vũ trụ là một sự tồn tại “vô thủy, vô chung, vô cùng, vô tận” thì đến thế kỉ 20, với những tiến bộ của khoa học, thuyết Big Bang đã được công nhận là đúng đắn. Điều này thật trùng hợp khi tư tưởng chính của thuyết này đã xuất hiện cách đây 2.500 năm trong kinh Hoa Nghiêm cũng như giáo lý nhà Phật. Cả hai đều cho rằng bên ngoài thế giới này còn có rất nhiều thế giới khác, nó có muôn hình vạn trạng như hình bánh xe, hình hoa nở… Những hình ảnh thật tình cờ đôi khi lại là hình dạng của một số thiên hà khác mà chúng ta quan sát được qua các kính thiên văn gần đây.

Hình ảnh tưởng tượng của vụ nổ Big Bang.

Kịch bản xảy ra của vụ nổ Big Bang như thế nào?

Chúng ta có thể hiểu đơn giản như sau: khởi thủy vũ trụ nguyên thủy là một đại dương cực kỳ đặc và nóng. Thứ “cháo đặc” này gồm những hạt quark (những hạt duy nhất tương tác trong cả 4 lực của vũ trụ) và electron chuyển động theo một hướng, gần bằng với vận tốc của ánh sáng. Tùy theo những va chạm không ngừng diễn ra, một số hạt tiêu hủy lẫn nhau, một số khác lại sinh ra. Trong pha đầu tiên, thứ “cháo” đó bao gồm các đối tượng lượng tử mang điện tích, quark và phản quark; sau đó, “cháo” có thêm những hạt và phản hạt nhẹ được gọi chung là lepton (electron, nơtron và những phản hạt của chúng).

Rồi một tiếng “Bùm” kinh hoàng nổ ra khi mà thứ “cháo đặc” này không chịu ngồi im một chỗ, vụ nổ Big Bang xuất hiện kéo theo những hệ quả khó tưởng tượng sau này. Một phần triệu giây sau vụ nổ, nhiệt độ vũ trụ hạ thấp xuống còn 10.000 tỷ độ Kelvin (kí hiệu là K, 0K = – 273 độ C). Các hạt cơ bản đầu tiên xuất hiện như proton, nơtron, lepton, chiếm đa số trong vũ trụ, chúng nở ra hấp thụ nhiệt nên làm nhiệt độ hạ thấp hơn nữa. Khi đồng hồ vũ trụ điểm 1 giây đầu tiên, nhiệt độ hạ xuống 10 tỷ K, hạt nhân đơteri đầu tiên xuất hiện và ngay lập tức bị năng lượng photon phá hủy. Mãi đến tận phút thứ 3, khi nhiệt độ tiếp tục hạ thấp xuống tới 1 triệu K, đây mới là điều kiện thuận lợi để các phản ứng hạt nhân xảy ra liên tục, với tốc độ lớn, hình thành nên các nguyên tố hóa học như chúng ta biết hiện nay: đơteri, heli 3, liti 7 và heli 4… Quá trình hạt nhân kết thúc ở phút thứ 15 của đồng hồ vũ trụ.

 

300.000 năm sau, vũ trụ nguội đi, nhiệt độ xuống dưới 3.000K và trở nên trong suốt, electron cũng không chuyển động nhanh như trước nữa. Các hạt nhân có thể giữ các electron lại, tạo thành các nguyên tử, tạo ra các “viên gạch xây” của vũ trụ. Do tương tác giữa photon và các nguyên tử rất nhỏ nên chúng có thể lan truyền tự do. Vật chất, ánh sáng và các loại bức xạ khác tràn xa và ngày càng mỏng dần khi vũ trụ giãn nở. Hàng tỉ năm sau, những đám mây khí khổng lồ bắt đầu phân tán. Mỗi đám mây trở thành một thiên hà, dưới tác động của lực hấp dẫn sẽ hình thành các ngôi sao và chùm sao, trong khi đó, vũ trụ vẫn tiếp tục mở rộng. Vũ trụ đã hình thành như vậy đấy các bạn ạ!

 

Thoạt nghe có thể thấy lý thuyết này thật viển vông, khó tin nhưng đến thời điểm này, các nhà khoa học vẫn tin rằng đây là giả thuyết hợp lý nhất. Bởi lẽ, họ được hậu thuẫn bằng những dẫn chứng quan trọng trong ngành Vật lý thiên văn.

Thứ nhất, năm 1929, Hubble (Mỹ) chứng minh được sự dịch chuyển có hệ thống trong quang phổ của các thiên hà về phía màu đỏ, chỉ ra rằng chúng đang rời xa chúng ta với tốc độ tỷ lệ với khoảng cách tới chúng ta. Đó là dấu hiệu cho thấy rằng vũ trụ đang nở ra và các thiên hà đang chuyển động cũng nở ra theo thời gian.

Thứ hai, năm 1965, Penzias và Wilson (Mỹ) đã khám phá ra luồng bức xạ vô tuyến thể hiện những tính chất giống nhau trong mọi hướng và tương ứng với bức xạ nhiệt của vật đen, ở nhiệt độ khoảng 3K. Điều này hoàn toàn phù hợp với giả định về vụ nổ Big Bang. Bức xạ này chính là thông điệp cổ nhất của ánh sáng đến từ vũ trụ ban đầu. Đó là những photon đầu tiên bắt đầu lan truyền tự do sau khi vũ trụ đã trở nên trong suốt, ánh sáng bắt đầu dịch chuyển về phía những bước sóng lớn.

Thứ ba, từ những năm 1970, các nhà khoa học đã phát hiện nhiều nguyên tố nhẹ như đơteri, heli 3, heli 4 và liti 7 trong vũ trụ, đặc biệt heli 4 chiếm đến 25%, bất kể vùng không gian nào, phù hợp với giả định heli là chất khí sinh ra ở những khoảnh khắc đầu tiên của vụ nổ Big Bang.

Từ những năm 1980, với sự phát triển của Vật lý hạt nhân và Vật lý lý thuyết gắn với nó, người ta giải thích được nốt 2 điều “khó hiểu” còn lại của Big Bang là sự vắng mặt của phản vật chất và không tồn tại sự cong của vũ trụ ở những quy mô lớn.

Dù vậy nhưng Big Bang vẫn chỉ là một giả thuyết bởi có một điều mà các nhà khoa học không thể giải thích được. Đó là đi ểm 0, là điểm bắt đầu của tất cả. Với chúng ta, đến giờ nó vẫn là điều huyền bí, là ẩn số không thể lý giải. Các nhà khoa học gọi nó là “điểm kỳ dị ban đầu” để che giấu sự lúng túng của mình. Có lẽ tạm thời người ta đành phải dựa vào niềm tin tôn giáo chăng?