Vũ trụ nở rộng tới đâu - Sajan Saini

Xem toàn bộ bài học tại: https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-universe-expanding-into-sajan-saini

Vũ trụ bắt nguồn từ vụ nổ Big Bang gần 14 tỷ năm trước, và vẫn đang tiếp tục nở rộng. Nhưng nó sẽ nở rộng thế nào và tới đâu? Sajan Saini sẽ giải thích những lí thuyết đang tồn tại xung quanh vụ nổ Big Bang và liệu có thứ gì đó tồn tại vượt lên trên cả vũ trụ của ta.

Bài học bởi Sajan Saini, đạo diễn bởi Wooden Plane Productions.

Vũ trụ được sinh ra
từ vụ nổ Big Bang

gần mười bốn tỷ năm trước,

và vẫn đang nở rộng
cho đến tận ngày nay.

Nhưng nó sẽ nở rộng tới đâu?

Đó là một câu hỏi khó.

Đây là lí do:

Các phương trình Einstein
về tính tương đối rộng

mô tả không gian - thời gian
như một màng liên tục nối liền của vũ trụ.

Nghĩa là những gì ta biết
về không gian - thời gian

tồn tại bên trong vũ trụ
và không thể vượt lên trên nó.

Khi nở rộng,
các vật thể nở rộng

theo chiều không gian.

Nhưng nếu không có không gian,

thì nở rộng sẽ như thế nào?

Năm 1929,
những quan sát thiên văn của Hubble

cho ta một
câu trả lời đầy đủ.

Ông lùng sục bầu trời đêm
để tìm những thiên hà xa xôi

lùi xa, hay di chuyển khỏi Trái đất.

Hơn nữa, thiên hà càng xa,
càng lùi xa nhanh hơn.

Ta có thể giải thích nó
như thế nào?

Hãy xem xét một ổ bánh mì nho
đang nở trong lò vi sóng.

Bột nở ra một lượng giống nhau

giữa mỗi hạt nho khô.

Nếu xem những hạt nho khô
tượng trưng cho các thiên hà,

và bột nở tượng trưng
cho không gian giữa chúng,

ta có thể tưởng tượng
sự kéo giãn hoặc nở rộng

không gian giữa các thiên hà
sẽ khiến chúng rời xa nhau,

và những thiên hà ở xa
sẽ lùi

một khoảng lớn hơn
so với những thiên hà gần

trong cùng khoảng thời gian.

Một cách chắc chắn, các phương trình
về tương đối phổ quát dự đoán

một cuộc giằng co giữa
trọng lực và sự nở rộng.

Nó chỉ xảy ra trong không gian tối
giữa các thiên hà,

nơi sự nở rộng thắng thế,
và không gian giãn nở.

Nên đây là câu trả lời.

Vũ trụ đang giãn nở vào chính nó.

Nghĩa là, các nhà vũ trụ học đang chạm đến
giới hạn của các mô hình toán

để suy đoán rằng, liệu có thứ gì,
tồn tại vượt lên không gian-thời gian.

Những dự đoán này là có căn cứ,
nhưng có những giả thuyết

gây cản trở cho học thuyết Big Bang.

Big Bang dự đoán rằng
vật chất phân bổ đều khắp vũ trụ,

như một đám mây - nhưng làm thế nào
các thiên hà và sao hình thành?

Mô hình lạm phát
mô tả một thời kỳ ngắn

của siêu giãn nở

khi mà các thăng giáng lượng tử
trong năng lượng của vũ trụ sơ khai,

dẫn tới sự tích tụ của khí
dần dẫn đến hình thành thiên hà.

Nếu chấp nhận sự tiến hóa này,
nó có thể ngụ ý rằng

vũ trụ đại diện cho
một phần của thực tại lớn hơn

đang trải qua sự giãn nở vô tận.

Chúng ta không biết gì
về thực tại có tính suy đoán này,

ngoại trừ các tiên đoán toán học
rằng sự giãn nở vĩnh cửu của vũ trụ

có thể được dẫn dắt bởi
trạng thái lượng tử không ổn định.

Tuy nhiên, trong nhiều vùng địa phương,
năng lượng có thể phân bố ngẫu nhiên,

trong trạng thái ổn định, ngăn sự giãn nở
và định hình những vũ trụ bong bóng.

Mỗi vũ trụ bong bóng -
mà ta là một trong số chúng-

sẽ được tạo ra bởi vụ nổ Big Bang
của chính nó và các định luật vật lý.

Vũ trụ của chúng ta sẽ là một phần
của một đa vũ trụ rộng lớn,

mà ở đó, tỷ lệ giãn nở rất lớn
khiến cho việc đi tới

những vũ trụ hàng xóm
là một điều bất khả thi.

Big Bang cũng dự đoán rằng vũ trụ sơ khai,
vô cùng nóng, các lực cơ bản

đã từng hợp nhất
trong một siêu lực duy nhất.

Thuyết dãy toán chứng minh
cho sự thống nhất này,

cùng với cấu trúc cơ bản
của các quark tiền nguyên tử và electron.

Trong mô hình này, các vòng rung động
tạo ra các khu vực của vũ trụ.

Các lí thuyết dãy giờ đây hợp nhất
thành một thuyết thống nhất,

cho rằng các cấu trúc này tương tác với
khối lượng, các chiều bậc cao là brane.

Vũ trụ của ta có thể
chỉ được chứa trong một brane,

trôi lơ lửng trong một chiều bậc cao hơn,
có tên "bulk", hoặc siêu không gian.

Các brane khác- có những kiểu vũ trụ khác-
có thể cùng tồn tại trong siêu không gian,

và những brane hàng xóm có thể
có chung những lực cơ bản như trọng lực.

Cả sự giãn nở vô tận và brane
đều mô tả một đa vũ trụ,

nhưng khi các vũ trụ hợp nhất,
các brane vũ trụ có thể va vào nhau.

Âm vọng của một vụ va chạm có thể
xuất hiện trong bức xạ nền vi sóng,

một hỗn hợp sóng vô tuyến khắp vũ trụ,
tàn tích từ thời kỳ Big Bang.

Dù vậy, chúng ta vẫn chưa tìm ra
bất kỳ âm vọng vũ trụ nào.

Vài người nghi ngờ các thuyết đa vũ trụ
có thể cuối cùng sẽ hợp nhất,

hoặc bị thay thế bởi
một lí thuyết khác.

Cho đến nay, chúng chỉ là
những khảo sát lí thuyết của mô hình toán.

Khi các mô hình này được xây dựng và
dẫn dắt bởi nhiều suy đoán khoa học,

có rất ít thí nghiệm khách quan
để trực tiếp kiểm nghiệm.

Mãi đến khi kính thiên văn Hubble
được lắp đặt,

các nhà khoa học dường như vẫn tranh luận
về sự tinh tế trong mô hình của mình...

và tiếp tục nghĩ về việc, liệu có gì đó
tồn tại vượt lên trên vũ trụ của ta.