Biên Giới Của Vũ Trụ, Liệu Có Thực Sự Tồn Tại?! Thiên Văn Học Đà Nẵng

13.8 tỷ năm trước, vũ trụ như chúng ta biết đã bắt đầu với vụ nổ nóng bỏng, Big Bang. Qua quãng đó, không gian tự nó nở ra, vật chất theo đó bị hấp dẫn trọng trường, và kết quả chính là vũ trụ ta thấy ngày nay. Nhưng cho dù nó thực sự rộng lớn, luôn có giới hạn mà ta không nhìn thấy. Đi xa hơn một quãng nhất định, các thiên hà biến mất, những vì sao lấp lánh mờ dần, và không còn tín hiệu nào từ vũ trụ xa xôi có thể thu được nữa. Cái gì nằm sau điểm đó? 

Nếu vũ trụ có thể tích giới hạn, vậy biên của nó có tồn tại? Chúng ta có tiếp cận được không? Khung cảnh tại đó như thế nào?

Hãy khởi đầu tại vị trí của tất cả chúng ta hiện tại, và nhìn xa thật xa nhất hoàn toàn có thể .Ở gần, các thiên hà và sao nhìn rất giống của chúng ta. Nhưng nếu chúng ta nhìn xa hơn, chúng ta sẽ nhìn thấy vũ trụ xa thật xa trong quá khứ: hỗn loạn, nóng hơn, trẻ hơn và non nớt. Image credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI).Ở trong khu của ta, vũ trụ tràn trề sao sáng. Nhưng đi xa hơn 100,000 năm ánh sáng, và bạn sẽ để lại Dải Ngân Hà ở phía sau. Xa hơn điểm đó, có một biển thiên hà vĩ đại : gồm khoảng chừng hai nghìn tỷ thiên hà trôi nổi trong vũ trụ quan sát được. Chúng thật phong phú về chủng loại, hình dáng, size và khối lượng. Nhưng nếu bạn nhìn vào những thiên hà xa hơn, bạn mở màn nhận thấy có gì đó không bình thường : những thiên hà ở càng xa, thì càng nhỏ về khối lượng, và có những ngôi sao 5 cánh xanh hơn so với những thiên hà khác .Sự khác biệt giữa các thiên hà vào những thời điểm khác nhau trong lịch sử của vũ trụ: nhỏ hơn, xanh hơn và non trẻ hơn. Image credit: NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale University), S. Patel (Leiden University), and the 3D-HST Team.Điều này trở nên có nghĩa trong giả thuyết Vũ trụ thực sự có một khởi đầu : một ngày sinh. Đó chính là Big Bang, cái ngày mà vũ trụ tất cả chúng ta biết được sinh ra. Với một thiên hà tương đối gần, tuổi sẽ tương tự với của tất cả chúng ta. Nhưng khi tất cả chúng ta nhìn vào một thiên hà cách hàng tỷ năm ánh sáng, những tia sáng phải cần vận động và di chuyển hàng tỷ năm mới đến được mắt ta. Các thiên hà chiếm hữu những tia sáng đó phải nhỏ hơn một tỷ năm tuổi, và càng nhìn ra xa hơn ta càng nhìn về phía quá khứ .Bức ảnh trong quãng tia cực tím-nhìn thấy-hồng ngoại của dự án Hubble eXtreme Deep Field; bức ảnh tuyệt nhất của vũ trụ xa xôi. Image credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI).

Bức ảnh trên là Bức ảnh Trường siêu sâu Hubble (Hubble eXtreme Deep Field – XDF), bức ảnh về vũ trụ xa xôi sâu nhất từng được chụp. Có hàng ngàn thiên hà ở trong bức ảnh này, từng cái có khoảng cách đến Trái Đất và đến nhau rất khác. Có thứ mà bạn không thể nhìn trong phổ màu bình thường, tiếc thay, chính là mỗi thiên hà có một quang phổ riêng biệt của riêng nó, những đám khí hấp thụ những bước sóng nhất định, đó là do nguyên lý cơ bản của vật lý hạt nhân. Vì vũ trụ giãn nở, bước sóng đó bị kéo dãn ra, vì vậy những thiên hà càng xa thì nhìn đỏ hơn những cái khác. Nguyên lý đó giúp ta suy được khoảng cách của chúng, và thật hay ho và bất ngờ, khi chúng ta gán khoảng cách vào chúng, ta được kết quả là những thiên hà xa nhất là những thiên hà nhỏ và trẻ nhất.

Xa hơn những thiên hà, tất cả chúng ta mong sẽ thấy những ngôi sao 5 cánh tiên phong, và sau đó là những đám khí trung hòa, đó là khi vũ trụ chưa có đủ thời hạn để kéo vật chất lại gần đủ đậm đặc để hình thành một ngôi sao 5 cánh. Đi xa hơn vài triệu năm nữa, bức xạ vũ trụ quá mạnh để hình thành nguyên tử trung hòa, có nghĩa là những photon liên tục bật ra từ những hạt tích điện. Khi mà những nguyên tử trung hòa tiên phong Open, những luồng sáng đó đơn thuần chiếu sáng khắp vũ trụ mãi mãi, không bị ảnh hưởng tác động bởi thứ gì khác ngoài sự co và giãn của vũ trụ. Tìm ra được luồng sáng khởi nguyên này – Bức xạ nền vũ trụ – vào hơn 50 năm trước đã trở thành dẫn chứng thuyết phục nhất cho thuyết Big Bang .Biểu đồ sơ lược của lịch sử Vũ trụ, nổi bật là giai đoạn tái ion hóa. Trước khi những ngôi sao hay các thiên hà sinh ra, vũ trụ toàn là các vật cản sáng, những nguyên tử trung hòa. Khi hầu hết vũ trụ không bị tái ion hóa trong vòng 550 triệu năm sau, một vài khu vực nhất định đã được ion hóa hoàn toàn trước. Image credit: S. G. Djorgovski et al., Caltech Digital Media Center.Từ chỗ của tất cả chúng ta lúc bấy giờ, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể nhìn về bất kỳ phía nào ta muốn và nhìn thấy câu truyện của vũ trụ giống hệt nhau tràn vào mắt. Ngày nay, 13.8 tỷ năm sau Big Bang, tất cả chúng ta có những ngôi sao 5 cánh và thiên hà hiện tại. Trước đó, những thiên hà nhỏ hơn, xanh hơn, trẻ hơn và ít tiến hóa hơn. Trước đó nữa, là những ngôi sao 5 cánh tiên phong, và trước nữa, chỉ là những nguyên tử trung hòa. Trước thời kì những nguyên tử trung hòa, có thời kì plasma ion, và trước đó nữa là thời kì những proton và neutron tự do, ngẫu nhiên Open những vật chất và phản vật chất, quark và gluons tự do, toàn bộ những hạt bất ổn định trong quy mô thường thì, và sau cuối chính là khoảnh khắc Big Bang. Nhìn càng xa hơn vào khoảng trống chính là nhìn thẳng về quá khứ xa, xa thật xa .Mô hình của vũ trụ quan sát được theo tỷ lệ logaric của họa sĩ. Các thiên hà bên trong cho đến các cấu trúc lớn dạng plasma đặc và nóng của Big Bang ở ngoài rìa. Cái rìa này chỉ là biên giới về thời gian. Image credit: Wikipedia user Pablo Carlos Budassi.Mặc dù là thứ giúp ta biết được khu vực vũ trụ quan sát được – với một cái biên triết lý của Big Bang cách khoảng chừng 46.1 tỷ năm ánh sáng từ vị trí của tất cả chúng ta – đây không phải là biên giới thực sự trong khoảng trống. Thay vào đó, nó chỉ là một cái biên theo thời hạn ; có một giới hạn về những thứ ta hoàn toàn có thể thấy chính do vận tốc ánh sáng chỉ được cho phép thông tin mà ta thu được cách xa 13.8 tỷ năm ánh sáng kể từ vụ nổ Big Bang. Khoảng cách đó trên thực tiễn hiện tại sẽ lớn hơn 13.8 tỷ năm ánh sáng do tại không thời hạn đã bị co và giãn theo thời hạn ( đang liên tục co và giãn ), nhưng đó vẫn là một giới hạn. Nhưng cái gì xảy ra trước Big Bang ? Bạn sẽ thấy gì nếu tự nhiên được nhìn thấy một khoảnh khắc siêu nhỏ trước khi big bang diễn ra, lúc mà vũ trụ đang ở mức nguồn năng lượng cao nhất, nóng và đặc, và đầy vật chất, phản vật chât và bức xạ .Giãn nở đã tạo nên một Big Bang thật nóng và dần dẫn đến vũ trụ mà ta đang sống trong ngày nay. Những biến đổi nhỏ nhất trong vụ giãn nở đó đã đặt những nền móng cơ bản giúp tạo nên cấu trúc của vũ trụ ngày nay. Image credit: Bock et al. (2006, astro-ph/0604101); modifications by E. Siegel.

Bạn sẽ thấy có một trạng thái gọi là vũ trụ giãn nở: đó là trạng thái mà vũ trụ giãn nở cực kì nhanh chóng, bị thống trị bởi năng lượng của chính không gian. Không gian giãn nở theo hàm mũ vào lúc đó, nó bị kéo dãn, đó là lúc nó có được đặc tính thống nhất ở mọi nơi, đó là lúc những tiền hạt bị đẩy ra, những giao động trong trường lượng tử thuộc về không gian bị kéo dãn ra khắp vũ trụ. Khi giãn nở chạm đến trạng thái như hiện tại, Big Bang đã lấp đầy vũ trụ với vật chất và bức xạ, tạo nên sự ra đời của vũ trụ mà ta nhìn thấy ngày nay. Và 13.8 tỷ năm sao ta ở đây (hình).

Vũ trụ quan sát được có thể rộng đến 46 tỷ năm ánh sáng về mọi hướng từ điểm nhìn của ta, nhưng còn có hơn đó nữa, vũ trụ không quan sát được, có lẽ là một lượng vô hạn, như hệt cái của chúng ta. Image credit: Frédéric MICHEL and Andrew Z. Colvin, annotated by E. Siegel.Vấn đề là, không có gì đặc biệt quan trọng về vị trí của tất cả chúng ta cả, kể cả về khoảng trống lẫn thời hạn. Cái điều mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể nhìn ra mọi hướng 46 tỷ năm ánh sáng chẳng làm cho cái biên giới và vị trí của mình trở nên đặc biệt quan trọng hơn ; nó chỉ đơn thuần là lưu lại cái giới hạn mà ta nhìn thấy. Nếu tất cả chúng ta tìm thấy một cách làm thế nào đó hoàn toàn có thể chụp hình ngay tắp lự cả vũ trụ, hơn cả cái giới hạn nhìn thấy được, khi mà toàn bộ mọi nơi đều 13.8 tỷ năm tuổi sau big bang, nó sẽ giống hệt như vũ trụ mà hiện tại ta quan sát được thời nay. Có một cái mạng lưới vũ trụ vĩ đại gồm những thiên hà, siêu đám, và khoảng chừng không vô tận, rộng đến hơn toàn bộ những gì mà tất cả chúng ta nhìn thấy lúc bấy giờ. Bất kỳ người quan sát nào, ở bất kể nơi nào sẽ nhìn thấy một vũ trụ đồng điệu giống hệt như vũ trụ của tất cả chúng ta, nhìn từ góc nhìn của tất cả chúng ta .Một trong những bức ảnh nhìn xa nhất về vũ trụ cho thấy những ngôi sao và thiên hà, nhưng ở khu vực gần hơn phía ngoài thì trẻ hơn, ở giai đoạn tiến hóa sớm hơn. Từ góc nhìn của chúng, chúng là những thiên hà 13.8 tỷ năm tuổi (và tiến hóa hơn), và chúng ta chỉ là một thiên hà trẻ như đã từng hàng tỷ năm trước. Image credit: NASA, ESA, the GOODS Team and M. Giavalisco (STScI/University of Massachusetts).Chi tiết đơn cử hoàn toàn có thể hơi khác, những thứ tương tự như như hệ mặt trời, thiên hà, đám địa phương, v.v, thì sẽ nhìn khác từ bất kể điểm nhìn khác. Nhưng vũ trụ chính nó cũng không hề hạn chế về mặt thể tích ; chỉ có phần mà ta thấy là có hạn thôi. Lý do là có một giới hạn về thời hạn – Vụ nổ Big Bang – đã chia tách tất cả chúng ta khỏi phần còn lại vũ trụ. Chúng ta đã tiếp cận cái biên giới đó bằng kính thiên văn ( thứ hoàn toàn có thể nhìn quá về quá khứ ) và qua những kim chỉ nan. Cho đến khi tất cả chúng ta tìm ra cách để phá vỡ được hạn chế về chiều của thời hạn thì mới hoàn toàn có thể mở ra cánh cửa nhìn đến mặt sau của vũ trụ, và thực sự hiểu rõ “ Biên giới của vũ trụ là gì ”. Nhưng về mặt khoảng trống thì sao ? Không hề có thứ gọi là biên giới ở đó. Lý giải lớn nhất mà chúng tôi giải nghĩa được chính là nếu có ai đó ở cái biên đó nhìn về phía mình thì đơn thuần chỉ nhìn thấy tất cả chúng ta là cái biên đó .

Dịch bởi Đàm Quang Tiến
Nguồn https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-what-does-the-edge-of-the-universe-look-like-3d7121a59a30

Source: https://mix166.vn
Category: Công Nghệ