Vũ trụ của chúng ta đang giãn nở nhanh hơn sau mỗi giây, và giới vật lý đã phải vật lộn hàng thập kỷ để tìm kiếm lời giải thích hoàn chỉnh. Giờ đây, một nghiên cứu đột phá mang tính lịch sử đang hướng góc nhìn từ những dải ngân hà xa xôi về lại thế giới vi mô, với giả thuyết: Chính thứ "keo dính" giữ các nguyên tử lại với nhau có thể là nguồn sức mạnh vĩ mô đang kéo toạc không gian vũ trụ.
Từ khám phá vĩ đại của Hubble đến giới hạn của mô hình chuẩn
Những gì nhân loại học được về vũ trụ chỉ trong một thế kỷ qua là một bước tiến vĩ đại khó có thể diễn tả hết. Hơn một trăm năm trước, nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble đã làm rung chuyển nền khoa học khi sử dụng kính viễn vọng Hooker 100-inch tại Đài thiên văn Mount Wilson (California) để phát hiện ra rằng: Vũ trụ đang thực sự giãn nở.
Sự kinh ngạc chưa dừng lại ở đó. Đến năm 1998, hai nhóm nghiên cứu thiên văn học độc lập đã xác nhận một sự thật còn gây sốc hơn — quá trình giãn nở này không hề đều đặn, mà đang tăng tốc không ngừng.
Để giải thích sự gia tốc kỳ lạ này, giới khoa học đã phải tìm về "hằng số vũ trụ" do thiên tài Albert Einstein đề xuất từ năm 1917. Khái niệm này trở thành hòn đá tảng cho mô hình chuẩn ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter) — góc nhìn hiện đại nhất của chúng ta về cách vũ trụ vận hành. Theo mô hình này, hằng số vũ trụ đại diện cho một loại "năng lượng tối" bí ẩn tràn ngập không gian và thúc đẩy sự giãn nở, trong khi "vật chất tối" vô hình định hình nên cấu trúc khổng lồ của các thiên hà.
"Khủng hoảng toán học" 120 bậc độ lớn
Dù mô hình ΛCDM rất thành công trong việc mô tả các quan sát vũ trụ học, nó lại đang đối mặt với một lỗ hổng nghiêm trọng được gọi là "vấn đề hằng số vũ trụ".
Nói một cách đơn giản, các lý thuyết trường lượng tử dự đoán rằng mật độ năng lượng chân không phải lớn hơn thực tế mà chúng ta quan sát được trong vũ trụ tới... 120 bậc độ lớn. Đây là một sai số khổng lồ, một sự mâu thuẫn toán học buộc các nhà khoa học phải thừa nhận rằng: Chúng ta đang thiếu một mảnh ghép cực kỳ quan trọng trong bức tranh tổng thể.
Lực hạt nhân mạnh: Nguồn sức mạnh vô hình kéo giãn không gian?
Nhằm giải quyết bế tắc này, một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Universe đã đưa ra một góc nhìn hoàn toàn mới mẻ. Nhóm tác giả đặt ra câu hỏi: Liệu lực hạt nhân mạnh — một trong bốn lực cơ bản của vũ trụ, chịu trách nhiệm liên kết các nguyên tử lại với nhau — có thể đóng một vai trò vĩ mô lớn hơn nhiều so với những gì chúng ta từng biết?
Nghiên cứu này đi sâu vào tốc độ giãn nở của vũ trụ và sự tương tác của nó với Sắc động lực học lượng tử (QCD) — lý thuyết giải thích cách các hạt quark và gluon hình thành nên proton và neutron. Cốt lõi của lý thuyết này là cơ chế "giam cầm hạt quark", nghĩa là các hạt quark không bao giờ đứng đơn lẻ mà luôn bị buộc chặt với nhau.
Bằng cách sử dụng mô hình vật lý hạt nhân Polyakov–Nambu–Jona-Lasinio, các nhà nghiên cứu đã thiết lập thành công mối liên hệ giữa trạng thái chân không của hạt quark với tốc độ giãn nở của vũ trụ. Kết quả thu được vô cùng đáng kinh ngạc: Hiệu ứng tổng thể của nó bắt chước hoàn hảo các đặc tính của năng lượng tối.
Không chỉ dừng lại ở những suy luận lý thuyết, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm khung khái niệm này với các dữ liệu thực tế từ các vật thể vũ trụ có độ dịch chuyển đỏ thấp, bao gồm:
- Các chuẩn tinh (Quasar).
- Thiên hà hydro-II.
- Siêu tân tinh Loại Ia (được xem là "ngọn nến tiêu chuẩn" để đo khoảng cách vũ trụ).
Thông qua các phương pháp thống kê Bayes phức tạp, họ phát hiện ra rằng tham số mới của mô hình (được gọi là biến "d") tiến rất gần đến giá trị 0. Điều này chứng tỏ mô hình lượng tử mới mô phỏng cực kỳ sát với những gì chúng ta đang quan sát thấy trong vũ trụ thực tế, mở ra một kịch bản về "năng lượng tối mang tính động lực" thay vì một hằng số cứng nhắc.
Chờ đợi bình minh mới từ các siêu kính viễn vọng
Tất nhiên, lý thuyết lượng tử (QCD) thay thế cho mô hình ΛCDM truyền thống này hiện vẫn là một trong số nhiều giả thuyết mới nổi, và giới khoa học cần thêm những dữ liệu xác đáng hơn để kết luận.
Hy vọng đang được thắp sáng khi các đài quan sát không gian thế hệ mới — nổi bật là kính viễn vọng Euclid của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và Đài thiên văn Vera C. Rubin — chuẩn bị đi vào hoạt động trọn vẹn. Được thiết kế chuyên biệt để cung cấp những phép đo siêu chính xác về tốc độ giãn nở của không gian, những "con mắt vũ trụ" này hứa hẹn sẽ sớm mang lại câu trả lời xác đáng.
Và nếu giả thuyết trên là đúng, nhân loại sẽ phải đối mặt với một sự thật đầy chất thơ nhưng cũng vô cùng trớ trêu: Chính thứ "keo dính" bé nhỏ giữ cho các nguyên tử của chúng ta không bị vỡ vụn, lại đang là thứ sức mạnh khổng lồ kéo toàn bộ vũ trụ ngày càng rời xa nhau.
Ý Kiến Cộng Đồng
Đăng nhận xét