Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2
➤ Gửi thông báo lỗi ⚠️ Báo cáo tài liệu vi phạmNội dung chi tiết: Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2
Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2
IV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2định được vũ trụ có một khởi đầu về thời gian, và thời gian này là hữu hạn và đo được, nói một cách khác, vũ trụ có một quá khứ không phải là vô hạn, lẻ đương nhiên là ta sẻ quan tâm tới tương lai cùa nó. Liệu tương lai này là vô hạn hay hữu hạn? Vũ trụ sẻ là vĩnh hằng hay sẽ có một hổi kết? Và nếu Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2như có hồi kết, thì nó sẽ như thế nào? Liệu vũ trụ sẽ chết trong một hỏa ngục hay trong giá băng lạnh lẻo?Như ta đã thấy, nguyên lý vũ trụ học đã loạiKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
trừ khá nhiềuSự vô hạn của vũ crụ phụ chuộc cốc thònh phồn của nó ■ 165loại vũ trụ khả dì - nhung vù trụ không đồng nhất và không đẳng hướng. Mặc dù IV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2 bé, nóng và dặc. Tuy nhiên, chúng khác nhau ở độ cong của không gian.Khi dạo chơi trong thế giới các hình học phi Euclid, ta đã làm quen với nhung dạng khác nhau có thế có của không gian. Hãy nhớ lại là vũ trụ có thê’ có độ cong dương, như bề mặt hình cầu (sự tương tự này là không hoàn toàn chính x Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2ác bởi vì mặt cấu chỉ có hai chiểu, trong khi không gian lại là ba chiều, nhưng nó giúp trực giác của ta hiểu được), còn độ cong âm giống như hình yênKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
ngựa hay bằng 0 giống như bế mặt của khăn trải bàn. Câu trả lời cho câu hỏi ban đầu - vũ trụ là hừu hạn hay vô hạn? - sẽ rất đơn giản và trực tiếp nếIV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2. Ngược lại, câu trà lời cho một vũ trụ có độ cong âm (được mò tả bằng hình học Lobachevski-Bolyai) hay bằng 0 (mô tả bằng hình học Euclid) lại không dơn giản như thế. Trong các trường hợp này, có hai câu trả lời khả dĩ. Chẳng hạn, một vũ trụ có độ cong bằng 0 có thể là vò hạn, giống như chiếc khăn Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2trải bàn kéo dài ra vô hạn theo mọi hường. Nhùng nó cũng có thê' là hữu hạn. Để hiểu được, hãy tưởng tượng ta nối hai đầu cùa chiếc khăn trài bàn. KhiKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
này khăn có dạng một mặt trụ. Khi thực hiện phép biến đối này, ta hoàn toàn không làm thay đổi độ cong cùa chiếc khăn, ta chỉ làm thay đổi “topo” cùaIV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2ó hình học Euclid, tức là có độ cong bằng 0, gióng như các mặt phẳng. Ta có thể tiếp tục làm thay dổi hình dạng của mặt trụ, chẳng hạn bằng cách nối hai dấu ống với nhau, ta sè thu dược một '‘hình xuyến”, giống hình một cái săm ỏ tỏ, hình này cùng có độ cong bằng 0. Bề mặt của hình xuyến là hữu hạn Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2thế nhưng nó không cỏ biên. Một chú kiến đi vòng quanh hình xuyến sè quay lại điểm xuất phát, điếu này cũng có nghía là một độ cong bằng 0 cũng có thểKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
là hữu hạn. Bài học rút ra ở đây là: một vũ trụ với độ cong âm hay bằng 0 có thể là vô hạn hoặc hữu hạn, tùy theo topo của nó,?9).1Một tờ giây phẳng IV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2ng ván có dô cong bằng 0. (3) Giò ta lại nối hai dáu của ống với nhau; ta dược một hlnh xuyến, lai có topo khác nữa, nhưng ván luôn có dô cong báng 0. Mac dù không có giới han, nhưng bé mặt của hình xuyến là hữu hạn. Cũng như thế, một vũ trụ có dô cong là 0 có thể lả vô hạn như mạt phảng hay hữu hạn Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2 như một hình xuyến: tát cầ déu phụ thuộc topo cùa nó.29. Jean-Pierre I.uminet và Marc Í4ichièze. De I'infini... mystères et limiles de 1’univers (TừKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
vô hạn... các hí án và giới hạn của vù trụ), NXB Dunod, 2005.Sự vô hạn của vO trụ phụ thuộc các thành phồn của nó - 167Số phận cùa vù trụ chứa chù yếuIV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2 với chúng ta rằng một vù trụ đóng, có độ cong dương vời mật độ chủ yếu là vật chất sẽ có sự giàn nở ngày càng giảm dần theo thời gian. Một ngày nào đó nó sẽ đạt tời bán kính tối đa sau đó sẽ tự co lại. Khi co lại, vũ trụ sẽ càng ngày càng nóng và dặc. Các thiên hà thay vì dịch chuyến ra xa nhau sẽ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2ngày càng tiến lại gần nhau, rói hòa nhập và mất đi bản sắc riêng. Các ngôi sao sẽ bay hơi thành các chùm proton, neutron, electron và photon. Vù trụKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
sè gần như tìm thấy lại thuở ấu thơ của mình: một đại dương của ánh sáng và các hạt, như trong nhung ngày quá khu xa xăm, nhùng rải rác có thêm nhiều IV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2lờn).Ngược lại, một vũ trụ mở, với độ cong ảm sẽ vĩnh viễn giãn nở: nó tiếp tục loãng ra và ngày càng lạnh đi, tất cả các ngòi sao đều sẽ tắt và vũ trụ sẻ chết trong bóng tối lạnh lẽo. Thay vì sự chiến thắng huy hoàng của ánh sáng, cái nóng và hỏa ngục của một vũ trụ đóng sẻ là sự lạnh lẽo cô đơn củ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2a một vũ trụ mở.Cuối cùng, một vũ trụ phẳng, với độ cong bằng 0, sẻ là trung gian giữa vũ trụ đóng và vũ trụ mở: sự giãn nở sẻ giảm dần và chỉ dừng lạKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
i hẳn sau một khoảng thời gian vô hạn. Vũ trụ này cũng sẻ chết trong cái lạnh băng giá.Đó là hình mẫu (chuẩn thức) ngự trị vù trụ học cho tời năm 1988IV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2g tốc và khoảng 70% thành phẩn của nó không phải là vật chát và ánh sáng thông thường mà là một loại “năng lượng tối” bí ẩn, và ta hoàn toàn chưa biết gì vế bản chất của nó. Về sau tôi sẽ mò tả các kết luận trước sẻ bị phát hiện đáng kinh ngạc đó làm cho thay đối thế nào.Liệt kê các thành phần cùa v Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2ù trụNhùng bây giờ ta hãy tiếp tục theo dòng lịch sử. Người ta nghĩ rằng đê’ biết được số phận của vũ trụ cấn đo được độ cong của không gian. Nhùng làKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
m thế nào đế đo được nó? Các phương trình của thuyết tương đối rộng lại cứu giúp chúng ta. Chúng cho ta biết rằng độ cong của không gian phụ thuộc vàoIV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2hoảng khối lượng cùa năm nguyên tử hydrogen, tức là chì 10 23 gram trên mét khối, mật độ này phân định các loại vũ trụ khác nhau. Mật độ tới hạn này là cực nhỏ. Nó nhỏ hơn mật độ của nước hàng trăm tỷ tỷ tỷ lần. Bạn sẽ có dược mật độ này nếu bạn phân phối đều lượng vật chất của một giọt nước trong m Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2ột thể tích bằng cả Trái Đất! Như vậy, thuyết tương đối rộng cho ta biết rằng chỉ cấn một vũ trụ chứa trung bình nhiều hơn 5 nguyên tử trong một mét kKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
hối là đã có độ cong dương. Nếu chứa ít hơn nó sẻ có độ cong ám. Và nếu có mặt độ bằng đúng mật độ tới hạn thì độ cong sẻ bằng không.Chắc bạn nghĩ rằnIV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2ủa nó - 169ắt hằn phải chứa trung bình nhiều hơn 5 nguyên tử trong một mét khối, và như thê' nó phải có độ cong dương và là hữu hạn. Nhùng câu trả lời không dể dàng như thế, bời vì kể cả với lượng vật chất sáng mà ta phát hiện được bằng các kính thiên văn là rất lớn đi nữa, nhũng thê’ tích cùa không Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2 gian vũ trụ cũng lại cực kỳ lớn!Để biết chắc chắn, ta cẩn liệt kê một cách kỹ lường danh sách chi tiết các thành phần của vù trụ. Nếu ta phải đếm từnKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
g ngôi sao và thiên hà thì nhiều dời cũng không xong. May mắn là nguyên lý vũ trụ học sẽ cứu giúp chúng ta. Đo vù trụ là đồng đểu nên chỉ cấn liệt kê IV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đ Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2m dải Ngân Hà, thiên hà Andromeda và khoảng 40 thiên hà lùn) đều không phải là những nơi được ùu ái hay đặc biệt gì. Những cấu trúc giống như thế có tời hàng tỳ trong mông mênh vũ trụ. Cái xó xỉnh vù trụ của chúng ta chẳng có gì là đặc biệt cả. Mật độ trung bình của vật chất trong phấn còn lại cùa v Khoa học vũ trụ và con người: Phần 2ũ trụ hẳn cũng bằng mật độ trong vùng lân cận chúng ta. Nhũng dù sao cùng cần phải liệt kê các thành phấn của một thề tích đáng kể để có thể đại diệnKhoa học vũ trụ và con người: Phần 2
cho phấn còn lại của vũ trụ, một thể tích có thế trải rộng tới hàng triệu năm ánh sáng.Một cái gì đó tối trong vũ trụVào một đâm quang đàng, ở một vùnIV5ự vô hạn củo vũ trụ phụ thuộc cóc thành phồnCỦCI ná: vật chát sáng, vật chốt tối và năng lượng tấiĐộ cong của vũ trụ và số phận của nóSau khi xác đGọi ngay
Chat zalo
Facebook