Điều gì đã xảy ra trước Big Bang? Khoa học vẫn bế tắc

Bình luận Văn Thiện • 02:23, 11/06/21

Giúp NTDVN sửa lỗi

Nếu mọi thứ xảy ra có thể được quy cho một nguyên nhân, thì điều gì đã tạo ra vũ trụ? Để giải quyết câu hỏi rất hóc búa về Nguyên nhân đầu tiên, huyền thoại sáng thế tôn giáo sử dụng cái mà các nhà nhân loại học về văn hóa đôi khi gọi là "Bản thể tích cực", một thực thể siêu nhiên. Vì bản thân thời gian đã bắt đầu từ một thời điểm nào đó trong quá khứ xa xôi, Nguyên nhân đầu tiên đó phải đặc biệt: nó phải là một nguyên nhân không lý do, không có gì trước đó.

Việc chúng ta cho rằng sự khởi đầu của mọi thứ đến từ Vụ Nổ Lớn (Big Bang) sẽ đặt ra một câu hỏi khác, "Điều gì đã xảy ra trước đó?" Câu hỏi này xuất hiện khi chúng ta đối mặt với các vị thần vĩnh cửu, những người mà đối với họ, sự vô tận không phải là một vấn đề. Họ tồn tại bên ngoài thời gian, nhưng chúng ta thì không. Đối với chúng ta, không có thời gian "trước đó". Vì vậy, nếu bạn hỏi điều gì đã xảy ra trước Big Bang, câu hỏi này có phần vô nghĩa. Stephen Hawking từng so sánh câu hỏi đó với việc hỏi, "Phía bắc của Bắc Cực là gì?", hoặc "Bạn là ai trước khi bạn được sinh ra?"

Thánh Augustinô cho rằng thời gian và không gian xuất hiện cùng với sự sáng tạo. Đối với ông, tất nhiên đó là một hành động của Chúa. Nhưng đối với khoa học thì sao?

Về mặt khoa học, chúng ta cố gắng tìm ra cách vũ trụ ở thời kỳ niên thiếu và sơ khai bằng cách quay ngược thời gian, cố gắng tái tạo lại những gì đang xảy ra. Tương tự như các nhà cổ sinh vật học, chúng ta xác định "hóa thạch" - vật chất còn sót lại của những ngày xa xưa - và sử dụng chúng để tìm hiểu về quá trình vật lý khác nhau khi đó.

"Vụ Nổ Lớn" thực ra không phải là một vụ nổ

Một tiền đề là chúng ta tin tưởng là vũ trụ đang giãn nở hàng tỷ năm. "Giãn nở" ở đây có nghĩa là khoảng cách giữa các thiên hà ngày càng tăng; các thiên hà đang lùi xa nhau với tốc độ phụ thuộc vào những gì ở bên trong vũ trụ ở các thời đại khác nhau, tức là các loại vật chất lấp đầy không gian.

Khi chúng ta đề cập đến sự giãn nở, thật khó để không nghĩ về một vụ nổ đã bắt đầu mọi thứ. Và chúng ta gọi nó là "Vụ Nổ Lớn". Nhưng cách nghĩ về vụ nổ là sai lầm. Các thiên hà di chuyển ra xa nhau bởi vì chúng được thực hiện bởi chính khoảng không gian. Giống như một tấm vải co giãn, không gian trải ra và các thiên hà được cuốn theo. Vì vậy, các thiên hà không giống như những viên đạn bay ra khỏi một vụ nổ trung tâm. Không có trung tâm. Vũ trụ mở rộng theo mọi hướng và hoàn toàn đồng nhất: mọi điểm đều quan trọng như nhau. Ai đó ở một thiên hà xa sẽ thấy các thiên hà khác di chuyển ra xa giống như chúng ta.

Quay ngược thời gian

Nếu phát ngược bộ phim vũ trụ, chúng ta sẽ thấy vật chất ngày càng bị ép chặt vào một thể tích không gian đang thu hẹp lại. Nhiệt độ tăng, áp suất tăng, mọi thứ vỡ vụn. Các phân tử bị chia nhỏ thành nguyên tử, nguyên tử thành hạt nhân và electron, hạt nhân nguyên tử thành proton và neutron, sau đó proton và neutron thành quark... Sự phân tách dần dần của vật chất thành các thành phần cơ bản nhất của nó xảy ra khi đồng hồ quay ngược về phía "vụ nổ".

Ví dụ, nguyên tử hydro phân tách vào khoảng 400.000 năm sau Vụ Nổ Lớn, hạt nhân nguyên tử của nó thì vào khoảng một phút, còn proton và neutron vào khoảng một phần trăm giây. Làm sao mà chúng ta biết được? Chúng ta đã tìm ra bức xạ còn sót lại (bức xạ phông vi sóng vũ trụ) từ khi các nguyên tử đầu tiên hình thành và khám phá cách tạo ra các hạt nhân nguyên tử nhẹ đầu tiên khi vũ trụ mới chỉ vài phút. Đây là những hóa thạch vũ trụ cho chúng ta thấy con đường tiến hóa của nó.

Hiện tại, các thí nghiệm của chúng ta có thể mô phỏng các điều kiện xảy ra khi vũ trụ cũ khoảng một phần nghìn tỷ giây. Đây có vẻ là một con số nhỏ đến mức nực cười đối với chúng ta, nhưng đối với một photon - một hạt ánh sáng - thì đó là một khoảng thời gian dài, cho phép nó di chuyển theo đường kính của một proton hàng nghìn tỷ lần. Khi nói về vũ trụ sơ khai, chúng ta phải bỏ qua các tiêu chuẩn và trực giác của con người về thời gian.

Tất nhiên, chúng ta muốn tiếp tục quay trở lại càng gần với t = 0 càng tốt. Nhưng cuối cùng chúng ta đã chạm phải một bức tường của sự thiếu hiểu biết. Tất cả những gì chúng ta có thể làm là ngoại suy các lý thuyết hiện tại, hy vọng rằng chúng sẽ cung cấp cho chúng ta một số gợi ý về những gì đã xảy ra trước đó, ở những năng lượng và nhiệt độ mà chúng ta không thể kiểm tra trong phòng thí nghiệm. Có một điều chắc chắn chúng ta biết, đó là thực sự gần với t = 0, lý thuyết hiện tại của chúng ta mô tả các thuộc tính của không gian và thời gian, thuyết tương đối rộng của Einstein, bị phá vỡ.

Đây là lĩnh vực của cơ học lượng tử, nơi mà khoảng cách rất nhỏ đến mức chúng ta phải suy nghĩ lại về không gian không phải là một tấm liên tục mà là một môi trường rời rạc. Thật không may, chúng ta không có một lý thuyết tốt để mô tả độ chi tiết này của không gian hoặc vật lý của lực hấp dẫn ở quy mô lượng tử. Tất nhiên, có những ứng cử viên, như lý thuyết siêu dây và hấp dẫn lượng tử vòng. Nhưng hiện tại không có bằng chứng nào chỉ ra một trong hai lý thuyết này là một mô tả vật lý khả thi.

Vũ trụ học lượng tử không trả lời được câu đố

Tuy nhiên, sự tò mò khiến chúng ta khăng khăng đẩy ranh giới về phía t = 0. Và trong những năm 1980, James Hartle và Stephen Hawking, Alex Vilenkin và Andrei Linde đã đưa ra ba mô hình vũ trụ lượng tử, trong đó toàn bộ vũ trụ được coi như một nguyên tử, với một phương trình tương tự như một phương trình được sử dụng trong cơ học lượng tử. Trong phương trình này, vũ trụ sẽ là một sóng xác suất về cơ bản liên kết một cõi lượng tử không có thời gian với một cõi cổ điển có thời gian - tức là vũ trụ chúng ta đang sống, hiện đang giãn nở. Sự chuyển đổi từ lượng tử sang cổ điển sẽ là sự xuất hiện của vũ trụ, cái mà chúng ta gọi là Vụ Nổ Lớn là một sự biến động lượng tử không có nguyên nhân và xảy ra ngẫu nhiên như sự phân rã phóng xạ.

Nếu chúng ta giả định rằng một trong những mô hình đơn giản này là đúng, thì đó có phải là lời giải thích khoa học cho Nguyên nhân đầu tiên không? Liệu chúng ta có thể loại bỏ hoàn toàn đòi hỏi về nguyên nhân bằng cách sử dụng các xác suất của vật lý lượng tử không?

Một mô hình như vậy sẽ là một kỳ công trí tuệ đáng kinh ngạc. Nó sẽ tạo nên một tiến bộ to lớn trong việc hiểu nguồn gốc của vạn vật. Nhưng không may là nó không đủ tốt. Khoa học không thể xảy ra trong hư không. Nó cần một khung khái niệm để vận hành, những thứ như không gian, thời gian, vật chất, năng lượng, phép tính và các định luật bảo toàn các đại lượng như năng lượng và động lượng. Người ta không thể xây dựng một tòa nhà chọc trời từ ý tưởng, và người ta không thể xây dựng mô hình mà không có khái niệm và định luật. Yêu cầu từ khoa học để "giải thích" Nguyên nhân Đầu tiên là yêu cầu khoa học giải thích cấu trúc của chính nó. Đó là yêu cầu một mô hình khoa học không sử dụng tiền lệ, không có khái niệm trước đó để vận hành. Và khoa học không thể làm được điều này, cũng như bạn không thể suy nghĩ nếu không có bộ não.

Bí ẩn về Nguyên nhân đầu tiên vẫn còn đó. Bạn có thể chọn niềm tin tôn giáo như một câu trả lời, hoặc bạn có thể chọn tin rằng khoa học sẽ chinh phục tất cả.

Văn Thiện

Theo Bigthink



BÀI CHỌN LỌC

Điều gì đã xảy ra trước Big Bang? Khoa học vẫn bế tắc