THUYẾT BIG BANG
Chu Văn Biên
MỞ ĐẦU: Sự giải thích nguồn gốc của vũ trụ luôn là đề tài gây nhiều tranh cãi ở mọi thời đại. Bởi vì nó không chỉ mang ý nghĩa đơn thuần về mặt khoa học mà còn có ý nghĩa về mặt thế giới quan và phương pháp luận khoa học. Có nhiều giả thuyết về nguồn gốc của vũ trụ nhưng trong thế kỉ XX thuyết được nhiều người chấp nhận đó là thuyết Big Bang. Bài viết này sẽ giới thiệu một cách sơ lược về thuyết này.
THUYẾT BIG BANG LÀ GÌ?
Dựa trên lý thuyết của ngành vật lý các hạt cơ bản, qua những phương tiện quan sát, tính toán và kết quả thực nghiệm trong những máy gia tốc, vật lý thiên văn hiện đại cho rằng vũ trụ được tạo ra cách đây khoảng 15 tỷ năm do một vụ nổ Nguyên Thuỷ vĩ đại gọi là Big Bang(Vụ Nổ lớn). Vũ trụ Nguyên thuỷ chỉ là một đám sương mù mờ ảo. Theo những nghiên cứu của thiên văn học hiện đại, những thiên thể như sao, các hành tinh được hình thành từ những đám khí khổng lồ bị co và đông lại vì sức hút của trường hấp dẫn trong đám khí, rồi sau đó nổ tung ra.
Năm 1985 có một nhà vật lý đã nhận xét tại hội nghị khoa học: "Việc vũ trụ khởi đầu với Big Bang khoảng 15 tỷ năm trước cũng chắc chắn như Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời". Vậy thuyết Big Bang như thế nào mà mà họ tin tưởng như vậy?.
Không nên hình dung rằng Big Bang giống như vụ nổ của một quả pháo khổng lồ, mà bạn có thể đứng lảng ra một bên để quan sát. Ở đây không có một bên nào hết, vì Big Bang là biểu hiện ra đời của chính không gian, thời gian. Bây giờ chúng ta chúng ta hãy xem cái gì đã xẩy ra sau Vụ Nổ lớn ở các khoảng thời gian khác nhau.
Từ điểm Zero Big Bang đến 10-43s. Trong khoảng thời gian cực nhỏ nhưng quan trọng này chúng ta mới biết được rất ít, bởi vì các định luật vật lý, như chúng ta đã biết, đều không đúng ở đây.
Ở 10-43s. Nhiệt độ của vũ trụ khoảng 1023K và vũ trụ dãn nở rất nhanh. Khi đó quá trình dãn nở rất nhanh, nhiệt độ giảm đều cho tới khi đạt tới giá trị hiện nay khoảng 3 K.
Từ 10-43s đến 10-35s. trong khoảng thời gian này, các lực mạnh, lực yếu và lực điện từ tác dụng như một lực duy nhất được mô tả bởi lý thuyết Thống nhất lớn, còn lực hấp dẫn tác dụng tách rời như hiện nay.
Từ 10-35s đến 10-10s. Lực mạnh tách ra, để lại lực điện từ, lực yếu và hấp dẫn vẫn còn tác dụng như một lực duy nhất.
Từ 10-10s đến 10-5s. Tất cả bốn lực đều tách biệt ra như hiện nay. Vũ trụ như một "món súp nóng" gồm các quark, leptôn và photon.
Từ 10-5s đến 3 phút. Các quark kết hợp để tạo nên các mezon và barion. Vật chất và phản vật chất huỷ nhau quét đi phản vật chất và chỉ để lại một lượng dư nhỏ vật chất, từ đó tạo nên vũ trụ của chúng ta hiện nay.
Từ 3 phút đến 105 năm. Các prôton và nơtron kết hợp để tạo ra các nucleit nhẹ:
và
với độ phổ cập đồng vị đúng như hiện nay. Vũ trụ là một plasma của các hạt nhân và electron.
Từ 105 năm đến nay. Bắt đầu thời kỳ này các nguyên tử được tạo thành. Vũ trụ trở nên trong suốt đối với các photon và bức xạ. Từ đây chúng bắt đầu một hành trình dài dằng dặc và nay mới đến được chúng ta như bức xạ nền vi ba. Rồi các các nguyên tử cụm lại để tạo ra các thiên hà, sau đó là các sao và các hành tinh, rồi hình thành chính bản thân chúng ta.
Có thể nói thuyết Big Bang là trí tuệ chung của nhiều nhà khoa học, được hình thành qua nhiều giai đoạn khác nhau, ở những địa danh khác nhau, mỗi giai đoạn có một cha đẻ tương ứng. Ta hãy lần lượt điểm qua các địa danh và cha đẻ của nó.
2. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH THUYẾT BIG BANG:
a) Người cha thiên tài Albert Einstein (1879 - 1955) đứa con vũ trụ dãn nở mà lý thuyết tương đối tổng quát của mình đã đưa ra. Theo quan niệm lúc bấy giờ tất cả mọi người, dù là vĩ nhân hay thứ dân đều nghĩ rằng vũ trụ là dừng, là bất biến không thay đổi. Chính trên quan niệm đó mà Einstein đã rất bối rối khi tìm ra các nghiệm phương trình của chính mình, đúng ra là hai nghiệm mô tả vũ trụ hoặc là đang dãn nở hoặc là co lại. Ông đã chữa cháy bằng cách thêm vào phương trình của mình