Cuối cùng chúng ta có thể biết được điều gì đã xảy ra trước Vụ Nổ Lớn

Trong hàng thế kỷ, con người đã ngước nhìn lên bầu trời đêm và tự hỏi: vũ trụ bắt đầu từ đâu, và rồi sẽ kết thúc thế nào? Từ những quan sát đầu tiên bằng kính thiên văn thô sơ cho đến những siêu máy tính lượng tử hiện đại, hành trình đi tìm câu trả lời cho nguồn gốc của vạn vật vẫn là câu chuyện chưa có hồi kết. 

Giờ đây, các nhà vật lý lý thuyết cho rằng họ đã tiến thêm một bước quan trọng, không chỉ mô phỏng lại khoảnh khắc Vụ Nổ Lớn (Big Bang), mà còn có thể hình dung điều gì đã xảy ra trước đó.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã sử dụng những chiếc kính thiên văn mạnh nhất để nhìn sâu vào không gian - đồng nghĩa với việc nhìn ngược về thời gian. Ánh sáng từ các thiên hà xa xôi phải mất hàng tỷ năm mới đến được Trái Đất, cho phép chúng ta nhìn thấy hình ảnh của Vũ trụ khi nó còn sơ khai. 

Nhưng dù công nghệ có tiến bộ đến đâu, chúng ta vẫn không thể nhìn xuyên qua "bức màn" thời gian trước Vụ Nổ Lớn, khi mọi dấu vết của vũ trụ sơ khai bị xóa nhòa bởi năng lượng khổng lồ sinh ra vào khoảnh khắc khai sinh ấy.

Để trả lời câu hỏi về khởi đầu, có lẽ nhân loại cần nhìn về kết thúc. Giáo sư Henry Tye từ Đại học Cornell là một trong những nhà vật lý đi tiên phong trong hướng tiếp cận này. Ông và cộng sự sử dụng các mô phỏng vũ trụ quy mô lớn, tua ngược dòng thời gian hàng tỷ năm để tìm hiểu xem Vũ trụ đã và sẽ vận động ra sao.

Theo mô hình hiện nay, Vũ trụ hình thành cách đây khoảng 13,8 tỷ năm từ một điểm vật chất siêu đặc, rồi không gian bắt đầu giãn nở. Ban đầu, người ta cho rằng sự giãn nở này sẽ dần chậm lại, vì lực hấp dẫn của chính vật chất sẽ kéo mọi thứ về gần nhau, dẫn đến một trong hai kịch bản: hoặc Vũ trụ co lại hoàn toàn trong một "Vụ Co Lớn" (Big Crunch), hoặc giãn nở mãi mãi cho đến khi tất cả nguội lạnh và tan biến trong "Đại Đóng Băng".

Nhưng đến cuối thập niên 1990, một phát hiện gây chấn động đã làm thay đổi mọi suy nghĩ: Vũ trụ không hề chậm lại mà đang giãn nở nhanh hơn bao giờ hết. Một dạng năng lượng bí ẩn dường như đang đẩy mọi thứ ra xa, thứ mà các nhà khoa học gọi là năng lượng tối (dark energy).

"Khoảng 70% Vũ trụ ngày nay là năng lượng tối", giáo sư Tye chia sẻ với Science Focus. "Nhưng chúng ta vẫn chưa hiểu chính xác nó là gì".

Theo giả thuyết phổ biến, năng lượng tối gắn liền với một "hằng số vũ trụ học" - một dạng năng lượng tồn tại ngay cả trong khoảng không trống rỗng. Tuy nhiên, dữ liệu mới từ hai dự án khảo sát lớn - DES (Dark Energy Survey) và DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) cho thấy năng lượng tối có thể đã thay đổi theo thời gian, nghĩa là hằng số vũ trụ học có thể không hằng số chút nào.

Dựa trên những dữ liệu đó, nhóm của giáo sư Tye đã đưa ra một lý thuyết táo bạo: có thể năng lượng tối không phải đến từ hằng số vũ trụ học, mà từ một loại hạt giả thuyết được gọi là axion - những hạt siêu nhẹ chỉ tương tác với vật chất thông qua lực hấp dẫn, khiến chúng gần như không thể phát hiện trực tiếp.

Theo mô hình của nhóm, trong thời kỳ đầu của Vũ trụ, các axion chiếm ưu thế và góp phần đẩy không gian giãn nở nhanh chóng. Nhưng khi không gian ngày càng mở rộng, axion bị phân tán, khiến tác động của chúng yếu dần đi. Khi đó, hằng số vũ trụ học vốn có giá trị âm, theo giả thuyết của nhóm sẽ "phản công", kéo mọi thứ lại gần nhau.

Tiến sĩ Hoang Nhan từ Trung tâm Vật lý Quốc tế Donostia, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: "Theo mô hình của chúng tôi, Vũ trụ vẫn đang trong giai đoạn giãn nở tăng tốc. Tuy nhiên, quá trình này sẽ chậm lại trong khoảng 11 tỷ năm nữa, trước khi bắt đầu co lại. Khoảng tám tỷ năm sau đó, có thể xảy ra một Vụ Co Lớn".

Sau khi Vũ trụ co về một điểm cực nhỏ, điều gì sẽ xảy ra tiếp theo là câu hỏi chưa ai có thể trả lời. Các nhà vật lý lý thuyết cho rằng ở giai đoạn này, cả hai yếu tố lực hấp dẫn và cơ học lượng tử cùng chi phối, nhưng đến nay vẫn chưa có lý thuyết nào thống nhất được cả hai. Nếu điều đó chưa được giải quyết, không ai có thể mô tả chính xác điều gì diễn ra sau khi Vũ trụ sụp đổ hoàn toàn.

Tuy nhiên, có một giả thuyết khiến các nhà vũ trụ học đặc biệt hứng thú: Vụ Nảy Lớn (Big Bounce). Theo đó, mỗi khi Vũ trụ sụp đổ về một điểm, năng lượng cực đại sinh ra lại kích hoạt một vụ nổ mới và Vũ trụ tái sinh, khởi đầu một chu kỳ mới gồm giãn nở, co lại, rồi nổ tung lần nữa, lặp đi lặp lại mãi mãi.

Nếu điều này đúng, Vụ Nổ Lớn mà chúng ta biết chỉ là một trong vô số "nhịp thở" của vũ trụ và điều gì xảy ra trước Vụ Nổ Lớn cũng chỉ là một chu kỳ trước đó, của một vũ trụ từng tồn tại.

"Chúng ta có thể dự đoán khi nào Vũ trụ kết thúc," giáo sư Tye nói, "nhưng không thể biết chính xác nó sẽ kết thúc bằng cách nào. Cũng giống như bạn có thể đoán tuổi thọ của một người mà không thể dự đoán cái chết của họ sẽ diễn ra ra sao".

Dù những dự đoán này vẫn còn nằm trong phạm vi lý thuyết, chúng mở ra một viễn cảnh vừa kỳ lạ vừa hấp dẫn: có thể, vũ trụ không hề có điểm khởi đầu hay kết thúc, mà chỉ đang chuyển mình trong một vòng tuần hoàn vĩnh cửu, nơi mỗi "cái chết" chỉ là tiền đề cho một "sự sống" mới bắt đầu.

Và biết đâu, ngay trong khoảnh khắc bạn đang đọc những dòng này, Vũ trụ của chúng ta cũng chỉ là một nhịp đập nhỏ trong bản giao hưởng vô tận của thời gian và không gian.