Sai lầm lớn nhất của Einstein

Năng lượng tối đã làm sống lại hằng số vũ trụ từng bị Einstein vứt bỏ và thay đổi hoàn toàn cách chúng ta hiểu về vũ trụ.

Vào năm 1917, nhà vật lý thiên tài Albert Einstein hoàn thành thuyết tương đối rộng, bộ công thức đã thay đổi hoàn toàn cách nhân loại hiểu về lực hấp dẫn. Ngay sau đó, ông áp dụng các công thức này vào một câu hỏi lớn hơn rất nhiều: vũ trụ của chúng ta thay đổi như thế nào theo thời gian.

Lực hấp dẫn là điểm khởi đầu tự nhiên nhất. Vũ trụ xét về tổng thể thì trung hòa về điện, nên lực điện từ không thể giải thích được các hiện tượng xảy ra trên quy mô khổng lồ của vũ trụ. Vào thời điểm đó, Einstein cũng chưa hề biết gì về lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu, vì thực tế là không ai biết cả, và dù sao thì các lực này cũng chỉ hoạt động ở khoảng cách cực kỳ nhỏ.

Chính vì vậy, ngành nghiên cứu vũ trụ bắt đầu từ lực hấp dẫn. Khi các nhà khoa học gom tất cả vật chất và năng lượng lại thành một thực thể gọi là vũ trụ, họ dùng các phương trình của Einstein để tính xem nó sẽ phát triển ra sao. Kết quả thu được khiến chính ông phải bất ngờ. Thuyết tương đối rộng cho thấy một vũ trụ luôn vận động, có thể đang phình to ra hoặc co lại. Thế nhưng, quan điểm khoa học phổ biến thời bấy giờ lại cho rằng vũ trụ đứng yên và mãi mãi không thay đổi.

Einstein ép vũ trụ phải đứng yên

Thay vì chấp nhận kết quả đúng như công thức chỉ ra, Einstein lại tự tay sửa đổi chúng để khớp với những quan sát và suy nghĩ chung của thời đại mình.

Các phương trình của Einstein đã tiết lộ rằng vũ trụ nên tiến hóa chứ không phải đứng yên, điều này đã thúc đẩy ông đưa ra hằng số vũ trụ để duy trì hình ảnh vũ trụ được chấp nhận rộng rãi.

Chỉ vài năm sau, nhà thiên văn học Edwin Hubble phát hiện ra sự thật là vũ trụ thực ra đang giãn nở. Cùng lúc đó, các nhà lý thuyết khác như nhà toán học người Nga Alexander Friedmann đã tin tưởng dùng nguyên vẹn các phương trình của Einstein và đặt nền móng lý thuyết cho lý thuyết Vụ Nổ Lớn. Về phần Einstein, sau này ông đã phải thừa nhận với bạn bè rằng việc tự ý thêm hằng số vũ trụ học vào công thức là sai lầm lớn nhất đời mình.

Sự chậm lại biến thành sự tăng tốc

Hãy cùng nhảy cóc đến năm 1998. Hai nhóm nhà thiên văn học bắt đầu cuộc tranh luận kéo dài nhiều thập kỷ nhằm tìm ra lượng vật chất thực sự có trong vũ trụ. Một số quan sát cho thấy vũ trụ gần như chẳng có mấy vật chất, trong khi các quan sát khác lại bảo có rất nhiều. Vũ trụ đang giãn nở, nhưng lượng vật chất bên trong nó đáng lẽ phải làm tốc độ giãn nở đó chậm lại. Bằng cách đo mức độ giảm tốc này, họ hy vọng sẽ tính ra được lượng vật chất và chấm dứt cuộc tranh luận.

Họ đã đo được, nhưng kết quả lại hoàn toàn khác dự đoán. Thay vì chậm lại, vũ trụ lại đang giãn nở nhanh hơn, hay nói cách khác là tăng tốc. Lượng vật chất trong vũ trụ quả thực rất ít, và ngay cả chút ít vật chất đó cũng không đủ sức để kìm hãm sự giãn nở.

Để giải thích cho hiện tượng tăng tốc này, cách đơn giản nhất chính là lôi trở lại hằng số vũ trụ học của Einstein. Đây là một thứ lực đẩy ngầm tồn tại sẵn khắp vũ trụ. Nhiều thập kỷ sau khi Einstein tự tay xóa bỏ sai lầm của mình, con số ấy đã sống lại đầy mạnh mẽ để trở thành lời giải thích hợp lý nhất cho các dữ liệu thực tế.

Năng lượng tối thay thế mô hình cũ

Bước sang thập niên 1980 và 1990, các nhà khoa học đã xây dựng một bộ khung lý thuyết chi tiết mang cái tên khá kêu là mô hình chuẩn của vũ trụ học. Phát hiện mới về việc vũ trụ đang giãn nở nhanh dần đã khiến mô hình quen thuộc này trở nên lỗi thời.

Thay thế cho nó là mô hình tiên tiến nhất hiện nay để giải thích sự tiến hóa của vũ trụ kể từ sau Vụ Nổ Lớn, gọi là vũ trụ học LCDM. Trong tên gọi này, chữ Lambda đại diện cho hằng số vũ trụ học, thường được hiểu gắn liền với năng lượng tối, loại năng lượng bí ẩn đang đẩy mọi thứ ra xa nhau. Còn chữ CDM là viết tắt của vật chất tối lạnh, loại vật chất không phát sáng, không tương tác với ánh sáng nhưng chiếm phần lớn khối lượng của mọi thiên hà. Vì vật chất tối là một chủ đề hoàn toàn khác, chúng ta chỉ tập trung vào chữ Lambda.

Một mô hình thành công vẫn có thể sụp đổ

Mô hình LCDM hiện nay đạt được những thành công vô cùng lớn. Đây là một mô hình tương đối gọn gàng, chỉ gồm vài thông số tự do và một số giả định đặt trên nền tảng thuyết tương đối rộng. Nhờ mô hình này, chúng ta giải thích được vô số điều về vũ trụ như lịch sử giãn nở, bức xạ nền vũ trụ, sự hình thành các cấu trúc lớn và sự phát triển của các thiên hà. Có thể nói đây là một trong những lý thuyết được nghiên cứu và kiểm chứng kỹ lưỡng nhất trong toàn bộ lịch sử khoa học.

Thế nhưng, bất chấp sự thành công đó, nó gần như chắc chắn vẫn là một lý thuyết sai lệch cần phải sửa đổi trong tương lai.

Nguồn: Scitechdaily