Số phận của vũ trụ (Phần 1)
Số phận của Vũ trụ phụ thuộc vào các giá trị cạnh tranh nhau của tốc độ giãn nở và củ sự hút do hấp dẫn. Nếu mật độ trung bình của vật chất thấp, lực hấp dẫn yếu và Vũ trụ sẽ giãn nở mãi mãi; trái lại, nếu mật độ trung bình của vật chất cao thì Vụ trụ sẽ tái suy sụp để cuối cùng chập lại thành 1 điểm kì dị giống như vào lúc bắt đầu Vụ nổ lớn.
Hình học của Vũ trụ
Chúng ta không biết về hình học của Vũ trụ. Tới nay có 3 mô hình về Vũ trụ mà cách nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang tập trung vào. Trong không gian 2 chiều, Vũ trụ có thể được biểu diễn bởi 1 không gian phẳng, một không gian kiểu yên ngựa và không gian cầu. Vũ trụ phẳng giống như 1 không gian Euclid thông thường mà trong đó chúng ta sống. Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm A và B là đoạn thẳng nối 2 điểm này. Đường thẳng nối A và B không có giới hạn và dẫn tới vô hạn. Trong Vũ trụ kiểu yên ngựa, đường cong ngắn nhất nối A và B cũng dẫn tới vô hạn. Cả vũ trụ phẳng và Vụ trụ yên ngựa đều mở. Trong Vũ trụ cầu, khoảng cách ngắn nhất giữa A và B nằm trên vòng tròn lớn chứa A và B. Nếu chúng ta đi theo vòng tròn này, chúng ta sẽ gặp lại A và B, đây là Vũ trụ đóng
Hình học của Vụ trụ được xác định bởi vất chất chứa trong nó. Tuân theo các phương trình tương đối tổng quát của Einstein, chứa cả các số hạng năng lượng (mật độ, áp suất của vật chất ở mỗi điểm) và các số hạng phụ thuộc vào bán kính cóng (hấp dẫn) của Vũ Trụ. Các phương trình này cho phép chúng ta nghiên cứu sự tiến hoá của Vũ trụ như 1 hàm số của thời gian. Tuy nhiên, chúng chỉ có thể giải được trong khuôn khổ 1 số mô hình Vũ trụ đã được đơn giản hoá. Các mô hình này trong tính toán có 1 tham số R(t) là thừa số tỉ lệ, tỉ lệ với bán kính của Vũ trụ như là 1 hàm số của t. Các mô hình này giả định có 1 một vụ nổ nguyên thuỷ theo đúng lý thuyết Vụ nổ lớn. 1 trong những mô hình cơ bản nhất và đơn giản nhất của Vũ trụ học theo thuyết Vụ nổ lớn đã được đưa ra vào những năm 1920 bởi nhà Vũ trụ học người Nga tên là Alexander Friedmann. Mô hình này áp dụng định luật bảo toàn năng lượng (động năng và hấp dẫn) cho chuyển động của 1 vỏ vật chất đang nở cùng với Vũ trụ.
Sự tiến hoá của Vũ trụ theo 1 một hình Vũ trụ học. Vũ trụ mở giãn nở mãi mãi, trong khi đó Vũ trụ đóng có thể co lại (Vũ trụ giao động). Vũ trụ phẳng là 1 Vũ trụ trung gian và không bao giờ suy sụp
Trên giản đồ của Friedmann, biểu diễn R(t) như là 1 hàm số của thời gian, chúng ta có thể nghiên cứu sự tiến hoá của Vũ trụ theo hình học của nó. Trong 1 số trường hợp, R(t) tăng vô hạn theo thời gian, Vũ trụ giãn nở mãi mãi và mở. Trong 1 trường hợp khác, R(t) lúc đầu tăng theo thời gian nhưng sau đó giảm. Vũ trụ đóng kín. Vũ trụ này có thể bắt đầu 1 chu trình tái giãn nở và co lại khác và do nó dao động. Biên giới giữa Vũ trụ dóng và Vũ trụ mở có tốc độ giãn nở dần tới 0 song Vũ trụ này không bao giờ suy sụp. Nó tương ứng với mặt phẳng.
Đường cong từ t = 9 trở đi có tên khác là Vũ trụ dao động
Còn tiếp...
