Số phận của Vũ trụ (Phần 2)

Vũ trụ mở hay đóng?

Vũ trụ sẽ diễn biến như thế nào trong tương lai theo các kịch bản trên đây? Nếu chúng ta sống trong 1 Vũ trụ mở và do đó giãn nở mãi mãi thì các thiên hà sẽ dần dần tan rã, các ngôi sao cuối cùng sẽ tắt và toàn bộ Vũ trụ sẽ là 1 không gian cực kỳ lạnh, tối đen và trống rỗng toả ra vô hạn. Trái lại, nếu Vũ trụ đóng, sẽ có đủ vật chất để sản sinh ra một lực hấp dẫn có thể chống lại sự giãn nở và cuối cùng đảo ngược chuyển động thành 1 sự suy sụp. Vũ trụ sẽ đậm đặc hơn và ấm áp hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành những ngôi sao và thiên hà mới. Trong giai đoạn suy sụp, các thiên hà và các sao sẽ ngày càng gần lại nhau hơn và thường xuyên va chạm với nhau. Cuối cùng, Vũ trụ sẽ không là cái gì khác ngoài một khoảng không gian vô cùng nóng và nhỏ bé của vật chất bị nén rất mạnh. Pha cuối cùng này của Vũ trụ đóng thường được gọi là Vụ áp lớn (Big Squeeze). Nó tương tự như kì dị trước đây - Vụ nổ lớn (Big Bang). Ở giai đoạn này, Vũ trụ có thể bật trở lại và tiến triển từ kì dị thành một dãy chu trình. Một Vũ trụ dao động như vậy có thể tồn tại, ít nhất là trên lý thuyết, như đã được chỉ ra trên giản đồ của Friedmann. Trong bất kể trường hợp nào, cả hai kịch bản về số phận của Vũ trụ, mở hay đóng, đều không có lợi cho nhân loại. Song chúng sẽ chưa thể xảy ra trong hàng chục tỉ năm tới!

Tuổi của Vũ trụ

Lý thuyết Vụ nổ lớn không thể giải thích được điều gì đã xảy ra trước khi xảy ra Vụ nổ lớn và ngay lúc xảy ra Vụ nổ lớn, song nó có thể trả lời câu hỏi Vụ nổ lớn đã xuất hiện và tạo ra Vũ trụ cách đây bao lâu. Việc xác định tuổi của Vũ trụ phụ thuộc vào các mô hình của Vũ trụ.

Nếu chúng ta giả thiết có một tốc độ giãn nở không đổi thì tỉ số quan sát được D/v giữa khoảng cách và tốc độ dịch chuyển ra xa của các thiên hà biểu thị thời gian đã trôi qua kể từ khi bắt đầu sự giãn nở của Vũ trụ. Chúng ta có thể định nghĩa 1/H = D/v. Tham số 1/H là một gần đúng tốt về tuổi của 1 Vũ trụ mở, tiếp tục giãn nở mãi mãi. Tuổi của Vũ trụ phẳng bằng (2/3)x1/H. Giá trị của hằng số Hubble còn là vấn đề đang gây tranh cãi, nằm trong khoảng từ 50 đến 80 km/s/Mpc. Giá trị trung bình H = 65 km/s/Mpc dẫn đến tuổi của Vũ trụ trong khoảng từ 10 đến 15 tỉ năm, tùy thuộc vào mô hình.

Các phép đo độc lập về các đám sao hình cầu, được xem là các hệ sao lâu đời nhất trong Thiên Hà của chúng ta, cho giá trị ~ 13 tỉ năm đối với tuổi của các vật thể này. Kết quả này cho giá trị của H = 75 km/s/Mpc đối với Vũ trụ mở, nằm trong dải các giá trị có thể có của H. Các nhà thiên văn hi vọng rằng các phép đo chính xác hơn sẽ được thực hiện trong tương lai gần với 1 thế hệ các dụng cụ thiên văn mới. Các quan sát mới được tiến hành đối với 1 số sao biến quang Cepheid trong một số thiên hà ở gần nhờ Kính thiên văn Vũ trụ Hubble đã cho giá trị tuổi của Vũ trụ chỉ 10 tỉ năm. Giá trị này mâu thuẫn với ước tính về tuổi của vũ trụ dựa trên các đám hình cầu. Các quan sát với Kính thiên văn Vũ trụ Hubble về các thiên hà khác ở xa hơn có thể làm rõ hơn vấn đề này.

Để nắm được lịch sử vấn đề, chúng ta cần lưu ý rằng giá trị của hằng số Hubble do chính Hubble xác định là 540 km/s/Mpc, với giá trị này thì tuổi của Vũ trụ là 2 tỉ năm! Cần lưu ý rằng vào lúc đó, khoảng cách giữa các thiên hà không được xác định tốt và thường bị đánh giá bé hơn giá trị thực rất nhiều.