Vũ Trụ Giãn Nở Theo Hướng Nào
Có lẽ tất cả chúng ta đều biết vũ trụ đang giãn nở, thậm chí tốc độ giãn nở còn nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng.
Nhưng vũ trụ giãn nở "về phía nào?" - Trái Đất với các thiên hà ở hướng nào đang rời xa nhau ?
1/ Lược sử về việc khám phá ra vũ trụ đang giãn nở.
Việc phát hiện ra vũ trụ đang giãn nở là một trong những cuộc cách mạng trí tuệ vĩ đại của thế kỷ 20. Nếu vũ trụ tĩnh ( nhận định của Newton ) hoặc nó giãn nở quá chậm thì sớm hay muộn rồi cũng sẽ co lại dưới ảnh hưởng của lực hấp dẫn.
Tuy nhiên, nếu vũ trụ giãn nở với vận tốc nhanh hơn một vận tốc giới hạn nào đó, thì lực hấp dẫn sẽ không bao giờ đủ mạnh để làm dừng nó lại và vũ trụ sẽ tiếp tục giãn nở mãi mãi.
Điều này cũng tương tự như khi chúng ta phóng một tên lửa lên không trung từ mặt đất. Nếu nó có vận tốc nhỏ thì lực hấp dẫn cuối cùng sẽ làm nó dừng lại và bắt đầu rơi xuống. Ngược lại, nếu tên lửa có vận tốc lớn hơn một vận tốc tới hạn nào đó (khoảng bảy dặm trong một giây), thì lực hấp dẫn sẽ không còn đủ mạnh để kéo nó lại nữa, và nó sẽ tiếp tục rời xa trái đất mãi mãi.
Tại sao quả bóng không bay ra ngoài không gian?
Tính chất đó của vũ trụ lẽ ra hoàn toàn có thể được tiên đoán từ lý thuyết hấp dẫn của Newton ở bất kỳ thời điểm nào của thế kỷ 19, 18, thậm chí ở cuối thế kỷ 16. Nhưng vì niềm tin vào vũ trụ tĩnh quá mạnh tới mức nó vẫn còn dai dẳng cho tới đầu thế kỷ 20.
Thậm chí ngay cả Einstein, khi xây dựng thuyết tương đối rộng vào năm 1915, cũng đinh ninh rằng vũ trụ cần phải là tĩnh. Vì thế ông đã phải sửa đổi lý thuyết của mình để điều đó có thể xảy ra, bằng cách đưa vào những phương trình của mình cái được gọi là "hằng số vũ trụ".
Và trong khi Einstein và các nhà vật lý khác tìm mọi cách để lảng tránh sự tiên đoán về một vũ trụ giãn nở, thì Friedmann đã chấp nhận và bắt tay vào giải thích nó.
Friedmann đã đưa ra giả thiết rất đơn giản về vũ trụ: nếu vũ trụ tĩnh ,nó sẽ phải đồng nhất theo mọi hướng mà chúng ta quan sát, hoặc bất kể vị trí quan sát ở đâu. Thực tế, vào năm 1922, ít năm trước phát minh của Hubble, Friedmann đã tiên đoán chính xác điều mà Hubble tìm ra!
2/ Phát kiến tiên phong mở đường cho sự khám phá của Hubble.
Năm 1965, hai nhà vật lý Mỹ làm việc ở phòng thí nghiệm của hãng Bell Telephone ở New Jersey là Arno Penzias và Robert Wilson đang tiến hành trắc nghiệm một máy dò sóng cực ngắn rất nhạy. (Sóng cực ngắn cũng giống như ánh sáng nhưng với tần số chỉ cỡ 10 ngàn triệu sóng trong 1 giây).
Robert Wilson (trái) và Arno Penzias đứng gần ăng-ten mà họ dùng để phát hiện bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Ảnh: NPR.
Penzias và Wilson rất băn khoăn khi họ phát hiện ra rằng máy dò của họ đã ghi được quá nhiều tiếng ồn (background noise) hơn mức cần thiết. Tiếng ồn này dường như không đến theo một phương đặc biệt nào. Đầu tiên họ phát hiện có phân chim trong máy, sau đó họ đã kiểm tra mọi khả năng có thể hỏng hóc, nhưng tất cả đều bị loại trừ.
Tiếng ồn thái quá ở đây lại như nhau theo mọi phương mà họ hướng đầu dò tới và như vậy nó phải tới từ bên ngoài khí quyển. Tiếng ồn này cũng như nhau cả ngày lẫn đêm trong suốt cả năm bất kể trái đất vẫn quay quanh trục của nó và quay quanh mặt trời. Điều này chứng tỏ bức xạ phải tới từ bên ngoài hệ mặt trời, thậm chí từ ngoài cả thiên hà chúng ta, vì nếu không nó sẽ thay đổi khi chuyển động của trái đất làm cho máy dò hướng theo những hướng khác nhau.
Thực tế, chúng ta biết rằng bức xạ đó tới được chúng ta đã phải đi qua phần lớn vùng vũ trụ quan sát được và vì nó như nhau theo các phương khác nhau nên vũ trụ cũng cần phải như nhau theo mọi phương, nếu chỉ xét trên qui mô lớn.
Bây giờ thì chúng ta đã biết rằng bất kể nhìn theo phương nào, thì tiếng ồn đó cũng chỉ biến thiên không bao giờ vượt quá một phần vạn. Như vậy, Penzias và Wilson hoàn toàn tình cờ đã phát hiện được một bằng chứng khá chính xác khẳng định giả thiết của Friedmann.
Và Bức xạ nền vi sóng vũ trụ CMB đã được tìm ra từ đây.
3/ Trái Đất là trung tâm của Vũ Trụ ?
Thoạt nhìn thì bằng chứng của Penzias và Wilson - đã xác nhận rằng vũ trụ nhìn như nhau theo bất kỳ hướng nào mà chúng ta quan sát - từ đó dẫn đến ý nghĩ cho rằng có một cái gì đó đặc biệt về vị trí của chúng ta trong vũ trụ.
Chẳng nhẽ Galileo đã sai ?
Thậm chí, có thể nghĩ rằng nếu chúng ta quan sát thấy tất cả các thiên hà khác đang chuyển động ra xa chúng ta, thì chúng ta cần phải ở trung tâm của vũ trụ.
Tuy nhiên, sự thực không phải như vậy : khi vũ trụ được quan sát từ bất kỳ một thiên hà nào khác, nó cũng giãn nở như nhau theo mọi hướng.
Giả sử không thời gian như một quả bóng bay, chúng ta hãy lấy chiếc bút và vẽ các thiên hà lên trên đó, sau đó thổi quả bóng bay đó to lên, tương tự như việc vũ trụ đang giãn nở. Và ta thấy điều kì diệu là các thiên hà được vẽ thì đều rời xa nhau cho dù lấy bất cứ thiên hà nào làm mốc quan sát.
Nên về cơ bản, vũ trụ đang giãn nở theo mọi hướng tính từ điểm khởi đầu là BigBang tương tự như một quả bóng đang được thổi căng.
Tổng hợp : Trường Vũ
Nguồn : Lược sử thời gian - Voer
