Đã thấy bí mật sâu kín thời khởi thủy của tạo hóa

“Điều quả không thể hiểu được ở vũ trụ là nó có thể hiểu được”

(Albert Einstein)

Tiếng vọng thuở hồng hoang

TS Nguyễn Trọng Hiền và Jamie Bock (Caltech/JPL) trò chuyện với Robert Wilson (phải) tại cuộc họp báo ở Harvard. Wilson là một trong hai người phát hiện ra bức xạ nền 50 năm trước - Ảnh: Ảnh: TS Nguyễn Trọng Hiền cung cấp

Hai năm trước, lần đầu tiên boson Higgs đã được con người nhìn thấy. Thế giới ăn mừng. Đó là hạt cơ bản cực kỳ nhỏ bé nhưng lại có nhiệm vụ “gia trì” cho mọi thứ vật chất thấy được trong vũ trụ để tồn tại, trong đó có bản thân chúng ta.

Giai điệu đó chưa dứt thì ngày 17-3-2014, nhóm nghiên cứu BICEP2 dưới sự lãnh đạo của giáo sư John Kovac tuyên bố rằng sóng hấp dẫn từ buổi ban sơ của lịch sử vũ trụ (chính xác: từ thời điểm 10-34 giây sau Big Bang (Vụ Nổ Lớn) - hãy tưởng tượng giây phút vi phân này!) đã được con người nhìn thấy!

Kinh ngạc và kỳ diệu thay! Đó là giai đoạn mà, theo thuyết Big Bang, vũ trụ từ một bào thai vô cùng nhỏ nhưng với một năng lượng cực lớn trong khoảnh khắc đã phát triển đột biến thành “lạm phát” và chuyển động với tốc độ hơn ánh sáng theo đủ mọi hướng.

● Làm sao con người có thể đứng trên quả đất bằng hạt bụi này giữa biển thiên hà trùng trùng điệp điệp lại có thể “nhìn thấy” những gì xảy ra ở lúc Big Bang cách đây 13,7 tỉ năm ánh sáng? Bức xạ của vũ trụ ban đầu, sau ngần ấy thời gian và khoảng đường, đã nhạt yếu đi nhiều và xoắn lại, nằm trong những mẫu vân bị phân cực của sóng viba vũ trụ, được biết dưới tên B-Mode. Vậy mà con người vẫn còn nhận ra được, giống như tìm được kim dưới đáy biển!

Cho đến nay, các nhà vật lý chỉ quan sát được bức xạ viba nền ở dạng sóng điện từ của vũ trụ từ thời điểm năm thứ 380.000, một trạng thái thật ra vẫn còn là “sơ sinh” của vũ trụ. Đó là giai đoạn vũ trụ tiếp tục giãn nở nhưng nguội dần để cho các nguyên tử hydro và helium hình thành và vật chất kết tinh lại thành sao, thiên hà. Do sự kết tinh đó, các đám mây bức xạ trở thành “quang đãng” hơn trong vũ trụ, và người ta có thể quan sát dễ dàng hơn.

Bức xạ nền này được quan sát - hết sức tình cờ - bởi hai nhà vật lý Mỹ Arno Penzias và Robert Wilson của phòng thí nghiệm Bell (Mỹ) 50 năm trước. Hai ông được tưởng thưởng giải Nobel sau đó. Tại cuộc họp báo ở Harvard, các nhà khoa học hàng đầu nói lên sự đồng tình của mình: khám phá sóng hấp dẫn ban sơ của nhóm nghiên cứu BICEP2 rất xứng đáng với giải Nobel.

Ai phát hiện ra sóng hấp dẫn đầu tiên? Đó là Albert Einstein, dựa trên các phương trình trường của thuyết tương đối rộng của ông. Theo ông, vật chất ở dạng khối lượng hay năng lượng gây ra độ cong của không - thời gian bốn chiều, làm cho nó không còn là hình học phẳng Euclid nữa, mà là phi-Euclid cong.

Nếu khối vật chất đó biến động, nó sẽ gây ra sóng của các độ cong và sóng đó truyền đi trong không - thời gian, giống một cô gái ngồi trên cầu đung đưa hai chân trên mặt nước gây ra các đợt sóng. Các biến động của lạm phát đã gây ra những sóng hấp dẫn được truyền đi trong không - thời gian. Các sóng này sẽ tạo nên sự phân cực trong bức xạ nền, và nhóm BICEP2 đã tìm thấy dấu ấn của chúng trong đó.

Lịch sử vũ trụ học có ba thuyết khác nhau. Thuyết đầu tiên là thuyết Big Bang của Georges Lemaître và George Gamov những năm 1920 dựa trên thuyết tương đối rộng Einstein. Thuyết thứ hai của Fred Hoyle về một thế giới “tĩnh” mà TS Nguyễn Trọng Hiền gọi là “trạng thái vĩnh hằng”, không tiến hóa.

Hoyle từ chối thuyết của Lemaître và Gamov mà ông gọi nó bằng cái tên “Big Bang”. Thuyết này chiếm được cảm tình của nhà thờ. Thuyết thứ ba của nhà vũ trụ học Cambridge Neil Turok là vũ trụ trải qua một chuỗi Big Bang không có khởi đầu và kết thúc, do đó không có sóng ban sơ. Cho nên khám phá sóng hấp dẫn ban sơ là một chứng cứ mạnh mẽ nhất cho thuyết Big Bang.

Với khám phá sóng hấp dẫn, Stephen Hawking cho rằng mình đã “thắng cược” trước Turok. Mới năm rồi ông thua cược 100 USD vì ông cá rằng không thể nào có cái gọi là hạt Higgs.

● Vật lý từ thế kỷ 20 đầy những điều kỳ diệu, và còn tiếp tục. Khoảng một thế kỷ trước (1919), thế giới kinh ngạc khi các đoàn thám hiểm Anh công bố ánh sáng trên trời bị lệch đi trong vùng mặt trời bằng đúng góc lệch mà Einstein tiên đoán theo thuyết tương đối rộng!

Tòa nhà vật lý Newton lung lay, và Einstein qua đêm đã trở thành người “anh hùng toàn cầu”. Khoa học đã lần lượt vén những bức màn huyền bí che mắt, từng lớp, lớp thô trước, lớp tinh sau, tạo ra những “cảm xúc vũ trụ” thi vị. “Chúng ta không là gì cả” - như nhà thơ Đức F. Hölderlin nói - nhưng những gì chúng ta đi tìm là tất cả”.

Khám phá sóng hấp dẫn diễn ra trước thềm kỷ niệm 100 năm thuyết tương đối rộng vào năm 2015 tới. Đối với cộng đồng vật lý Việt Nam, khám phá này càng làm tăng thêm cung bậc cảm hứng khi một thành viên của nhóm BICEP2 là người Việt Nam - TS Nguyễn Trọng Hiền của Đại học Caltech. Xin chúc mừng anh.

---------------------------

* Tin bài liên quan:

• Nguyễn Trọng Hiền và tiếng khóc trên đất Mỹ
• Sóng hấp dẫn sau vụ nổ Big Bang: phát hiện chấn động
• Phát hiện sóng hấp dẫn sau vụ nổ Big Bang