Trước khi ra đi, nhà vũ trụ học nổi tiếng Stephen Hawking đã gửi một bài viết mà ông thực hiện cùng đồng tác giả Thomas Hertog tới một tạp chí chưa được nêu rõ. Tác phẩm khoa học cuối cùng của Hawking đề cập tới nhiều vấn đề về đa vũ trụ và thuyết lạm phát vũ trụ. Mặc dù hiện nay bài báo này mới chỉ ở dạng đợi in - nghĩa là nó còn đang được kiểm duyệt - nó đã nhận được rất nhiều sự chú ý.
Stephen Hawking đã viết rất nhiều bài báo. Đa số các bài báo đó đều nhắc tới những chủ đề hàng đầu mà ông quan tâm giống như bài báo cuối cùng này, một số trong đó đã nhận được sự chú ý vô cùng lớn. Bài báo cuối cùng của Hawking được xác nhận là đưa ra những dự đoán về kết thúc của vũ trụ, và có thể chứng minh sự tồn tại của đa vũ trụ. Nhưng cũng cần nhớ rằng những gì Hawking nghĩ và viết ra đều rất trừu tượng và về cơ bản chúng mang tính lý thuyết. Ngay cả bức xạ Hawking dù đã rất nổi tiếng, thực sự thì các nhà khoa học chưa từng xác nhận được nó trên thực tế, và vì vậy để đưa ra kết luận chắc là điều khá khó khăn. Giống như nhiều chủ để khác trong vật lý lý thuyết, những ý tưởng của Stephen Hawking đều mang tính căn bản, nhưng lại xa vời đến mức chúng ta thường không thể kiểm chứng chúng.
Và ngay cả với một trong những bộ não xuất sắc nhất thời đại của chúng ta, các tính toán vẫn là cực kỳ phức tạp. Hawking và Hertog mô tả lý thuyết của họ là một "mô hình đồ chơi", hay dễ hiểu hơn là họ phải đơn giản hóa thế giới thực để các tính toán có thể thực hiện dễ dàng hơn. Một mô hình như vậy không phản ánh hoàn toàn y nguyên vũ trụ như chúng ta thấy.
Chẳng ai nói rằng vật lý lý thuyết là dễ dàng cả!
Đa vũ trụ
Bài báo cuối cùng của Stephen Hawking có tiêu đề là "Sự tồn tại trơn tru của lạm phát vĩnh cửu?". Nó nhắm đến giải quyết ý tưởng về đa vũ trụ - một tập hợp lớn gồm nhiều vũ trụ được mô phỏng là cùng tồn tại và đang tách ra khỏi nhau xa đến không tưởng tượng nổi. Theo lý thuyết, việc này là do sự lạm phát. Trong thời gian chỉ một phần của giây ngay sau khi vũ trụ của chúng ta ra đời, không-thời gian nở rộng ra với tốc độ khủng khiếp. Nhờ quá trình đó, những thăng giáng lượng tử nhỏ nhất đã phồng to thành những kết cấu qui mô lớn của vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay, và đó là một bằng chứng cho thấy tính khả dĩ của lý thuyết.
Theo một biến thể của lý thuyết mà Hawking và Hertog nghiên cứu, được gọi là sự lạm phát vĩnh cửu, sự lạm phát này tiếp diễn mãi mãi ở hầu như mọi nơi, nhưng bị dừng lại ở một số điểm. Nơi nó dừng lại, các vũ trụ hình thành - vũ trụ của chúng ta và những vũ trụ khác, trong một quá trình không bao giờ kết thúc. Trong những vũ trụ này, các định luật vật lý rất khác nhau, nghĩa là những hằng số mà chúng ta biết, chẳng hạn như vận tốc ánh sáng, sẽ khác nhau giữa các vũ trụ.
Will Kinney - một giáo sư vật lý ở trường Nghệ thuật và Khoa học thuộc Đại học Buffalo nói: "Lạm phát vĩnh cửu tạo ra một lượng vô hạn các vũ trụ, những vũ trụ nhỏ dạng bong bóng, ở khắp mọi nơi trong không gian lạm phát giữa chúng."
Nhưng số lượng vũ trụ vô hạn đặt ra một vấn đề cho các nhà vật lý. Một trong những câu hỏi cơ bản nhất trong khoa học là tại sao vũ trụ của chúng ta lại như thế này. Tại sao vận tốc ánh sáng lại là khoảng 300.000 km/s? Việc xác định xác xuất khiến cho vũ trụ như hiện nay giúp các nhà khoa học tìm ra câu trả lời. Nhưng tìm kiếm các xác xuất trong sự vô tận là một bài toán vô nghĩa.
Điều mà Hawking và Hertog đã làm là sử dụng rất nhiều mô hình toán học phức tạp để đề xuất ra một cách cho phép chúng ta xác định những ranh giới mà ở đó các vũ trụ có thể tồn tại.
Clifford Johnson - giáo sư khoa Vật lý và Thiên văn học Đại học Nam California nói: "Nó giống như bạn có một bồn tắm đầy ắp với rất rất nhiều loại bong bóng xà phòng khác nhau và mỗi bong bóng là một vũ trụ, và có rất nhiều bong bóng như vậy với hình dạng khác nhau. Và điều mà mô hình này gợi ý là một cơ chế mà qua đó có lẽ sự đa dạng của các bong bóng có thể tồn tại không lớn như bạn từng nghĩ."
Katie Mack - một giáo sư vật lý tại Đại học Bắc Carolina bổ sung rằng những vũ trụ này có thể có nhiều điểm giống chúng ta.
"Dự đoán này đưa ra số lượng vũ trụ nhỏ hơn và chúng có thể giống nhau nhiều hơn," bà nói. "Bạn có thể vẽ một đường thẳng từ vũ trụ sơ khai cho tới vũ trụ mà chúng ta biết ngày nay."
Mang lại sự rõ ràng
Nếu những loại vũ trụ có thể tồn tại là hữu hạn, các nhà khoa học có thể bắt đầu hiểu xem tại sao và như thế nào mà vũ trụ của chúng ta lại như chúng ta đang thấy nó ngày nay. Bài báo của Hawking không cho chúng ta biết chính xác những vũ trụ như thế nào có thể tồn tại, ông cũng không chứng minh một cách dứt khoát lý thuyết về đa vũ trụ và lạm phát vĩnh cửu.
Như Kinney nhấn mạnh, Hawking và Hertog thậm chí không gợi ý bất cứ phương pháp nào mà chúng ta có thể sử dụng để tìm ra bằng chứng của đa vũ trụ. Điều đó có nghĩa là tới lúc này, lý thuyết của họ tạm thời vẫn không thể được kiểm nghiệm.
Hai tác giả dựa trên một thứ gọi là nguyên lý hình học ba chiều để thực hiện nghiên cứu của họ. Đó là một cách để dung hòa cơ học lượng tử với hấp dẫn - vật lý về thứ rất lớn và thứ rất nhỏ. Nguyên lý hình học ba chiều khẳng định rằng mọi thông tin trong một thể tích không gian được chứa trong giới hạn của chính thể tích đó. Để thực hiện các phép tính dễ dàng hơn, họ đã đơn gian hóa không gian 3D thành 2D để phục vụ nghiên cứu.
Dường như Hawking vẫn còn làm việc với những lý thuyết của mình, Chỉ vài tuần trước khi qua đời, ông đã gửi đi một bản mới với một số thay đổi so với bài báo ban đầu. Đồng tác giả Hertog chắc chắn sẽ tiếp tục công việc tinh chỉnh thêm mô hình lý thuyết này.
Bài báo cuối cùng của Hawking là một giả thuyết hấp dẫn về vũ trụ của chúng ta trên qui mô lớn. Nó có thể không định hình lại cái nhìn của chúng ta về vũ trụ - ít nhất là chưa - nhưng nó bổ sung thêm cho chúng ta sức mạnh của trí tuệ. Có lẽ đó là điều mà Stephen Hawking mong muốn.
Dịch từ bản gốc ở Discover Magazine
Độc giả có thể đọc chi tiết bài báo của Hawking và Hertog (tiếng Anh) tại địa chỉ sau: https://arxiv.org/pdf/1707.07702.pdf
