Lý thuyết cuối cùng của giáo sư Stephen Hawking về nguồn gốc của vũ trụ do ông hợp tác với giáo sư Thomas Hertog ở Đại học Katholieke Leuven (KU Leuven) đã được công bố mới đây trên Tạp chí High Energy Physics (Vật lý năng lượng cao).
Nghiên cứu cuối cùng này đã được gửi đi đề nghị xuất bản từ đầu năm nay, trước khi Hawking qua đời. Nó dựa trên thuyết dây và dự đoán rằng vũ trụ là hữu hạn và đơn giản hơn nhiều so với nhiều lý thuyết hiện hành về vụ nổ lớn Big Bang.
Giáo sư Hertog thực hiện nghiên cứu này với sự hỗ trợ từ Hội đồng nghiên cứu châu Âu. Ông đã công bố lý thuyết mới này lần đầu tiên tại một hội nghị tổ chức tại Đại học Cambridge hồi tháng 7 năm ngoái nhân dịp kỷ niệm sinh nhật lần thứ 75 của Stephen Hawking. Các lý thuyết hiện đại về Big Bang dự đoán rằng vùng vũ trụ địa phương của chúng ta sinh ra từ một sự bùng nổ lạm phát diễn ra trong thời gian ngắn - nói cách khác, một phần nhỏ của giây sau Big Bang, vũ trụ đã mở rộng với tốc độ theo cấp số mũ. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học tin rằng một khi lạm phát bắt đầu, có những khu vực mà ở đó nó không bao giờ dừng lại. Có thể có các hiệu ứng lượng tử giữ cho lạm phát tiếp diễn vĩnh viễn ở một số khu vực của vũ trụ, và vì thế về tổng thể thì sự lạm phát là vĩnh cửu.
Phần quan sát được của vũ trụ chúng ta, theo đó, là một khu vực gói gọn và thân thiện cho sự sống - nơi mà sự lạm phát đã dừng lại và các sao và thiên hà đã hình thành.
"Lý thuyết thông thường về lạm phát vĩnh cửu dự đoán rằng về tổng thể, vũ trụ của chúng ta giống như một phân dạng vô hạn vỡi những vũ trụ nhỏ khác nhau, chia cắt bởi một đại dương lạm phát," Hawking nói trong một cuộc phỏng vấn vào mùa thu năm ngoái. "Các định luật cục bộ của vật lý và hóa học có thể khác nhau giữa các vũ trụ nhỏ, và cùng nhau tạo thành đa vũ trụ. Nhưng tôi chưa bao giờ là fan của thuyết đa vũ trụ. Nếu qui mô của các vũ trụ khác nhau trong đa vũ trụ quá lớn hoặc vô hạn thì lý thuyết không bao giờ có thể được kiểm tra."
Trong bài báo mới xuất bản, Hawking và Hertog cho biết việc giải thích sự lạm phát vĩnh cửu theo thuyết Big Bang là sai.
"Vấn đề với cách giải thích thông thường về lạm phát vĩnh cửu là nó giả định một vũ trụ nền phát triển theo thuyết tương đối rộng của Einstein và coi các hiệu ứng lượng tử là những thăng giáng nhỏ quanh đó," Hertog nói. "Tuy nhiên, cơ chế của lạm phát vĩnh cửu dọn sạch sự chia cách giữa vật lý cổ điển và vật lý lượng tử. Kết quả là, lý thuyết của Einstein bị sụp đổ trong lạm phát vĩnh cửu."
"Chúng tôi dự đoán rằng vũ trụ của chúng ta ở qui mô lớn tương đối trơn tru và về tổng quát là vô tận. Vì vậy, nó không phải một cấu trúc phân dạng," Hawking nói.
Lý thuyết về lạm phát vĩnh cửu mà Hawking và Hertog phát triển dự trên thuyết dây: một nhánh của vật lý lý thuyết cố gắng dung hòa hấp dẫn và thuyết tương đối rộng với vật lý lượng tử mà ý tưởng cơ bản là mô tả những thành phần cơ bản của vũ trụ như những dây dao động cực nhỏ. Cách tiếp cận của họ sử dụng mô hình 3 chiều theo mô tả của thuyết dây, trong đó vũ trụ là một không gian 3 chiều lớn và phức tạp. Hawking và Hertog đã phát triển một biến thể của khái niệm không gian 3D để loại bỏ chiều thời gian khỏi lạm phát vĩnh cửu. Việc này cho phép họ mô tả lạm phát vĩnh cửu mà không phải dựa vào lý thuyết của Einstein.
Trong lý thuyết mới, lạm phát vĩnh cửu được đưa về trạng thái không có sự tham gia của thời gian, tức là ở bề mặt không gian vào ngay khởi điểm của thời gian.
"Khi chúng tôi lần theo tiến hóa cũa vũ trụ ngược thời gian, ở một điểm nào đó chúng tôi tới một ngưỡng của lạm phát vĩnh cửu, nơi mà khái niệm quen thuộc về thời gian của chúng ta chấm dứt theo mọi nghĩa," Hertog nói.
"Lý thuyết không biên giới" của Hawking trước đó đã dự đoán rằng nếu bạn đi ngược thời gian về khởi đầu của vũ trụ, thì vũ trụ co nhỏ và khép kín như một mặt cầu, nhưng lý thuyết mới này đưa ra một bước tiến xa hơn so với công trình cũ.
"Giờ đây chúng tôi nói rằng có một biên giới trong quá khứ của chúng ta," Hertog cho biết.
Hertog và Hawking đã sử dụng lý thuyết mới của họ để đưa ra những dự đoán đáng tin cậy hơn về cấu trúc tổng quát của vũ trụ.Họ dự đoán rằng vũ trụ hình thành từ lạm phát vĩnh cửu trên một biên quá khứ là hữu hạn và đơn giản hơn nhiều so với cấu trúc phân dạng vô hạn dự đoán bởi lý thuyết lạm phát vĩnh cửu cũ. Kết quả của họ, nếu như được xác nhận bởi những nghiên cứu tương lại, sẽ có ý nghĩa rất lớn đối với mô hình đa vũ trụ.
"Chúng tôi không thu hẹp xuống một vũ trụ duy nhất và đơn giản, mà những phát hiện của chúng tôi hạn chế đa vũ trụ xuống phạm vi nhỏ hơn nhiều của các vũ trụ khả dĩ," Hawking nói.
Việc đó khiến cho lý thuyết trở nên có khả năng dự đoán và kiểm chứng hơn.
Hertog hiện đang lên kế hoạch để nghiên cứu các tác động của lý thuyết mở trên các quy mô nhỏ hơn mà các kính thiên văn không gian hiện nay có thể quan sát. Ông tin rằng các sóng hấp dẫn nguyên thủy đã sinh ra từ sự tách biệt của vũ trụ với lạm phát vĩnh cửu là bằng chứng hứa hẹn nhất để kiểm tra mô hình này. Sự giãn nở của vũ trụ chúng ta kể từ khi hình thành đồng nghĩa với việc các sóng hấp dẫn phải có bước sóng rất dài, nằm ngoài phạm vi mà LIGO có thể phát hiện được. Nhưng chúng có thể được phát hiện bởi đài quan sát không gian LISA của châu Âu, hoặc thông qua các thí nghiệm đo nền vi sóng vũ trụ trong tương lai.
Bryan
Theo Science Daily
