Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà thiên văn học vẫn tin rằng vật chất tối và năng lượng tối chiếm phần lớn vũ trụ. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đây cho thấy chúng có thể không hề tồn tại. Thay vào đó, những gì chúng ta nhận thức là vật chất tối và năng lượng tối có thể chỉ đơn giản là hệ quả của việc các lực tự nhiên trong vũ trụ đang dần suy yếu theo thời gian khi vũ trụ già đi.
Dẫn đầu nghiên cứu là Rajendra Gupta, giáo sư kiêm nhiệm tại Khoa Vật lý của Đại học Ottawa. Nghiên cứu này cho rằng nếu cường độ cơ bản của các lực tự nhiên (như lực hấp dẫn) thay đổi chậm theo thời gian và không gian, chúng có thể giải thích các hiện tượng kỳ lạ mà chúng ta quan sát được - như cách các thiên hà tiến hóa, quay, và cách mà vũ trụ giãn nở.
Nghiên cứu có tiêu đề “Testing CCC+TL Cosmology with Galaxy Rotation Curves” (Tạm dịch: Kiểm tra Vũ trụ học luân hồi và Vũ trụ học ánh sáng già bằng đường cong quay thiên hà) được công bố trên tạp chí Galaxies.
Thách thức các khái niệm đã được thiết lập
“Các lực của vũ trụ thực ra đang yếu đi trung bình khi vũ trụ giãn nở,” Giáo sư Gupta giải thích. “Sự suy yếu này tạo cảm giác như có một lực đẩy bí ẩn đang làm vũ trụ giãn nở nhanh hơn (vốn được gọi là năng lượng tối). Tuy nhiên, ở quy mô của các thiên hà và cụm thiên hà, sự biến đổi của các lực này trong không gian bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn dẫn đến lực hấp dẫn bổ sung (vốn được cho là do vật chất tối). Nhưng những điều đó có thể chỉ là ảo ảnh, phát sinh từ sự thay đổi của các hằng số xác định cường độ của các lực.”
Ông nói thêm: “Có hai hiện tượng rất khác nhau cần đến vật chất tối và năng lượng tối để giải thích: Hiện tượng thứ nhất ở quy mô vũ trụ học, tức là quy mô lớn hơn 600 triệu năm ánh sáng, với giả định rằng vũ trụ là đồng nhất và đẳng hướng. Hiện tượng thứ hai ở quy mô vật lý thiên văn, tức là quy mô nhỏ hơn, nơi vũ trụ rất không đồng đều và phụ thuộc hướng. Trong mô hình chuẩn, hai trường hợp này cần các phương trình khác nhau để giải thích các quan sát liên quan tới vật chất tối và năng lượng tối. Mô hình của chúng tôi là mô hình duy nhất giải thích cả hai bằng cùng một phương trình, mà không cần đến vật chất tối hay năng lượng tối.”
“Điều thực sự thú vị là cách tiếp cận mới này cho phép chúng ta giải thích những gì quan sát được trên bầu trời: chuyển động quay của thiên hà, sự kết tụ của thiên hà, và thậm chí cả cách ánh sáng bị bẻ cong khi đi qua các vật thể có khối lượng lớn; mà không cần tưởng tượng rằng có thứ gì đó đang ẩn giấu ngoài kia. Tất cả chỉ là hệ quả của việc các hằng số tự nhiên thay đổi khi vũ trụ già đi và trở nên không đồng nhất.”
Mô hình mới được áp dụng ở quy mô vật lý thiên văn
Năm ngoái, Giáo sư Gupta đã đặt nghi vấn về sự tồn tại của vật chất tối trong vũ trụ qua một nghiên cứu ở quy mô vũ trụ học. Trong công trình mới ở quy mô vật lý thiên văn này, ông tiếp tục đặt ra nghi vấn đối với các mô hình lý thuyết hiện tại về đường cong quay của thiên hà.
Trong mô hình mới, một tham số thường được ký hiệu là α xuất hiện từ việc cho phép các hằng số liên kết tiến hóa. Trên thực tế, α hoạt động như một “thành phần” bổ sung trong các phương trình hấp dẫn, tạo ra các hiệu ứng tương tự như những gì các nhà thiên văn học quy cho vật chất tối và năng lượng tối.
Ở quy mô vũ trụ học, α được coi là một hằng số (ví dụ, được xác định bằng cách khớp dữ liệu từ các vụ nổ supernova). Nhưng ở quy mô địa phương (tức quy mô vật lý thiên văn), trong một thiên hà, do sự phân bố vật chất thông thường (lỗ đen, sao, hành tinh, khí, v.v.) thay đổi mạnh, α cũng thay đổi, khiến hiệu ứng hấp dẫn bổ sung phụ thuộc vào vị trí của vật chất đó. Do đó, lý thuyết mới dự đoán rằng tại các khu vực có nhiều vật chất thông thường, hiệu ứng hấp dẫn bổ sung sẽ nhỏ, còn ở nơi có mật độ vật chất quan sát được thấp, hiệu ứng này sẽ lớn hơn.
Nói cách khác, thay vì thêm các quầng vật chất tối quanh thiên hà, lực hấp dẫn bổ sung trong mô hình mới đến từ α. Nó tái tạo lại được các "đường cong quay phẳng" đã quan sát được (các sao ở phần rìa thiên hà quay nhanh hơn dự đoán theo định luật Newton).
Ý nghĩa đối với thiên văn học
Giáo sư Gupta tin rằng ý tưởng này có thể giải quyết một số bí ẩn lớn nhất trong ngành thiên văn học. “Trong nhiều năm, chúng ta vẫn gặp khó khăn trong việc giải thích tại sao các thiên hà trong vũ trụ sơ khai lại hình thành nhanh chóng và trở nên đồ sộ như vậy,” ông nói. “Với mô hình của chúng tôi, bạn không cần giả định về các hạt kỳ lạ hay phá vỡ các định luật vật lý. Dòng thời gian của vũ trụ đơn giản là kéo dài ra, gần như gấp đôi tuổi của vũ trụ, và nhờ đó có đủ thời gian để mọi thứ quan sát được xuất hiện.”
Trên thực tế, dòng thời gian được kéo dài cho quá trình hình thành sao và thiên hà giúp việc giải thích sự xuất hiện của các cấu trúc lớn, phức tạp như thiên hà và lỗ đen trong vũ trụ sơ khai trở nên dễ dàng hơn.
Lý thuyết này có thể làm thay đổi hoàn toàn cách chúng ta suy nghĩ về vũ trụ. Nó thậm chí còn gợi ý rằng việc tìm kiếm các hạt vật chất tối - điều mà giới khoa học đã theo đuổi trong nhiều năm và tiêu tốn hàng tỷ USD - có thể hoàn toàn không cần thiết. Ngay cả khi các hạt kỳ lạ được tìm thấy bằng thực nghiệm, chúng vẫn cần chiếm khoảng sáu lần khối lượng của vật chất thông thường mới có thể giải thích các quan sát.
“Đôi khi, lời giải thích đơn giản nhất lại là lời giải thích đúng nhất. Có lẽ những bí mật lớn nhất của vũ trụ chỉ là những trò đánh lừa do các hằng số tự nhiên đang tiến hóa gây ra,” Giáo sư Gupta kết luận.
Đặng Vũ Tuấn Sơn
Theo Phys.org
Chú thích: Độc giả cũng nên lưu ý rằng đây mới chỉ là một mô hình được đề xuất. Để thay đổi Mô hình chuẩn của vũ trụ học đã được biết tới từ nhiều thập kỷ và được kiểm chứng qua lý thuyết cũng như quan sát rất nhiều lần thì còn cần rất nhiều cuộc kiểm tra khác nữa.
