 |
|
 |
Tuần 32: Thuyết vụ nổ lớn (BigBang) | | 
29/03/2015 09:48:46 PM
| | Năm 1927, một linh mục người Bỉ là Georges Lemaître là người đầu tiên đề xuất rằng vũ trụ đã ra đời từ một vụ nổ phát sinh từ một cái tâm nguyên thuỷ. Hơn 1 năm sau đó, Edwin Hubble với những quan sát chi tiết về độ dịch bước sóng của các thiên hà ở xa đã nhận ra rằng tất cả các thiên hà đều đang chạy ra xa chúng ta theo mọi hướng. Trong khi đó chúng ta thì hẳn không phải trung tâm của vũ trụ, như vậy là vũ trụ đang giãn nở theo mọi hướng, không gian có kích thước và nó đang ngày càng tăng lên cùng với chiều tăng của thời gian. Hubble được coi là người đầu tiên đặt nền tảng cho thuyết BigBang. Tuy nhiên đến tận năm 1948, George Gamov mới biến BigBang thành một lí thuyết cho biết vũ trụ ra đời từ một vụ nổ lớn nóng (the hot big bang). Tất nhiên có rất nhiều sự hoài nghi về lí thuyết này cho đến năm 1964, khi Arno Penzias và Robert Wilson phát hiện ra sự tồn tại của bức xạ nền vũ trụ (cosmic background radiation) - và họ đã nhận giải Nobel cho phát hiện này. Sự tồn tại của loại bức xạ này đã chứng minh rằng vũ trụ phải ra đời từ một vụ nổ lớn cách đây khoảng 10 - 20 tỉ năm.
Như vậy là theo thuết Big Bang nói trên, tất cả chúng ta (vũ trụ) đã ra đời cách đây 13,9 tỷ năm (con số tương đối chính xác được tính cho tới thời điểm hiện nay) bởi một vụ nổ. Ta không thể nói gì về nó vì ngoài phạm vi của BigBang thì không tồn tại vật chất và bức xạ, do đó không tồn tại khái niệm không gian và thời gian, từ duy nhất ta có thể dùng để chỉ nó là "không gì cả". Chúng ta không thể có khái niệm không gian và thời gian vào trước khi BIGBANG xảy ra. Vì sao lại như vậy?
Như trên đã nói, toàn bộ vật chất (các hạt) chỉ được tạo thành bởi vụ nổ lớn (BIGBANG). Vậy có nghĩa là trước BigBang không hề có sự tồn taị của các hạt mà chúng ta đã biết. Như vậy là không có một sự khác biệt nào để phân biệt 2 điểm, như vậy là không gian không hề tồn tại. Mặt khác ta lại biết rằng thời gian chỉ là một đại luợng biểu diễn các quá trình. Vậy ở đây ta sẽ sử dụng thời gian để làm gì khi không có sự biến đổi, sự chuyển động của các hạt. Vậy ta có thể đi đến kết luận thòi gian cũng không tồn tại ngoài phạm vi của Big Bang. Như thế thì chúng ta lại có một lưu ý nhỏ là không bao giờ được phép nói rằng BIGBANG đã bùng phát tại "một điểm" vì đơn giản là điểm thì phải được xác định trong một không gian hình học nào đó trong khi ở đây ta không có không gian.
Lịch sử tiến hóa của vũ trụ sau Big Bang
Tạm thời ta có thể vẽ lại bức tranh tiến hoá của vũ trụ như sau theo thang thời gian 't':
- t = 0. Vũ trụ ra đời bởi vụ nổ lớn Big Bang. Không có gì để nói vì thời gian này được giới hạn bởi bức tường Plank, các thăng giáng lượng tử hỗn độn trong giai đoạn này gợi ý sự liên tưởng tới khái niệm Chaos xuất hiện lần đầu tiên trong thần thoại Hy Lạp và tiếp tục được khai thác trong những giả thuyết và ý tưởng sau này.
- t = 10-43s. Thời gian Planck, kích thước vũ trụ là 10-33cm (độ dài Planck), đây là những giới hạn lượng tử mà vật lí chưa thể vượt qua. Nhiệt độ của vũ trụ lúc này là khoảng 1032K. Tất cả mọi trạng thái của vũ trụ vẫn còn hỗn độn, khởi điểm của tất cả các loại tương tác và các loại hạt tạo thành vật chất để tập trung trong giới hạn này. Giai đoạn này còn được coi là thời kì tiền lạm phát của vũ trụ.
- t = 10-36s, nhiệt độ đã đủ nguội, còn khoảng 1028K, tương tác đầu tiên bắt đầu xuất hiện, đó là tương tác điện yếu (sự hợp nhất của lực điện từ và lực yếu chúng ta biết sau này)
- t = 10-33s: Thời kì lạm phát bắt đầu. Trong giai đoạn này, tốc độ giãn nở của vũ trụ mới hình thành khi đó được đẩy lên cực đại, nhanh hơn rất nhiều tốc độ giãn nở ngày nay mà chúng ta có thể quan sát. Đây là thời điểm các hạt tạo thành vật chất, quark và lepton hình thành cùng với các phản hạt của chúng, nhiều cặp phản hạt gặp nhau tự hủy giải phóng năng lượng dưới dạng photon, quá trình lạm phát không gian làm các hạt phóng đi mọi hướng mà không bị kéo lại với nhau với lực hấp dẫn.
- t = 10-12s: Thời kì quark
Vũ trụ đã nguội hơn đủ để các tương tác tách biệt khỏi nhau, các boson hình thành chia các tương tác thành bốn loại cơ bản là hấp dẫn, điện từ, hạt nhân và tương tác yếu như ngày nay chúng ta biết. các quark đầu tiên cũng đã hình thành nhưng chuyển động nhiệt trong mức năng lượng khi đó còn quá cao để chúng có thể kết hợp với nhau.
- t = 10-6s. Thời kì hadron.
Nhiệt độ giảm đủ để các quark kết hợp với nhau. Các cặp quark - phản quark cùng photon mang năng lượng tập hợp lại với nhau tạo thành các hadron (barion và phản barion, neutron và proton như chúng ta biết là các barion). Khi toàn bộ các quark đã mất trạng thái tự do và lượng photon đã đủ cân bằng để không gây ra những phản ứng kết hợp thêm nữa, thời kì hadron kết thúc.
- t = 1s. Thời kì lepton
Các hadron và phản hadron hủy lẫn nhau nhiều, nhường chỗ cho các lepton chiếm ưu thế trong vũ trụ. Vũ trụ hết sức đậm đặc và các photon không thể vượt qua một lượng lớn các electron, proton và neutron tràn ngập vũ trụ. Thời kì này chấm dứt khi các phản vật chất bị hủy gần như toàn bộ (do ít hơn vật chất), đó là khi vũ trụ đã ra đời được 10s.
- t = 10s. Thời kì photon.
Các photon tràn ngập vũ trụ và va chạm với các hadron (neutron, proton) và electron, gia tốc cho chúng. Quá trình này tiếp diễn liên tiếp trong khoảng 380.000 năm.
- t = 3 phút. Các neutron tự do kết hợp với các proton trong phản ứng kết hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch/nuclear fusion) tạo thành các hạt nhân nặng đầu tiên: từ deutri (hydro nặng) tới heli4. Thời kì này kéo dài chỉ trong 7 phút. Khi vũ trụ đã tồn tại được 10 phút thì nhiệt độ giảm đủ để phản ứng nhiệt hạch không thể xảy ra tiếp, việc kế hợp tạo thành hạt nhân dừng lại.
- t = ~370.000 năm. Mật độ các proton và neutron đã giảm nhiều và photon có thể di chyển tự do trong vũ trụ. Cùng với sự nguội đi của vũ trụ, các electron mất dần động năng của mình, chúng bị các hạt nhân bắt giữ và tạo thành các nguyên tử, mật độ vật chất trong vũ trụ bắt đầu có xu hướng không đồng đều do sự phân tán của các hạt nhân và điện tử. Vật chất bắt đầu được định hình như ngày nay.
- t = ~1 tỷ năm, sự kết hợp các hạt cơ bản tạo ra các dạng vật chất gần giống với ngày nay, lượng khí vào bụi trong vũ trụ tăng lên rất nhanh và tập hợp lại thành từng nhóm, các thiên hà đầu tiên ra đời cùng các ngôi sao và các hệ hành tinh của chúng.
- t = ~13,9 tỷ năm: hiện nay
Tải tài liệu gốc tại: Đây
|
|
|
|
|
|
