Điều gì đã xảy ra trước vụ nổ lớn?

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Điều gì đã tạo ra vũ trụ? Các nhà khoa học nói rằng nguyên nhân gốc rễ phải đặc biệt. Nhưng nếu chúng ta gán sự khởi đầu của mọi thứ cho Vụ nổ lớn, câu hỏi đặt ra: điều gì đã xảy ra trước đó? Tác giả đưa ra một lý luận hấp dẫn về sự khởi đầu của thời gian.

Hỏi khoa học những gì có trước thời gian cũng giống như hỏi "Bạn là ai trước khi bạn được sinh ra?"

“Khoa học cho phép chúng ta xác định điều gì đã xảy ra trong một phần nghìn tỷ giây sau Vụ nổ lớn.

“Nhưng chúng ta hầu như không bao giờ biết được điều gì đã gây ra vụ nổ Big Bang.

“Thật đáng thất vọng, nhưng một số điều hoàn toàn không thể biết trước được. Và điều này là tốt.

Thành thật mà nói: thật kỳ lạ khi nghĩ rằng lịch sử của Vũ trụ bắt đầu với một sinh nhật cách đây 13,8 tỷ năm. Điều này phù hợp với nhiều nguyên lý tôn giáo, theo đó vũ trụ được tạo ra thông qua sự can thiệp từ bên trên, mặc dù khoa học không nói gì về nó.

Điều gì đã xảy ra trước khi bắt đầu thời gian?

Nếu mọi thứ đã xảy ra đều có mối quan hệ nhân quả, thì điều gì đã gây ra sự xuất hiện của vũ trụ? Để trả lời một câu hỏi rất khó về Nguyên nhân đầu tiên, những huyền thoại tôn giáo về sự sáng tạo ra thế giới sử dụng cái mà các nhà nhân chủng học văn hóa đôi khi gọi là "bản thể tích cực" hay một hiện tượng siêu nhiên. Vì thời gian đã bắt đầu từ một thời điểm nào đó trong quá khứ xa xôi, nên Nguyên nhân đầu tiên phải là đặc biệt. Nó phải là một lý do phi nhân quả, một hiện tượng mới xảy ra, và không có gì có trước nó.

Nhưng nếu chúng ta gán sự khởi đầu của mọi thứ cho Vụ nổ lớn, câu hỏi đặt ra: điều gì đã xảy ra trước đó? Khi chúng ta đối mặt với các vị thần bất tử, đây là một vấn đề hoàn toàn khác, vì đối với họ, sự vô tận không phải là một câu hỏi. Thần tồn tại bên ngoài thời gian, còn chúng ta thì không. Đối với chúng tôi, không có cái gọi là "trước thời gian." Do đó, nếu chúng ta đặt câu hỏi về những gì đã xảy ra trước vụ nổ Big Bang, nó sẽ hơi vô nghĩa, ngay cả khi chúng ta cần tìm ra ý nghĩa. Stephen Hawking từng đánh đồng nó với câu hỏi "Phía bắc của Bắc Cực là gì?" Và tôi thích câu "Bạn là ai trước khi bạn được sinh ra?"

Aurelius Augustine đưa ra giả thuyết rằng thời gian và không gian xuất hiện cùng với sự sáng tạo ra thế giới. Đối với anh, tất nhiên, đó là sự quan phòng của Chúa. Và đối với khoa học?

Về mặt khoa học, để hiểu cách Vũ trụ khởi nguồn, phát triển và trưởng thành, chúng ta quay ngược thời gian, cố gắng tái tạo lại những gì đang xảy ra. Giống như các nhà cổ sinh vật học, chúng tôi xác định "hóa thạch", tức là tàn tích của vật chất sau nhiều ngày trôi qua, và sau đó với sự giúp đỡ của họ, chúng tôi tìm hiểu về các hiện tượng vật lý khác nhau tồn tại vào thời điểm đó.

Chúng tôi tự tin giả định rằng Vũ trụ đã mở rộng trong hàng tỷ năm, và quá trình này vẫn tiếp tục hiện nay. Trong trường hợp này, "sự mở rộng" có nghĩa là khoảng cách giữa các thiên hà đang tăng lên; các thiên hà di chuyển ra xa nhau với tốc độ phụ thuộc vào những gì ở bên trong vũ trụ trong các kỷ nguyên khác nhau, tức là vật chất lấp đầy không gian.

Vụ nổ lớn không phải là một vụ nổ

Khi chúng ta nói về Vụ nổ lớn và sự mở rộng, chúng ta tưởng tượng vụ nổ bắt đầu mọi thứ. Đó là lý do tại sao chúng tôi đặt tên như vậy. Nhưng đây là một quan niệm sai lầm. Các thiên hà đang di chuyển ra xa nhau, bởi vì chúng bị ngăn cách theo nghĩa đen bởi sự kéo dài của không gian. Giống như vải đàn hồi, không gian trải dài và mang theo các thiên hà, giống như dòng chảy của một con sông mang theo các khúc gỗ đi theo nó. Vì vậy, các thiên hà không thể được gọi là các mảnh vỡ bay ra từ một vụ nổ. Không có vụ nổ trung tâm. Vũ trụ đang mở rộng theo mọi hướng, và nó hoàn toàn mang tính dân chủ. Mỗi điểm đều quan trọng như nhau. Ai đó ở một thiên hà xa xôi nhìn thấy việc loại bỏ các thiên hà khác giống như cách chúng ta làm.

(Lưu ý: Các thiên hà lân cận có độ lệch so với dòng chảy vũ trụ này được gọi là “chuyển động cục bộ”. Điều này là do lực hấp dẫn gây ra. Ví dụ: Tinh vân Tiên nữ đang tiến đến gần chúng ta.)

Trở lại quá khứ

Nếu quay ngược bộ phim vũ trụ, chúng ta sẽ thấy vật chất ngày càng bị ép chặt hơn trong không gian đang thu hẹp lại như thế nào. Nhiệt độ tăng, áp suất tăng, và sự phân rã bắt đầu. Phân tử phân hủy thành nguyên tử, nguyên tử thành hạt nhân và điện tử, hạt nhân nguyên tử thành proton và neutron, sau đó proton và neutron thành quark. Sự phân hủy tuần tự của vật chất thành các thành phần cơ bản và cơ bản nhất của nó xảy ra khi đồng hồ tích tắc theo hướng ngược lại với vụ nổ.

Ví dụ, nguyên tử hydro phân rã khoảng 400.000 năm trước Vụ nổ lớn, hạt nhân nguyên tử trong khoảng một phút, và proton với neutron trong một phần trăm giây (tất nhiên là khi nhìn ngược lại). Làm sao chúng ta biết được điều này? Chúng tôi đã tìm thấy tàn dư của bức xạ từ thời điểm những nguyên tử đầu tiên hình thành (bức xạ phông vi sóng di tích), và tìm ra cách những hạt nhân đầu tiên của nguyên tử ánh sáng xuất hiện khi vũ trụ mới chỉ vài phút. Đây chính xác là những hóa thạch vũ trụ cho chúng ta thấy con đường theo hướng ngược lại.

Hiện tại, chúng ta có thể thực nghiệm mô phỏng các điều kiện tồn tại khi vũ trụ là một phần nghìn tỷ giây. Đối với chúng ta, nó có vẻ là một giá trị không đáng kể, nhưng đối với một hạt ánh sáng của một photon, đây là một khoảng thời gian dài, cho phép nó bay một quãng đường bằng một nghìn tỷ lần đường kính của một proton. Khi chúng ta nói về Vũ trụ sơ khai, chúng ta nên quên đi những tiêu chuẩn và ý tưởng của con người về thời gian.

Tất nhiên, chúng ta muốn tiến gần nhất có thể đến thời điểm bằng 0. Nhưng đến một lúc nào đó, chúng ta va phải bức tường của sự thiếu hiểu biết và chỉ có thể ngoại suy những lý thuyết hiện tại của mình với hy vọng rằng chúng sẽ mang lại cho chúng ta ít nhất một số gợi ý về việc xảy ra ở thời điểm ban đầu, ở năng lượng và nhiệt độ mà chúng ta không thể tạo ra trong phòng thí nghiệm. Nhưng chúng tôi biết chắc chắn một điều. Khi thời gian gần bằng 0, lý thuyết hiện tại của chúng ta về các thuộc tính của không gian và thời gian, là lý thuyết tương đối rộng của Einstein, không hoạt động.

Đây là lĩnh vực của cơ học lượng tử, trong đó những khoảng cách nhỏ đến mức chúng ta phải hình dung không gian không phải là một tấm liên tục, mà là một cấu trúc dạng hạt. Thật không may, chúng ta không có một lý thuyết định tính mô tả độ chi tiết của không gian, vì không có định luật vật lý về lực hấp dẫn trên thang lượng tử (được gọi là lực hấp dẫn lượng tử). Tất nhiên, các ứng cử viên là lý thuyết siêu dây và lực hấp dẫn lượng tử vòng lặp. Nhưng hiện không có bằng chứng nào cho thấy chúng mô tả chính xác các hiện tượng vật lý.

Vũ trụ học lượng tử không trả lời câu hỏi

Tuy nhiên, sự tò mò của một người đòi hỏi các ranh giới phải được đưa đến gần giá trị 0 của thời gian. Bạn có thể nói gì? Vào những năm 1980, Alexander Vilenkin, Andrei Linde, James Hartl và Stephen Hawking đã đề xuất ba mô hình vũ trụ lượng tử, trong đó vũ trụ tồn tại dưới dạng nguyên tử và phương trình tương tự như phương trình được sử dụng trong cơ học lượng tử.

Trong phương trình này, vũ trụ là một làn sóng xác suất, về bản chất, kết nối vùng lượng tử vượt thời gian với vùng cổ điển, nơi có thời gian, tức là với vũ trụ mà chúng ta đang sinh sống, và hiện đang mở rộng. Sự chuyển đổi từ lượng tử sang cổ điển theo nghĩa đen có nghĩa là sự xuất hiện của không gian, cái mà chúng ta gọi là Vụ nổ lớn. Do đó, Vụ nổ lớn là một sự biến động lượng tử không có nguyên nhân, ngẫu nhiên như sự phân rã phóng xạ: từ khi không có thời gian đến khi có mặt của nó.

Giả sử rằng một trong những mô hình đơn giản này là đúng, thì đó có phải là một lời giải thích khoa học về Nguyên nhân Đầu tiên không? Liệu chúng ta có thể loại bỏ hoàn toàn sự cần thiết của một nguyên nhân bằng cách sử dụng các xác suất của vật lý lượng tử không?

Tiếc là không có. Tất nhiên, một mô hình như vậy sẽ là một kỳ công trí tuệ đáng kinh ngạc. Đó sẽ là một bước tiến khổng lồ trong việc tìm hiểu nguồn gốc của mọi thứ. Nhưng điều này là không đủ. Khoa học không thể tồn tại trong chân không. Cô ấy cần một bộ máy khái niệm, chẳng hạn như các khái niệm như không gian, thời gian, vật chất, năng lượng. Cô ấy cần tính toán, cô ấy cần các định luật bảo toàn các đại lượng như năng lượng và động lượng. Bạn không thể xây dựng một tòa nhà chọc trời từ những ý tưởng, cũng như bạn không thể tạo ra một mô hình mà không có các khái niệm và luật lệ. Yêu cầu khoa học "giải thích" Nguyên nhân đầu tiên cũng giống như yêu cầu khoa học giải thích cấu trúc của chính nó. Đây là một yêu cầu cung cấp một mô hình khoa học không sử dụng tiền lệ, không có các khái niệm trước đó để vận hành. Khoa học không thể làm được điều này, cũng như một người không thể suy nghĩ nếu không có bộ não.

Câu đố về Nguyên nhân gốc rễ vẫn chưa được giải đáp. Như một câu trả lời, bạn có thể chọn tôn giáo và đức tin, và bạn cũng có thể cho rằng khoa học sẽ tìm ra mọi thứ theo thời gian. Chúng ta cũng có thể, giống như nhà hoài nghi người Hy Lạp cổ đại Pyrrho, khiêm tốn thừa nhận rằng kiến thức của chúng ta có những giới hạn. Chúng ta có thể vui mừng với những gì chúng ta đã đạt được và tiếp tục lĩnh hội, trong khi nhận ra rằng không cần phải biết mọi thứ và hiểu mọi thứ. Nó là đủ để chúng tôi tiếp tục quan tâm tò mò.

Sự tò mò mà không có câu đố là mù quáng, và câu đố mà không có sự tò mò là thiếu sót.