5 vòng đời của vũ trụ: chúng ta đang sống ở giai đoạn nào?

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

Mọi sinh vật trên hành tinh của chúng ta đều được sinh ra, trưởng thành, già đi và cuối cùng là chết đi. Tất cả những định luật này cũng được áp dụng bên ngoài Trái đất - các ngôi sao, hệ mặt trời và thiên hà cũng bị diệt vong theo thời gian.

Sự khác biệt chỉ tồn tại trong thời gian - những gì đối với bạn và tôi dường như vĩnh cửu, theo tiêu chuẩn của Vũ trụ, hoàn toàn vô nghĩa. Nhưng còn bản thân vũ trụ thì sao? Như bạn đã biết, cô ấy được sinh ra sau vụ nổ Big Bang cách đây 13, 8 tỷ năm, nhưng điều gì đang xảy ra với cô ấy bây giờ? Vòng đời của chính Vũ trụ là gì và tại sao các nhà nghiên cứu lại phân biệt năm giai đoạn phát triển của nó?

Năm thế kỷ của vũ trụ

Các nhà thiên văn học tin rằng 5 giai đoạn tiến hóa là một cách thuận tiện để đại diện cho tuổi thọ vô cùng dài của vũ trụ. Đồng ý rằng, vào thời điểm chúng ta chỉ biết 5% Vũ trụ nhìn thấy (95% còn lại là vật chất tối bí ẩn, sự tồn tại của nó vẫn chưa được chứng minh), thật khó để đánh giá sự tiến hóa của nó. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang cố gắng tìm hiểu quá khứ và hiện tại của Vũ trụ bằng cách kết hợp các thành tựu của khoa học và tư tưởng của con người trong hai thế kỷ qua.

Nếu bạn may mắn được tìm thấy mình dưới bầu trời quang đãng trong một nơi tối tăm vào một đêm không trăng, thì khi bạn nhìn lên, một cảnh quan không gian tráng lệ đang chờ đón bạn. Với ống nhòm thông thường, bạn có thể nhìn thấy đường chân trời đẹp mê hồn của các ngôi sao và các đốm sáng chồng lên nhau. Ánh sáng từ những ngôi sao này đến hành tinh của chúng ta vượt qua những khoảng cách vũ trụ khổng lồ và đến mắt chúng ta qua không-thời gian. Đây là vũ trụ của thời đại vũ trụ mà chúng ta đang sống. Nó được gọi là kỷ nguyên xuất sắc, nhưng có bốn kỷ nguyên khác.

Có nhiều cách để xem và thảo luận về quá khứ, hiện tại và tương lai của vũ trụ, nhưng một trong số đó thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học hơn những cách khác. Cuốn sách đầu tiên về 5 thế kỷ của Vũ trụ được xuất bản năm 1999, có tựa đề "Năm thời đại của vũ trụ: Bên trong vật lý của sự vĩnh cửu." (cập nhật lần cuối vào năm 2013). Các tác giả của cuốn sách, Fred Adams và Gregory Laughlin, đã đưa ra một tiêu đề cho mỗi năm thế kỷ:

• Thời nguyên thủy
• Kỷ nguyên đầy sao
• Kỷ nguyên thoái hóa
• Kỷ nguyên của lỗ đen
• Kỷ nguyên đen tối

Cần lưu ý rằng không phải tất cả các nhà khoa học đều ủng hộ lý thuyết này. Tuy nhiên, nhiều nhà thiên văn học nhận thấy sự phân chia năm bước là một cách hữu ích để thảo luận về một lượng thời gian lớn bất thường như vậy.

Thời nguyên thủy

Kỷ nguyên sơ khai của vũ trụ bắt đầu một giây sau Vụ nổ lớn. Trong khoảng thời gian đầu tiên, rất nhỏ của thời gian, không-thời gian và các định luật vật lý, như các nhà nghiên cứu tin rằng, vẫn chưa tồn tại. Khoảng thời gian kỳ lạ khó hiểu này được gọi là kỷ nguyên Planck, người ta tin rằng nó kéo dài 1044 giây. Cũng cần lưu ý rằng nhiều giả thiết về kỷ nguyên Planck dựa trên sự kết hợp giữa thuyết tương đối rộng và lý thuyết lượng tử, được gọi là lý thuyết hấp dẫn lượng tử.

Trong giây đầu tiên sau Vụ nổ lớn, lạm phát bắt đầu - một sự giãn nở cực kỳ nhanh chóng của vũ trụ. Sau một vài phút, huyết tương bắt đầu nguội đi, và các hạt hạ nguyên tử bắt đầu hình thành và kết dính với nhau. 20 phút sau Vụ nổ lớn - trong một vũ trụ nhiệt hạch siêu nóng - các nguyên tử bắt đầu hình thành. Quá trình làm lạnh diễn ra với tốc độ nhanh chóng cho đến khi 75% hydro và 25% helium còn lại trong vũ trụ, tương tự như những gì đang xảy ra trên Mặt trời ngày nay. Khoảng 380.000 năm sau Vụ nổ lớn, vũ trụ nguội đi đủ để hình thành các nguyên tử ổn định đầu tiên và tạo ra bức xạ vi sóng nền vũ trụ, mà các nhà thiên văn học gọi là bức xạ phông vi sóng vũ trụ.

Kỷ nguyên đầy sao

Bạn và tôi đang sống trong một kỷ nguyên sao - tại thời điểm này, hầu hết các vật chất tồn tại trong Vũ trụ đều ở dạng các ngôi sao và thiên hà. Những ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ - gần đây chúng tôi đã nói với bạn về khám phá của nó - rất lớn và kết thúc cuộc đời của chúng ở dạng siêu tân tinh, dẫn đến sự hình thành của nhiều ngôi sao khác, nhỏ hơn. Được thúc đẩy bởi lực hấp dẫn, chúng tiến lại gần nhau để tạo thành các thiên hà.

Một trong những tiên đề của kỷ nguyên sao là ngôi sao càng lớn, nó đốt cháy năng lượng càng nhanh và sau đó chết đi, thường chỉ trong vài triệu năm. Các ngôi sao nhỏ hơn tiêu thụ năng lượng chậm hơn sẽ hoạt động lâu hơn. Các nhà khoa học dự đoán rằng thiên hà Milky Way của chúng ta, chẳng hạn, sẽ va chạm và hợp nhất với thiên hà Andromeda lân cận trong khoảng 4 tỷ năm nữa để tạo thành một thiên hà mới. Nhân tiện, hệ mặt trời của chúng ta có thể tồn tại sau sự hợp nhất này, nhưng có khả năng mặt trời sẽ chết sớm hơn nhiều.

Kỷ nguyên thoái hóa

Tiếp theo là kỷ nguyên thoái hóa (thoái hóa), sẽ bắt đầu khoảng 1 tạ tỷ năm sau Vụ nổ lớn và sẽ kéo dài đến 1 duodeci tỷ sau đó. Trong thời kỳ này, tất cả tàn dư của các ngôi sao có thể nhìn thấy ngày nay sẽ thống trị Vũ trụ. Trên thực tế, không gian chứa đầy các nguồn sáng mờ: sao lùn trắng, sao lùn nâu và sao neutron. Những ngôi sao này lạnh hơn nhiều và phát ra ít ánh sáng hơn. Như vậy, trong kỷ nguyên thoái hóa, vũ trụ sẽ bị thiếu ánh sáng trong vùng quang phổ khả kiến.

Trong thời đại này, các sao lùn nâu nhỏ sẽ giữ phần lớn lượng hydro có sẵn, và các lỗ đen sẽ phát triển, lớn lên và phát triển, nuôi dưỡng những gì còn lại của các ngôi sao. Khi không có đủ hydro xung quanh, vũ trụ sẽ trở nên mờ hơn và lạnh hơn theo thời gian. Sau đó, các proton đã tồn tại từ thuở sơ khai của Vũ trụ sẽ bắt đầu chết, làm tan biến vật chất. Kết quả là, hầu hết các hạt hạ nguyên tử, bức xạ Hawking và lỗ đen sẽ vẫn còn trong vũ trụ.

Bức xạ Hawking là một quá trình giả định về sự phát xạ của một lỗ đen gồm các hạt cơ bản khác nhau, chủ yếu là các photon; được đặt theo tên nhà vật lý lý thuyết người Anh Stephen Hawking.

Kỷ nguyên của lỗ đen

Trong một khoảng thời gian đáng kể, các lỗ đen sẽ thống trị vũ trụ, kéo theo những tàn tích về khối lượng và năng lượng. Tuy nhiên, cuối cùng chúng sẽ bay hơi, mặc dù rất chậm.

Các tác giả của cuốn sách tin rằng, theo Big Think, khi các lỗ đen bốc hơi cuối cùng, sẽ có một tia sáng nhỏ - năng lượng duy nhất còn sót lại trong vũ trụ. Tại thời điểm này, vũ trụ sẽ gần như là lịch sử, chỉ chứa các hạt hạ nguyên tử và photon năng lượng thấp, rất yếu.

Kỷ nguyên đen tối

Cuối cùng, các electron và positron trôi qua không gian sẽ va chạm với nhau, đôi khi tạo thành nguyên tử proitronium. Các cấu trúc này không ổn định, tuy nhiên, các hạt cấu thành của chúng cuối cùng sẽ bị phá hủy. Sự phá hủy thêm các hạt năng lượng thấp khác sẽ tiếp tục, mặc dù rất chậm. Nhưng đêm nay hãy nhìn vào bầu trời đêm đầy sao và đừng lo lắng về bất cứ điều gì - chúng sẽ không đi đâu trong một thời gian rất dài, và hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ và thời gian có thể thay đổi trong tương lai.