Lạm phát trong vũ trụ
Các nhà khoa học cho rằng thuyết Big Bang có vấn đề. Nó không thể đi từ một quả cầu năng lượng nhỏ bé đến cái vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay nếu không có sự trợ giúp. Nó cần một sự điều chỉnh gọi là lạm phát.
Các nhà thiên văn học quan sát thấy nhiệt độ của nền vi sóng vũ trụ (CMB) gần như trơn tru và đồng đều. Nhiệt độ chỉ có thể trở nên đồng đều nếu các vùng xa xôi của vũ trụ có thể tương tác và trao đổi năng lượng. Các tương tác nhanh nhất xảy ra ở tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, vào thời điểm bức xạ CMB được phát ra, hai vùng xa cách trong không gian ngày nay sẽ cách xa nhau một khoảng lớn hơn mức mà bức xạ có thể lan truyền… dù có lan truyền với tốc độ ánh sáng.
Tình huống này tương tự với việc ai đó đưa cho bạn một tách trà rất nóng và đưa cho bạn của bạn một tách trà đá. Nếu hai người đủ thân thiết, các bạn có thể pha trộn các tách trà để trà trong cả hai tách có nhiệt độ gần bằng nhau. Nhưng hãy tưởng tượng rằng ngay sau khi được trao tách trà, ai đó đã nhanh chóng kéo các bạn ra xa đến mức hai người sẽ không bao giờ gặp lại nhau… dù có chạy nhanh hết sức cả cuộc đời. Nếu điều này xảy ra, bạn sẽ cho rằng hai tách trà luôn có sự chênh lệch lớn về nhiệt độ. Vậy thì tại sao nhiệt độ CMB lại gần như đồng đều đến vậy?
Thuyết lạm phát giải thích điều này bằng cách phát biểu rằng ngay sau Big Bang, vũ trụ đã giãn nở cực nhanh trong một khoảng thời gian rất ngắn. Sự giãn nở này làm gia tăng kích thước của vũ trụ từ vi mô lên một quả bóng golf trong 10^-35 giây. Do đó, các vùng từng tiếp xúc với nhau giờ đây cách xa nhau trong vũ trụ. Vì vậy, nếu bạn và bạn của bạn luôn có thể pha trộn các tách trà trong khi còn tiếp xúc với nhau, thì nhiệt độ của chúng sẽ rất giống nhau, cho dù các bạn có di chuyển ra xa đến đâu đi nữa.
Sau lạm phát, sự giãn nở của vũ trụ vẫn tiếp tục, nhưng với tốc độ chậm hơn. Khi không gian giãn nở, vũ trụ nguội đi và vật chất hình thành, rồi đến các proton và neutron hình thành.
Lạm phát cũng dự đoán cách các ngôi sao và thiên hà hình thành trong vũ trụ. Trước khi có lạm phát, vũ trụ của chúng ta đã có kích thước vi mô, và những khác biệt nhỏ bé về mật độ vật chất cũng bị lạm phát kéo giãn ra. Sau lạm phát, những khác biệt này sẽ mờ nhạt, nhưng theo thời gian, những vùng hơi đậm đặc hơn sẽ thu hút vật chất lân cận thông qua tác động của lực hấp dẫn. Việc này sẽ khởi động quá trình hình thành một cách từ từ của các thiên hà. Vì vậy, thuyết lạm phát giải thích tại sao CMB gần như đồng đều đến vậy, cũng như các thiên hà, ngôi sao, hành tinh và con người đã hình thành thế nào!
Các nhà khoa học hiện cảm thấy hài lòng hơn, rằng với việc bổ sung thuyết lạm phát, thuyết Big Bang mô tả vũ trụ mà chúng ta đang sống.
==============================================================================
Sự tiến hóa của vũ trụ khi không có lạm phát (trái) và có (phải).
Hình: Thời báo Vũ trụ của NASA, năm 1993.
==============================================================================
Chú thích:
Vũ trụ không có lạm phát:
Gồm 3 giai đoạn, từ trên xuống dưới: Vũ trụ sơ khai, Giãn nở, và Vũ trụ ngày nay.
1. Vũ trụ sơ khai: Các vùng màu đỏ, xanh lục và xanh lam tượng trưng cho những nơi đã có thời gian tiếp xúc với nhau từ khi vũ trụ ra đời.
Vì vậy, mọi điểm trong vùng màu đỏ đều "biết" về các điểm khác trong vùng màu đỏ, nhưng chúng không biết về vùng màu xanh lam hay xanh lục.
2. Giãn nở
3. Vũ trụ ngày nay: Vùng màu xám là vũ trụ quan sát được của chúng ta [Trái Đất nằm ở tâm của vùng này]. Nếu quan sát theo các hướng khác nhau, ta sẽ thấy một phần của những vùng chưa có thời gian tiếp xúc với nhau.
Vì vậy, chúng ta cho rằng sẽ thấy những vùng có nhiệt độ khác nhau trong nền vi sóng vũ trụ khi ta nhìn theo các hướng khác nhau.
==============================================================================
Vũ trụ có lạm phát:
Gồm 3 giai đoạn, từ trên xuống dưới: Vũ trụ sơ khai, Lạm phát + Giãn nở, và Vũ trụ ngày nay.
1. Vũ trụ sơ khai: Các vùng màu đỏ, xanh lục và xanh lam tượng trưng cho những nơi đã có thời gian tiếp xúc với nhau từ khi vũ trụ ra đời.
Vì vậy, mọi điểm trong vùng màu đỏ đều "biết" về các điểm khác trong vùng màu đỏ, nhưng chúng không biết về vùng màu xanh lam hay xanh lục.
2. Lạm phát + Giãn nở
3. Vũ trụ ngày nay: Vùng màu xám là vũ trụ quan sát được của chúng ta [Trái Đất nằm ở tâm của vùng này]. Giờ đây, vũ trụ quan sát được nhỏ hơn vùng màu xanh lục, nghĩa là nơi nào trong vũ trụ quan sát được cũng đều đã có thời gian để tiếp xúc với nhau.
Lúc này, chúng ta cho rằng sẽ thấy nền vi sóng vũ trụ có nhiệt độ đồng đều khi ta nhìn theo các hướng khác nhau.