Kính viễn vọng James Webb đã tiết lộ bí mật của vũ trụ: Big Bang chỉ là trí tưởng tượng của con người?

Vũ trụ được sinh ra như thế nào? Đây là một trong những vấn đề lâu đời nhất và khó giải đáp nhất trong lịch sử loài người.

Lý thuyết Big Bang ra đời như thế nào?

Thuyết Big Bang cho rằng vũ trụ bắt đầu từ một điểm kỳ dị vô cùng nhỏ và vô cùng đặc, sau một vụ nổ dữ dội, thời gian, không gian và vật chất được tạo ra, sau đó giãn nở và nguội đi liên tục để hình thành các ngôi sao, thiên hà và các thiên thể khác.

Lý thuyết này lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà vật lý Georges Lemaitre vào năm 1927, người đã đưa ra một mô hình toán học mô tả nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ dựa trên thuyết tương đối rộng của Einstein.

Lý thuyết của Georges Lemaitre lúc đầu không được chấp nhận rộng rãi, thậm chí còn bị nhà vật lý người Anh Fred Hoyle chế giễu là "Big Bang", nghĩa là "vụ nổ lớn". Bản thân Hoyle là người đề xướng vũ trụ học trạng thái ổn định, ý tưởng cho rằng vũ trụ là vĩnh cửu và không thay đổi, không có điểm bắt đầu và không có kết thúc.

Tuy nhiên, sau những năm 1950, với sự tiến bộ của công nghệ quan sát và những khám phá mới, thuyết Big Bang dần dần có được nhiều bằng chứng và sự ủng hộ hơn - trong đó quan trọng nhất là bức xạ nền vi sóng vũ trụ.

Lý thuyết Vụ Nổ Lớn, thường gọi theo tiếng Anh là Big Bang, là mô hình vũ trụ học nổi bật miêu tả giai đoạn sơ khai của sự hình thành vũ trụ. (Ảnh: Zhihu).

Bức xạ nền vi sóng vũ trụ đề cập đến tia sáng đầu tiên phát ra sau 380.000 năm kể từ khi vũ trụ ra đời và nó vẫn tràn ngập toàn bộ vũ trụ sau 13,8 tỷ năm. Bức xạ nền vi sóng vũ trụ lần đầu tiên được phát hiện một cách tình cờ vào năm 1964 bởi các nhà vật lý người Mỹ Arno Penzias và Robert Wilson, những người khi sử dụng kính viễn vọng vô tuyến đã phát hiện ra những tiếng động mờ nhạt đến từ mọi hướng trên bầu trời.

Sau khi loại trừ nhiều nguồn gây nhiễu khác nhau, họ nhận ra rằng tiếng ồn có thể là một loại bức xạ nào đó từ quá khứ xa xôi. Cùng thời điểm đó, nhà vật lý người Mỹ Robert Henry Dicke và các cộng sự cũng chuẩn bị sử dụng thiết bị tương tự để tìm kiếm sự tồn tại của bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Khi biết tin Penzias và Wilson đã phát hiện ra bức xạ nền vi sóng vũ trụ, Robert Henry Dicke đã liên lạc ngay với họ và xác nhận phát hiện của mình.

Vụ Nổ Lớn xảy ra cách đây khoảng 13,8 tỷ năm trước, do đó được xem là tuổi của vũ trụ. (Ảnh: Sciencealert).

Penzias và Wilson sau đó đoạt giải Nobel Vật lý năm 1978 nhờ khám phá ra bức xạ nền vi sóng vũ trụ, trong khi Dicke và các đồng nghiệp của ông đã bỏ lỡ vinh dự vì không công bố lý thuyết của họ kịp thời.

Việc phát hiện ra bức xạ nền vi sóng vũ trụ là bằng chứng mạnh mẽ nhất của thuyết Big Bang, bởi nó rất khớp với nhiệt độ và tần số mà lý thuyết dự đoán, đồng thời phân bố đều khắp bầu trời, cho thấy mức độ đồng nhất cao trong vũ trụ sơ khai. Tuy nhiên, những quan sát gần đây từ Kính viễn vọng Không gian James Webb đã đặt ra một số thách thức cho lý thuyết này.

Bức xạ nền vi sóng vũ trụ đề cập đến tia sáng đầu tiên phát ra sau 380.000 năm kể từ khi vũ trụ ra đời và nó vẫn tràn ngập toàn bộ vũ trụ sau 13,8 tỷ năm. (Ảnh: Zhihu).

Kính viễn vọng Webb đã nhìn thấy gì?

Theo thuyết Big Bang, vũ trụ là một plasma đồng nhất, nhiệt độ cao, mật độ cao, không có bất kỳ cấu trúc hay vật chất nào trong vài triệu năm đầu tiên. Khi vũ trụ nguội đi và giãn nở theo thời gian, một số biến động nhỏ về mật độ bắt đầu tăng lên và dần dần khuếch đại. Những biến động mật độ này khiến vật chất tích tụ ở một số khu vực và trở nên thưa thớt ở những khu vực khác.

Điều này tạo ra các vùng trong đó một số hạt nhân và electron có thể kết hợp để tạo thành các nguyên tử hydro trung tính, được gọi là các giai đoạn tái ion hóa. Trong thời kỳ này, không có nguồn sáng, vũ trụ ở trạng thái tối và trong suốt.

Thời kỳ tái ion hóa kết thúc khoảng 13 tỷ năm trước, khi thế hệ sao và thiên hà đầu tiên bắt đầu hình thành và phát ra bức xạ cực tím cực mạnh. Trong thời kỳ này, các ngôi sao và thiên hà trải qua quá trình tiến hóa nhanh chóng và phức tạp.

Theo thuyết Big Bang, vũ trụ là một plasma đồng nhất, nhiệt độ cao, mật độ cao, không có bất kỳ cấu trúc hay vật chất nào trong vài triệu năm đầu tiên. Ảnh: Zhihu

Theo dự đoán lý thuyết, các tiền thiên hà phải có những đặc điểm sau: thứ nhất, chúng có hình dạng không đều, không có cấu trúc hoặc chuyển động quay rõ ràng; thứ hai, độ sáng và mật độ của chúng thấp, do thiếu các nguyên tố nặng và bụi; cuối cùng, chúng tương đối nhỏ do vật chất phân bố không đồng đều và lực hấp dẫn không đồng đều, ổn định.

Tuy nhiên, Kính viễn vọng Không gian James Webb đã cho chúng ta thấy một bức tranh hoàn toàn khác so với dự kiến. Theo các bài báo mới được công bố trên các tạp chí bao gồm Nature, Science và Acta Astronomica, Kính viễn vọng Không gian James Webb đã tìm thấy thứ gì đó không phù hợp với mong đợi.

Đầu tiên, một số thiên hà sáng và dày đặc đến mức chúng vượt quá dự đoán lý thuyết. Ví dụ, Kính viễn vọng Không gian James Webb đã quan sát một thiên hà cách chúng ta khoảng 13,2 tỷ năm ánh sáng, sáng bằng 100 tỷ Mặt Trời và đặc hơn 100 lần so với Dải Ngân hà, là một trong những thiên hà nguyên sinh sáng nhất và dày đặc nhất được biết đến.

Thứ hai, một số thiên hà đã có sẵn cấu trúc xoắn ốc và đĩa nhẵn thay vì hình dạng bất thường.

Ảnh minh họa. Ảnh: Acta Astronomica

Ngoài ra, Kính viễn vọng Không gian James Webb cũng đã phát hiện hơn 1.000 thiên hà nguyên sinh ở một khu vực cách chúng ta khoảng 13 tỷ năm ánh sáng, trong khi theo mô phỏng lý thuyết thì đáng lẽ chỉ có vài chục thiên hà trong khu vực này.

Những thiên hà này là một trong những nhóm tiền thiên hà lớn nhất và dày đặc nhất được biết đến. Những phát hiện này khiến các nhà thiên văn học ngạc nhiên và bối rối vì chúng không phù hợp với những gì lý thuyết Big Bang dự đoán.

Theo lý thuyết, những thiên hà nguyên thủy này lẽ ra vẫn ở trạng thái nguyên thủy và hỗn loạn chứ không phải đã phát triển những đặc điểm phức tạp và trưởng thành. Vậy, những thiên hà nguyên thủy này hình thành và phát triển như thế nào? Vụ nổ Big Bang có thực sự xảy ra không?

Lý thuyết Big Bang: Sửa đổi hay từ bỏ?

Đối mặt với những quan điểm và thách thức mới do Kính viễn vọng Không gian James Webb mang đến cho chúng ta, các nhà thiên văn học đã đưa ra những quan điểm và giải thích khác nhau. Một số người tin rằng những quan sát này không có nghĩa là thuyết Big Bang sai hoàn toàn. Họ tin rằng những thiên hà nguyên thủy này có thể được hình thành và phát triển với tốc độ nhanh hơn do tác động của vật chất tối hoặc năng lượng tối.

Vật chất tối hoặc năng lượng tối có thể đã đóng một vai trò quan trọng trong vũ trụ sơ khai, thúc đẩy sự tích tụ vật chất và hình thành cấu trúc, dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các thiên hà nguyên thủy. Họ cũng tin rằng những thiên hà nguyên sinh này có thể là những dị thường gây ra bởi một số môi trường hoặc điều kiện đặc biệt, chứ không phải do các quy luật phổ quát.

Mặt khác, cũng có những người tin rằng những quan sát này có thể có nghĩa là lý thuyết Big Bang cần được xem xét lại hoặc từ bỏ. Họ tin rằng vũ trụ có thể không có sự khởi đầu hay kết thúc duy nhất mà là một quá trình mang tính chu kỳ.

Kính thiên văn Webb đã mang đến cho chúng ta những thách thức và cơ hội mới để hiểu biết sâu hơn và rộng hơn về vũ trụ. Nó cũng khiến chúng ta nhận ra rằng vẫn còn nhiều thiếu sót, điểm mù trong hiểu biết của chúng ta về nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ, cần phải không ngừng sửa đổi, hoàn thiện. (Ảnh: Zhihu).

Nói cách khác, vũ trụ có thể đã trải qua nhiều vụ nổ lớn và sự co lại lớn, mỗi lần như vậy lại tạo ra một vũ trụ mới. Lý thuyết này được gọi là lý thuyết vũ trụ tuần hoàn, và nó tin rằng vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong vô số vũ trụ, và mỗi vũ trụ đều có những đặc điểm và quy luật riêng.

Có lẽ những thiên hà nguyên thủy này là tàn dư của vũ trụ trước đó chứ không phải của vũ trụ chúng ta. Tất nhiên, đây chỉ là một khả năng và không có bằng chứng thuyết phục. Để xác minh giả thuyết này, chúng ta cần dữ liệu quan sát ngày càng chính xác hơn để phân tích và so sánh.

• Đi tìm nguyên nhân gây ra vụ nổ Big Bang
• Bí ẩn lỗ đen và giả thiết mới về sự sinh ra vũ trụ
• Bên ngoài vũ trụ là gì?