Tại sao vũ trụ không sụp đổ sau vụ nổ Big Bang?

Theo các mô hình vật lý chính xác nhất hiện nay, vũ trụ chắc chắn phải sụp đổ ngay sau khi phình ra từ vụ nổ Big Bang.

Vấn đề nằm ở hạt Higgs boson, được sinh ra trong thời gian vũ trụ bắt đầu phình ra và giúp giải thích lý do các hạt khác có khối lượng. Những nghiên cứu trước đây chỉ ra, trong vũ trụ sơ khai, các trường Higgs có thể dao động đủ lớn để vượt qua rào cản năng lượng, đưa vũ trụ chuyển từ trạng thái chân không tiêu chuẩn tới trạng thái chân không năng lượng âm. Quá trình chuyển dịch này có thể khiến vũ trụ nhanh chóng sụp đổ vào bên trong của nó.

Nhà vật lý Matti Herranen tại Đại học Copenhagen, Đan Mạch, và các cộng sự đã tiến một bước gần hơn để giải thích vấn đề. Trong nghiên cứu mới công bố hôm 8/12 trên tạp chí Physical Review Letters, nhóm nghiên cứu của Herranen xác định cường độ tương tác của trường Higgs và trường hấp dẫn, thông số cuối cùng còn thiếu trong mô hình chuẩn.

Vũ trụ phình ra nhưng không sụp đổ sau vụ nổ Big Bang. (Ảnh: NASA).

Theo các nhà khoa học, trường Higgs tương tác với trường hấp dẫn càng mạnh thì năng lượng dao động càng lớn, và có thể đạt tới ngưỡng cần thiết cho quá trình chuyển dịch sang trạng thái chân không năng lượng âm.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tính toán sự sụp đổ của vũ trụ sau khi nở rộng chỉ xảy ra khi cường độ tương tác có giá trị lớn hơn một.

Việc tìm ra giới hạn cho cường độ tương tác giữa trường Higgs và trường hấp dẫn sẽ giúp các nhà vật lý phân tích số liệu thực nghiệm với độ chính xác cao hơn. Dữ liệu về bức xạ nền điện từ và sóng hấp dẫn của vũ trụ sẽ tiếp tục giúp thu hẹp phạm vi của cường độ tương tác. Khi kết hợp với các thông số khác, cường độ tương tác giữa trường Higgs và trường hấp dẫn sẽ giúp các nhà nghiên cứu chứng minh vũ trụ không chuyển sang trạng thái sụp đổ như các mô hình hiện nay.

"Kết quả của chúng tôi là sự kết hợp chặt chẽ giữa các thông số, cho phép xác định nếu quá trình vũ trụ chuyển trạng thái diễn ra, bao gồm tương tác trường Higgs và trường hấp dẫn, quy mô năng lượng từ quá trình nở rộng của vũ trụ, điều các phép đo hiện tại không chỉ ra được", Herranen cho biết trên Phys Org.

"Vì vậy, hiện nay chúng ta không thể đưa ra kết luận về việc liệu mô hình chuẩn có vấn đề hay không, nhưng sẽ rất thú vị nếu tương tác giữa trường Higgs và trường hấp dẫn cũng như quy mô nở rộng của vũ trụ được xác định chính xác hơn trong tương lai bằng phép đo độc lập. Ví dụ như bằng cách quan sát các sóng hấp dẫn nguyên thủy sinh ra bởi sự nở rộng của vũ trụ".

Những giá trị này sẽ giúp các nhà khoa học điều chỉnh mô hình vật lý để mô tả vũ trụ chính xác hơn.