Năng lượng tối và hành trình khám phá bí ẩn lớn nhất trong vũ trụ

Vũ trụ rộng lớn chứa biết bao điều bí ẩn mà con người chưa thể khám phá hết

Trong đầu những năm 1990, các nhà khoa học có quan điểm khá thống nhất về sự giãn nở của vũ trụ. Họ cho rằng trọng lực làm chậm quá trình giãn nở của vũ trụ qua thời gian. Mặc dù quá trình chậm lại không được quan sát, nhưng theo lý thuyết, sự giãn nở của vũ trụ phải chậm lại. Trong vũ trụ đầy các vật chất và lực hấp dẫn kéo tất cả vật chất xích lại gần nhau.

Đến năm 1998, quan sát của kính viễn vọng không gian Hubble về các siêu tân tinh ở khoảng cách xa cho thấy rằng vũ trụ từ cách đây rất lâu đã giãn nở chậm hơn so với ngày nay.

Các nhà khoa học đang đi tìm nguyên nhân khiến vũ trụ ngày càng giãn nở rộng thêm

Nên sự giãn nở của vũ trụ không bị chậm lại do trọng lực, giống như mọi người đã nghĩ mà quá trình này xảy ra nhanh hơn. Không ai biết có thể giải thích hiện tượng này, nhưng chắc chắn một điều gì đó là nguyên nhân gây ra hiện tượng này.

Cuối cùng, các nhà lý luận đã đưa ra 3 cách giải thích khác nhau. (1) Một giải thích dựa trên thuyết về trọng lực của Einstein, (2) trong khi giải thích khác cho rằng có một số chất lưu năng lượng bao trùm không gian và (3) giải thích còn lại cho rằng thuyết về trọng lực của Einstein có một số điểm chưa đúng.

Cho đến nay, các nhà lý luận vẫn chưa biết đâu là giải thích chính xác, nhưng họ đã thông nhất được tên gọi cho thủ phạm khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn, đó là năng lượng tối.

Năng lượng tối là gì?

Con người biết rất ít về năng lượng tối. Chúng ta biết năng lượng tối tồn tại bởi vì nó gây ảnh hưởng như thế nào tới sự giãn nở của vũ trụ, nhưng những tính chất khác của năng lượng tối vẫn hoàn toàn bí ẩn.

Theo các nhà khoa học, năng lượng tối là nguyên nhân khiến vũ trụ giãn nở

Năng lượng tối được cho là chiếm 68% vũ trụ, trong khi vật chất tối chiếm khoảng 27%. Phần còn lại bao gồm tất cả những gì trên Trái đất, tất cả những gì chúng ta có thể quan sát được, chiếm chưa đầy 5% của vũ trụ.

Năng lượng tối được giải thích là một đặc tính của không gian. Albert Einstein là người đầu tiên hiểu rằng không gian không đơn giản là trống không. Không gian có rất nhiều đặc tính kinh ngạc và nhiều đặc tính mới bắt đầu được tìm hiểu.

Trong lý thuyết về trong lực, Einstein đưa ra một hằng số vũ trụ học để dự đoán rằng không gian trống rỗng có thể có năng lượng của riêng nó. Bởi vì năng lượng này là một đặc tính của không gian, nó sẽ không bị mất đi khi không gian giãn nở. Nên càng nhiều không gian tồn tại, thì càng nhiều năng lượng tối của không gian sẽ xuất hiện.

Kết quả, loại năng lượng này sẽ khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn. Tuy nhiên, không ai hiểu tại sao hằng số vũ trụ học lại tồn tại và tại sao nó là giá trị chính xác gây ra sự giãn nở của vũ trụ.

NASA mô phỏng sự giãn nở của vũ trụ

Một giải thích khác về năng lượng tối của không gian được đưa ra trong thuyết lượng tử của vật chất. Trong lý thuyết này, “không gian trống rỗng” thực sự là những phần tử tạm thời liên tục hình thành và biến mất sau đó.

Một giải thích khác nữa về năng lượng tối cho rằng nó là một loại trường hay chất lỏng năng lượng trong tất cả các không gian. Một số nhà lý luận đặt tên cho năng lượng tối là nguyên tố thứ năm. Nhưng nếu đây là câu trả lời, chúng ta vẫn không biết nguyên tố đó như thế nào, nó tương tác như thế nào và tại sao nó tồn tại. Vì vậy, câu trả lời chính xác về năng lượng tối vẫn là một bí ẩn.

Một khả năng cuối cùng là học thuyết về trọng lực của Einstein không chính xác. Điều đó không chỉ ảnh hưởng tới sự giãn nở của vũ trụ, mà còn ảnh hưởng tới cách phản ứng của vật chất bình thường trong các thiên hà và cụm thiên hà.

Điều này cũng đòi hỏi có một học thuyết mới về trọng lực để tìm ra câu trả lời cho vấn đề năng lượng tối. Những đó là loại lý thuyết gì? Liệu nó có thể miêu tả chính xác sự vận động của các thiên thể trong Hệ Mặt trời? Có nhiều giả thuyết đã được đưa ra, nhưng không giả thuyết nào thuyết phục. Nên năng lượng tối vẫn còn lại một bí ẩn.

Vật chất tối là gì?

Dựa trên các quan sát thiên văn học và mô hình giả thuyết về thành phần của vũ trụ, các nhà khoa học ước tính rằng năng lượng tối chiếm 68%, vật chất tối chiếm 27% và vật chất bình thường chiếm 5% trong vũ trụ. Vậy, vật chất tối là gì?.

Đầu tiên, chúng ta có thể định nghĩa vật chất này có màu tối, đồng nghĩa nó không phải là một dạng của các ngôi sao hay hành tinh mà chúng ta thấy.

Vật chất tối

Thứ hai, nó không phải là dạng các đám mây tối của vật chất bình thường, mà chúng được tạo thành từ các phân tử có tên là baryon. Chúng ta biết điều này bởi vì chúng ta có thể phát hiện các đám mây baryon nhờ đặc tính hấp thụ phóng xa của chúng.

Thứ ba, vật chất tối không phải là phản vật chất, bởi vì chúng ta không nhìn thấy các tia gamma được sinh ra khi phản vật chất tiêu diệt vật chất. Cuối cùng, chúng ta có thể loại trừ vật chất tối là các lỗ đen khổng lồ có kích thước như các thiên hà.

Các nhà khoa học cho rằng vẫn có khả năng vật chất tối tồn tại ở dạng mà chúng ta có thể nhìn thấy. Vật chất baryon có thể tạo thành vật chất tối nếu chúng bị níu giữ trong các ngôi sao lùn màu nâu hay trong những sao lùn chứa nhiều nguyên tố nặng. Tuy nhiên, một số giả thuyết khác cho rằng vật chất tối không phải là các phân tử baryon mà được hình thành từ những phân tử khác giống như axion hay WIMPS.