Vật lý vũ trụ - 1

Vật lý vũ trụ - 1Trước BIGBANG có gìVũ trụ hình thành từ một vụ nổ lớn có tên là Bigbang. Vậy trước Bigbang có gì? Những định luật vật lý từ đâu đến? Nhiều nhà vật lý cho rằng các định luật vật lý không tồn tại trong không - thời gian. Giống như toán học, chúng có một đời sống riêng. Chúng mô tả vũ trụ, song chúng không"nằm trong" vũ trụ. Thực thế, nếu các định luật vật lý được sinh ra cùng với vũ trụ, thì làm sao chúng ta lại có thể sử dụng chúng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật lý vũ trụ - 1 Vật lý vũ trụ - 1 Trước BIGBANG có gìVũ trụ hình thành từ một vụ nổ lớn có tên là Bigbang. Vậy trước Bigbang có gì?Những định luật vật lý từ đâu đến?Nhiều nhà vật lý cho rằng các định luật vật lý không tồn tại trong không - thờigian. Giống như toán học, chúng có một đời sống riêng. Chúng mô tả vũ trụ, songchúng khôngnằm trong vũ trụ. Thực thế, nếu các định luật vật lý được sinh racùng với vũ trụ, thì làm sao chúng ta lại có thể sử dụng chúng đề giải thích vũ trụđã sinh ra như thế nào? Như vậy để có một cơ may hiểu được vũ trụ đã xuất hiệnnhư thế nào, chúng ta phải chấp nhận rằng các định luật vật lý là trừu trượng,trường cửu. Vậy các định luật vật lý từ đâu mà ra? Tại sao là những định luật nàymà không là những định luật khác? Đây là những câu hỏi nghiêm chỉnh thuộcphạm vi siêu hình. Một số tác giả cho rằng các định luật đã là như thế vì đòi hỏicủa logic, một số khác cho rằng tồn tại nhiều vũ trụ với những định luật vật lýkhác nhau, và chỉ có một số vũ trụ là có những định luật cần thiết cho quá trìnhphát sinh sự sống và những sinh vật có khả năng nhận định các định luật đó. Cácđịnh luật vật lý làm thành cơ sở của một tập logic giống như các định đề Euclide làcơ sở của một tập logic mà chúng ta gọi là hình học Euclide. Chúng ta có quyềnkhông chấp nhận các định đề Euclide, song các định đề n ày đơn giản nhất để xâydựng một hình học và có thể các định luật vật lý ta dùng thoả mãn tính đơn giảnđó để giải thích vũ trụ. Khi gặp những vấn đề khác không giải thích được ta phảitìm ra những định đề khác - những định luật khác! Bên cạnh những định luật, quátrình tiến triển của vũ trụ gắn liền với những đối xứng.Một số đối xứng đã mất đi từ lúc Bigbang, một trong các đối xứng như thế có thểlà siêu đối xứng (supersymmetry), đối xứng nối liền fermion và boson. Đối xứngnày là một yếu tố cơ bản của lý thuyết si êu dây. Các máy gia tốc sẽ kiểm nghiệmvai trò của siêu đối xứng trong lý thuyết thống nhất, trong đó có vấn đề xác địnhxem hạt neutralino có thuộc vật chất tối hay không. Hạt neutralino l à một siêu hạt= tổ hợp các siêu hạt Zino + Photino + Higgsino. Khối lượng các siêu hạt có thểliên quan đến trường Higgs.Những cỗ máy đi ngược thời gianHãy nhìn lên mặt trăng, khoảng cách giữa mặt trăng và quả đất là vào khoảng380.000 km, như vậy ánh sáng cần một thời gian hơn một giây để đi từ mặt trăngđến trái đất. Do đó khi nhìn mặt trăng ta đã thu nhận hình ảnh của mặt trăng trướcđó một giây trong quá khứ, chứ không phải hình ảnh của nó hiện tại. Khi nhìnnhững sao trên bầu trời ta chỉ thu nhận được hình ảnh của chúng cách hiện tạihàng triệu triệu năm tuỳ theo khoảng cách của chúng đến mặt đất. Như vậy khiquan sát bầu trời, các nhà thiên văn đã đi lùi vào quá khứ và đã trở thành nhữngnhà khảo cổ nghiên cứu lịch sử của vũ trụ. Lịch sử này đã có quá khứ khoảng 13,7 tỷ năm! Bức xạ tàn dư của vũ trụ (CMB - Cosmic Microwave Bacground) đãđược phát đi vào thời điểm sau Bigbang khoảng 380.000 năm: Lúc này các hạtnhân hydrogen và helium đã bắt hết các electron đang lang thang tự do, ánh sángthoát khỏi tương tác với các electron lan truyền trong vũ trụ để thành CMB. Vậycó thể nói các nhà thiên văn đã nắm bắt được 99,999 % lịch sử của vũ trụ!Và trước đó? Các neutrino đã xuất hiện 1 giây sau Bigbang và đã du hành trong vũtrụ trong một thời gian bằng 13,7 tỷ năm trừ bớt 1 giây.Còn trước đó? Trước bức xạ neutrino là bức xạ hấp dẫn, phát sinh vào thời điểm10-43 giây sau Bigbang vào cuối kỷ nguyên gọi là kỷ nguyên Planck. Bức xạ hấpdẫn này có hy vọng ghi đo được nhờ những kính viễn vọng hấp dẫn Virgo (Ýá),Ligo (Mỹ) và trong tương lai nhờ Lisa, một hệ thống vệ tinh của Nasa. Và chúngta đã tiến sát thời điểm Bigbang chỉ còn cách Bigbang khoảng một phần tỷ củamột phần tỷ của một phần tỷ của một phần tỷ giây.Và trước đó? Trước đó trong kỷ nguyên Planck chúng ta chưa biết có bức xạ nàovì chúng ta chưa có một lý thuyết nào để mô tả kỷ nguyên này. Một thời khoảngvô cùng nhỏ cách biệt chúng ta với Bigbang, thế mà chúng ta chưa vượt qua được!Lược sử vũ trụLúc vũ trụ được 10-35 giây xảy ra quá trình nở lạm phát (inflation) vàkết thúc vàothời điểm 10-32 giây. Đây là một quá trình giãn nở bột phát của vũ trụ: Trong mộtthời đoạn ngắn ngủi, kích thước của vũ trụ đã tăng lên 1050 lần. Quá trình nở lạmphát có thể bắt nguồn với một dạng năng l ượng tối. Dạng năng lượng này đóng vaitrò gì trong lý thuyết thống nhất? Có mốiliên quan gì đến sự tồn tại của hạt Higgsvà với các chiều dư?Sau Bigbang 10-33 giây, vũ trụ ở vào trạng thái plasma của quark và gluon (PQG).Trong trạng thái này quark chuyển động tự do và tương tác với nhau bằng trao đổigluon. Ngày 10.2.2000, Trung tâm CERN tuyên bố đã thu được PQG trong phòngthí nghiệm sau 15 năm nghiên cứu.Lúc vũ trụ được 10-6 giây thì hình thành các hadron.Lúc vũ trụ được 100 giây thì các hạt nhân nguyên tử được hình thành.Lúc vũ trụ được 300.000 năm tuổi thì bức xạ tách khỏi vật chất và dẫn đến CMB(Cosmic Microwave Background - bức xạ tàn tư của vũ trụ).Sau đó vũ trụ nguội dần và nhiều quá trình chuyển pha đã xảy ra. Những quá trìnhchuyển pha này có thể dựng lại trong phòng thí nghiệm nhờ những máy gia tốcnăng lượng cao.Quá trình chuyển pha điện yếu đã gây nên sự bất đối xứng vật chất Q - phản vậtchất. Trong quá trình chuyển pha ứng với sắc động lực học l ượng tử QCD, vậtchấtbaryonic ngưng tụ thành dạng plasma của quark - gluon.Người ta muốn kiểm nghiệm tất cả các quá trình này trong phòng thí nghiệm.Có gì trước Bigbang?Có hai quan điểm:1) Trước Bigbang có một thời kỳ tiền Bigbang;2) Không có điều gì có trước Bigbang.Những kịch bản lãng mạn của thời kỳ tiền BigbangNhiều nhà lý thuyết không đồng ý với quan điểm không có gì trước Bigbang. Họđã đưa ra những kịch bản (không kém các kịch bản Hollywood):- Một v ...