VŨ TRỤ Vũ trụ toàn hệ thống không-thời gian sống, chứa toàn vật chất vànăng lượng Ở thang vĩ mô Vũ trụ bao gồm tất thiên hà, tức tập hợp thiên thể hành tinh v.v , có Trái Đất Ở thang vi mô Vũ trụ bao gồm tất cácnguyên tử hạt cấu thành nên dạng tồn giới vật chất Khoa học nghiên cứu vũ trụ tổng thể gọi vũ trụ học, lĩnh vực kết hợp vật lývà thiên văn Vũ trụ học, cuối kỷ 20, phân làm hai nhánh thực nghiệm lý thuyết Các nhà vũ trụ học thực nghiệm gần từ bỏ hy vọng quan sát toàn vũ trụ; đó, nhà vũ trụ học lý thuyết phát triển mô hình cho toàn vũ trụ, bất chấp khả lý thuyết đủ chứng thực nghiệm để kiểm chứng Các lý giải quan sát thiên văn đương thời cho thấy tuổi Vũ trụ 13,798 ± 0,037 tỷ năm [1] đường kính thực phần Vũ trụ quan sát 93 tỷ năm ánh sáng hay 8,80×1026 mét.[2] Việc hai thiên hà rời xa khoảng 93 tỷ năm ánh sáng sau 14 tỷ năm dường điều nghịch lý xảy ra, theo Thuyết tương đối hẹp không đối tượng vật chất gia tốc để chuyển động với vận tốc vượt vận tốc ánh sáng Tuy nhiên, theo Thuyết tương đối rộng, không gian giãn nở mà không gặp phải giới hạn nội tốc độ, hai thiên hà rời xa nhanh tốc độ ánh sáng không gian chúng bị giãn Do giới hạn vận tốc truyền ánh sáng mà quan sát phần nhỏ vũ trụ, gọi "Vũ trụ khả kiến" hay "Vũ trụ quan sát được" Đa số nhà thiên văn dùng từ "Vũ trụ" nói đến "Vũ trụ quan sát được" Lý tượng vật lý nằm khoảng vũ trụ quan sát vượt hiểu biết người thời điểm Vì quan sát không gian bên giới hạn vận tốc ánh sáng (hay dạng lan truyền tương tác nào), kết luận Vũ trụ tổng thể vô hạn hay hữu hạn, hai khả xảy (Vũ trụ hữu hạn biên giới cụ thể nào) Các mốc lịch sử khám phá vũ trụ loài người: • • • Thế kỷ TCN, Aristarchus người hiểu hệ thống hành tinh hệ nhật tâm Khám phá đối lập với quan niệm giới Aristotle Ông tính xác khoảng cách Trái Đất Mặt Trăng Thế kỷ TCN, Eratosthenes tính chu vi Trái Đất xích đạo sai khác khoảng 650 km(sai số 1,5%) Thế kỷ TCN, Hipparchus tính lại khoảng cách Trái Đất Mặt Trăng, thống kê 1500 sao, tính gần chu kỳ tuế sai trục Trái Đất Những kiến thức người Ả Rập học lại Khi người Ả Rập mở rộng ảnh hưởng, sách Almagest Claudius Ptolemaeus với mô hình vũ trụ địa tâm truyền bá Cuộc cách mạng Copernic đảo lộn lại quan niệm địa tâm: • • Nicolaus Copernicus khám phá lại hệ nhật tâm Isaac Newton Johannes Kepler xác định chuyển động hành tinh, dựa vào định luật Newton khám phá lực hấp dẫn, kiểm chứng quan sát thiên văn • Giordano Bruno áp dụng mô hình hệ Mặt Trời cho tất khác, mở rộng vũ trụ vô Các tiến kỹ thuật quan sát thiên văn kỷ 20 mở loạt khám phá vật thể kỳ lạ vũ trụ (như giai đoạn phát triển khác nhau), cấu trúc vĩ mô vũ trụ (gồm tụ tập thiên hà nhóm thiên hà), đặc biệt xu giãn nở vũ trụ, quan sát Edwin Hubble Quan sát giãn nở vũ trụ tiền đề để xây dựng nên mô hình tiến hóa vũ trụ công nhận rộng rãi nay, mô hình Vụ Nổ Lớn Lý thuyết Vụ Nổ Lớn Từ quan sát dịch chuyển đỏ thiên hà có chứng vũ trụ nở ra, theo định luật Hubble Quay ngược khứ, ta gặp đến điểm kỳ dị hấp dẫn, khái niệm mang tính chất toán học, không thực trùng với thật Đây sở để hình thành lý thuyết Vụ Nổ Lớn, lý thuyết công nhận nhiều vũ trụ học ngày Lý thuyết cộng với tiến quan sát (Tàu thăm dò vi sóng phi đẳng hướng Wilkinson, WMAP, NASA) ước lượng tuổi vũ trụ vào khoảng 13,8 tỷ (13,8 × 109) năm, với sai số cỡ 1% (± 170 triệu năm) Độ xác dựa giả thuyết lý thuyết dùng xử lý kết đo đạc Nhiều phép đo khác cho kết dao động từ 10 đến 15 tỷ năm Các quan sát tảng thuyết Vụ Nổ Lớn gồm có: • • • • Các thiên hà xa chuyển động xa nhanh Phông vi sóng vũ trụ, có nhiều khả xạ tàn dư từ thời kỳ đầu Vụ Nổ Lớn, bị dịch chuyển đỏ đến mức có tần số chúng nằm vùng vi sóng Nền xạ đẳng hướng giải thích lạm phát vũ trụ sau Vụ Nổ Lớn Tỷ lệ nguyên tố nặng tăng dần qua hệ nhờ tổng hợp phản ứng lượng cao Phân bố tiến hóa hình dáng thành phần hóa học hệ thiên hà Kích thước vũ trụ vũ trụ quan sát Vũ trụ vô lớn Vấn đề vũ trụ thực tế vô hạn hay hữu hạn nhiều tranh luận Vũ trụ quan sát được, gồm tất nơi có tác động đến người kể từ Vụ Nổ Lớn, chắn hữu hạn, tốc độ truyền tương tác không vượt tốc độ ánh sáng Rìa chân trời vũ trụ cách 13,7 tỷ năm ánh sáng Do vũ trụ không ngừng nở, thời điểm nay, rìa đến khoảng cách khoảng 46,6 tỷ năm ánh sáng (4.4 × 1023 km), bán kính Vũ trụ quan sát (tức khối cầu có tâm điểm quan sát Trái Đất) [3] Như vậy, thể tích đồng hành vũ trụ quan sát 4,2 × 1032 năm ánh sáng khối Chúng ta nằm tâm vũ trụ quan sát được, tâm toàn thể vũ trụ Và diều hoàn toàn phù hợp với nguyên lý Copernic, nói vũ trụ đồng tâm Khi nhìn xa, tức nhìn khứ, giới hạn thời điểm Vụ Nổ Lớn xảy Vì ánh sáng chuyển động với vận tốc theo hướng đến chúng ta, nằm tâm vũ trụ quan sát Để tiện so sánh, ta biết đường kính thiên hà điển hình 30 nghìn năm ánh sáng, khoảng cách điển hình hai thiên hà lân cận triệu năm ánh sáng [4] Thí dụ, Thiên hà có đường kính khoảng 100 nghìn năm ánh sáng [5] thiên hà gần nhất,thiên hà Andromeda, cách khoảng 2,5 triệu năm ánh sáng.[6] Vũ trụ quan sát chứa nhiều 80 tỷ thiên hà, nhóm lại quần thiên hà siêu quần thiên hà [7] Những thiên hà điển hình bao gồm từ thiên hà lùn với khoảng 10 triệu (107) sao[8] tới thiên hà kềnh với nghìn tỷ (1012) sao,[9] tất quay xung quanh khối tâm thiên hà Như từ số đưa ước tính cho thấy có khoảng nghìn tỷ tỷ (1021) Số lượng thiên hà, theo quan sát Hubble Deep Field kính viễn vọng không gian Hubble, lớn ước lượng Theo nghiên cứu năm 2010 nhà thiên văn học số Vũ trụ quan sát lên tới 300 nghìn tỷ tỷ (3×10 23).[10] Ngày 21 tháng 3, 2013, nhóm nghiên cứu châu Âu dựa tàu thăm dò Planck công bố đồ không gian xạ phông vi sóng vũ trụ.[11][12][13][14][15] Bản đồ thể vũ trụ già người ta nghĩ, theo đó, dao động nhỏ nhiệt độ ghi lạ bầu trời sâu thẩm vũ trụ có tuổi khoảng 370.000 năm Dấu ấn phản ánh gợn sóng tăng lên từ sớm, tồn vũ trụ, vào khoảng (10−30) giây Rõ ràng, gợn sóng dẫn đến mạng lưới vũ trụ rộng lớn cụm thiên hà vật chất tối Theo nhóm nghiên cứu, vũ trụ có tuổi khoảng 13,798 ± 0,037 tỉ năm,[16][17] chứa 4,9% vật chất, 26,8% vật chất tối 68,3% lượng tối Cũng Hằng số Hubble đo đạc 67,80 ± 0,77 (km/s)/Mpc [11][12][13][15][17] Phân tích trước quan sát vũ thiên văn vũ trụ có tuổi 13,772 ± 0,059 tỉ năm, [18] có đường kính 93 tỉ năm ánh sáng hay8,80×1026 met.[2] Mật độ vật chất vũ trụ[ Trên sở quan sát được: × 10−31g/cm3 Giả định (kể vật chất tối): 10−30 - 10−29g/cm3 Các quần thiên hà: × 10−28g/cm3 Khí sao: × 10−25 - 10−24g/cm3 Thiên Hà: × 10−24g/cm3 Lỗ đen (mật độ Planck, giả định): × 1093g/cm3 Thành phần Các quan sát vũ trụ cho thấy không-thời gian phẳng (trên thang vĩ mô) chứa mật độ lượng-khối lượng 9,9 × 10−30gam xentimét khối Trong có 68,3% lượng tối (suy từ hình dạng không thời gian), 26,8% vật chất tối (suy từ quỹ đạo thiên hà đo đạc lỗ đen) 4,9% nguyên tố hóa học (suy từ quan sát thiên thể phát ánh sáng hay xạ điện từ).[1] Bản chất vật chất tối lượng tối chưa hiểu kỹ Trong thời kỳ đầu Vụ Nổ Lớn, vật chất thông thường phản vật chất sinh với khối lượng Tuy nhiên, vi phạm đối xứng CP, lượng vật chất thông thường dần chiếm tỷ lệ cao Phần vật chất phản vật chất lại tự hủy cặp với để sinh raphoton, vũ trụ lại lượng vật chất thông thường dư thừa ngày nay.[19] Trước hình thành, thành phần hóa học vũ trụ chứa chủ yếu hydro (75% khối lượng tổng cộng), phần helium-4 (4He) (24% khối lượng tổng cộng) với chút nguyên tố hóa học lại.[20] Một lượng nhỏ đồng vị đơtơri, 3He liti (7Li).[21]Sau đó, qua hệ sinh chết đi, không gian bổ sung thêm sản phẩm phản ứng nhiệt hạch, thường phóng vụ nổ siêu tân tinh, gió [22] Vụ Nổ Lớn để lại lượng lớn photon (ở dạng xạ quan sát được) neutrino Nhiệt độ xạ giảm đặn vũ trụ nở ra, xuống 2,725 K, ứng với cực đại xạ sóng vi ba.[23] Mật độ neutrino ngày vào khoảng 150 hạt xentimét khối [24] Hình dáng vũ trụ Hình dáng vũ trụ câu hỏi quan trọng vũ trụ học Câu hỏi vũ trụ "phẳng" tuân thủ hình học Euclid khoảng cách vĩ mô, hay không? Hiện nay, đa số nhà vũ trụ học tin vũ trụ quan sát phẳng, có chỗ không-thời gian méo địa phương tập trung mật độ vật chất cao bất thường (như hố đen) Nhận xét củng cố chứng thực nghiệm WMAP, thí nghiệm nhìn vào "dao động" phông vi sóng vũ trụ Câu hỏi thứ hai vũ trụ có đa liên thông hay không? Theo mô hình Vụ Nổ Lớn, vũ trụ biên giới, chứa lượng không gian hữu hạn Điều tương tự bề mặt hình cầu: bề mặt biên giới, diện tích bề mặt hữu hạn ( ); bề mặt theo "đường thẳng" lại vòng chỗ cũ Ví dụ ba chiều tương đương gọi "không gian cầu" khám phá Bernhard Riemann, với thể tích ( ) Nếu vũ trụ ta tương tự vậy, ta theo "đường thẳng", ta trở lại điểm xuất phát sau hết "chu vi" vũ trụ Điều dẫn đến kết thú vị ta nhìn thấy nhiều ảnh sao, ánh sáng từ nhiều vòng quanh vũ trụ trước đến mắt ta (tương tự nhiều ảnh nến nằm hai gương song song) Câu hỏi chưa trả lời cách dứt khoát, với kết vũ trụ phẳng, khả vũ trụ đa liên thông thấp Tương lai vũ trụ Bài chi tiết: Tương lai vũ trụ Giả thiết kết thúc vũ trụ Phụ thuộc vào mật độ vật chất lượng vũ trụ mà tiếp tục nở mãi nở chậm dần lực hấp dẫnrồi sụp đổ trở lại, tạo thành Vụ Sập Lớn Các chứng quan sát cho thấy mật độ vật chất vũ trụ không đủ lớn để giảm giãn nở, mà chí giãn nở tăng tốc mãi Năm 1924, Hubble (1889-1935) nhờ kính thiên văn dài 2,5m núi Wilson, lần phát xepheit tinh vân Andromede tính toán khoảng cách chúng xác lập thiên hà dải Ngân hà Điều chứng minh thiên hà tồn thiên hà khác nằm thiên hà Năm 1928, ông phát thiên hà có phổ dịch phía đỏ chấp nhận hiệu ứng Doppler từ quan sát mình, ông đưa quy luật thiên hà chuyển động xa nhau, thiên hà xa chuyển động nhanh: V=H.d (V vận tốc chạy xa thiên hà khoảng cách d; H, số Hubble, có giá trị khoảng 25 km/s triệu năm ánh sáng) Nếu thuyết tương đối điều có nghĩa Vũ trụ giãn nở Đa số nhà vật lý thiên văn ngày thừa nhận điều Theo quan sát thực năm 1998 Đại học Seattle, vũ trụ giãn nở mãi gia tốc Đa vũ trụ Có giả thuyết có nhiều vũ trụ tồn tại, cấu trúc mức độ cao gọi đa vũ trụ (en:multiverse) Vũ Trụ số vũ trụ đa vũ trụ Ví dụ, vật chất rơi vào hố đen Vũ Trụ thành "Vụ Nổ Lớn" bắt đầu vũ trụ khác Tuy giả thuyết kiểu có kiểm chứng Ngoài vũ trụ rộng lớn tỷ năm ánh sáng nên đủ nguyên liệu để tìm hiểu xem sức lớn vũ trụ Tuy nhiên, theo tính toán có giả thiết cho có tất mức đa vũ trụ [25] Tự nhiên tuân theo quy luật định từ vi mô đến vĩ mô vũ trụ không nằm quy luật Ta tưởng vũ trụ nguyên tử hành tinh vũ trụ cácelectron chuyển động theo quỹ đạo xác định trung tâm vũ trụ nhân phân tử theo thuyết vũ trụ mà ta sống không gian vô hạn không xác định tồn hệ vũ trụ khác Phản vũ trụ Phản vũ trụ (phản giới) giả thiết vũ trụ cấu thành thành phần phản vật chất, tuân theo nguyên tắc vật lý khác với nguyên tắc vật lý có Phản vũ trụ không gian cấu thành từ thành phần phản vật chất Nó nhữngtính chất vật lý biết Tính chất phản vũ trụ hoàn toàn trái ngược với vũ trụ Nó tồn song song với vũ trụ cách xa Nó hình thành với vụ nổ lớn Trường hợp phản vũ trụ gần với vũ trụ tạo nên không gian không gian phi vật chất, vũ trụ biến ... dứt khoát, với kết vũ trụ phẳng, khả vũ trụ đa liên thông thấp Tương lai vũ trụ Bài chi tiết: Tương lai vũ trụ Giả thiết kết thúc vũ trụ Phụ thuộc vào mật độ vật chất lượng vũ trụ mà tiếp tục nở... cao gọi đa vũ trụ (en:multiverse) Vũ Trụ số vũ trụ đa vũ trụ Ví dụ, vật chất rơi vào hố đen Vũ Trụ thành "Vụ Nổ Lớn" bắt đầu vũ trụ khác Tuy giả thuyết kiểu có kiểm chứng Ngoài vũ trụ rộng lớn... tinh vũ trụ cácelectron chuyển động theo quỹ đạo xác định trung tâm vũ trụ nhân phân tử theo thuyết vũ trụ mà ta sống không gian vô hạn không xác định tồn hệ vũ trụ khác Phản vũ trụ Phản vũ trụ