S.W.Hawking-Sự khởi đầu củathời gian - Kỳ 2 S.W.Hawking Những nổ lực hướng đến sự khởi đầu của thời gian.ND Mặcdù các địnhluật khoahọc dường như tiên đoán vũ trụ có một khởi đầu, nhưng chúng cũng có biểu hiện không xác địnhđược sự khởi đầunày trông như thế nào. Điều nàyrất khóthỏa mãn. Vìvậy, cómột số nổ lực hòng tìmthấy câu trả lời, như có một điểmkì dị với mật độ vôhạn từngtồntại trong quá khứ. Điều này dẫn đến đồ thị miêutả khoảng cách giữa haithiên hà là mộtđường cong tiến đến không,nhưng không đi qua điểm này,tại một thời điểm xác địnhnào đó trong quá khứ. Thay vào đó, ý tưởngcho rằng khicác thiên hà chạy ra xa nhau,các thiên hà mớiđược tạo thành giữa chúng, từ lượng vật chất liên tụcđược tạo thành. Đây là lý thuyết Vũ trụ bềnvững đượcđề nghị bởi Bondi, Goldvà Hoyle. Thuyết vũ trụ bềnvững, theo cách gọi củaKarl Popper, một lý thuyếttốt về mặtkhoa học: nótạo nênnhững tiên đoán xác định, cóthể được kiểmnghiệm thực tế vàcó khả năngsữa sai. Nhưng thật không may cho lý thuyết này, chúngkhông có căn cứ. Trở ngại đầu tiên đến từ các quan sát thiên văn ở Cambridgecủa một số nguồnsóng vô tuyến với cường độ khác nhau. Bình thường, ta mong đợicác nguồn sóng uể oải nàysẽ ở khoảng cách xahơn nhiều, do đó sẽ chiếm số lượng lớnso với các nguồnsángở gầnchúng ta hơn. Tuynhiên,biểu đồ về số nguồn sóngvôtuyến theo cường độ sáng lại đi ngược lạitiên đoánđỉnh nhọn ở cường độ thấp của lý thuyết vũ trụ ổn định. Một nổ lực giải thích biểu diễncủa đồ thị này, bằng cách giả thiết rằng có một số nguồn sóng vô tuyến yếu nằmtrong thiên hà củachúng ta,và cũng vì vậy khôngcho thấy gìnhiềutừ vũ trụ(vì dải Ngân hàcủa chúng ta chỉ là một trong số nhiều tỉ thiên hàtrong vũ trụ.ND).Lập luậnnày khôngthực sự đứng vữngcho những quansát trong tươnglai gần.Nhưng chiếc đinhcuối cùngđể mở cổ quan tài cho lý thuyết vũ trụ ổn định đến từ khám phá bức xạ nền thang sóng vi ba vào năm 1965. Bức xạ này là như nhautheo mọi hướng. Phổ bức xạ ở trạng thái cân bằng nhiệt có nhiệt độ 2,7 độ trên Không độ tuyệtđối. Lý thuyết vũ trụ ổn định thấtbại trong việc tìm lời giải cho sự tồn tại của bức xạ này. Một nổ lực khác nhằm lẫn tránh sự khởi đầu của thời gian là đề xuất, có thể tất cả các thiên hà không gặpnhau tại một điểmtrong quá khứ. Mặcdù về trung bình,các thiên hà chuyển động ra xanhau với tốc độ ổn định, vậntốc cộng thêm của chúnglà nhỏ so với vận tốc dãn nở của vũ trụ. Vận tốccộng thêm hay vậntốc riêng của các thiên hà, có thể vuông góc với hướngdãn nở chính. Lập luận ở đây là, khi bạnlần ngược lại vị trí của các thiên hà trong quá khứ, các vận tốc riêngsẽ khiếncho các thiên hà không thể gặp nhau. Thayvào đó, có thể là một pha thu nhỏ của vũ trụ trước đó, ở đó các thiên hàđangchuyển độnghướng vào nhau. Vận tốc riêng khiến chocác thiên hàkhôngthể vachạmvới nhau mà chuyển động rượt đuổinhau, sau đó lại bắt đầu chuyển động ra xanhau. Sẽ không có bất cứ kì dị với mậtđộ vôhạn haymột sự phá vở các định luật vật lý nào. Như vậy, sự khởi đầu của vũ trụ, và cũng củathời gian là không cần thiết. Hơn nữa, ta cóthể xemvũ trụ đang daođộng, mặc dù vẫn không thể khắc phụcvấn đề về Nguyên lýhai nhiệt độnglực: ta mong muốn vũ trụ sẽ trở nên hỗn loạn hơn trong mỗi dao động này. Thật khó để hiểu được vũ trụ dao độngtại điểm vô cùngcủa thời gian là như thế nào. Khả năng các thiên hà lẫn tránh nhau(khôngva chạm nhau)được củng cố bởi mộtbài báocủa haingười Nga. Họ tìm thấyrằng sẽ không có kì dị nào cả trong một lời giải phươngtrình trường của thuyếttương đối rộng,hoàn toàn tổngquát và khôngcó bất cứ một đốixứng tổng quát nào. Tuy nhiên, tuyên bố của họ bị bác bỏ bởi một số định lý do Penrose và tôi tìm ra.Chúng chothấy, thuyết tương đối rộng tiên đoán sự tồn tại của các kì dị, khi mộtlượng vật chất đủ lớn tập trung trong một khu vực. Định lý đầu tiênđược thiếtkế để chỉ ra sự kết thúc củathời gian, bên trongmột lỗ đen, tạo thànhbởi sự co sụp của một ngôi sao(đủ nặng.ND). Tuy nhiên, sự dãn nở của vũ trụ lại giống với phép nghịchđảo thời gian của sự co sụpcủa một ngôi sao.Hơn nữa, tôi muốn chỉ cho bạnthấy rằng, các bằng chứng quan sát cho thấy vũ trụ chứa một lượng vật chất đủ lớn,khiếncho quátrình của vũ trụ giống với phép nghịchđảo thời gian của mộtlỗ đen, và do đó mang đến một kì dị. Để thảo luận về các quansát trongvũ trụ, thật hữu ích nếu vẽ ramột giãn đồ sự kiện trong khônggian vàthời gian, với thời gian là trục đứng và không gian là mặtngang(phầnkhônggian vuông góc với trục thời gian.ND). Để miêu tả chínhxác giãn đồ này, tôi thật sự cần một khungmẫu bốn chiều. Tuynhiên, do giới hạn của tranggiấy này,chúngtacó thể tạm biểu diễn chúngtrong một mặt hai chiều.Dođó, tôi chỉ có thể vẽ ra đây mộthướng không gian. Khi chúng ta nhìnvào vũ trụ, chúng ta đang nhìn ngượctrở lại quá khứ, vì ánh sáng phải mất một khoảng thời gian để đi từ các thiênthể đến chúngta tại thời điểm hiện tại. Điều này có nghĩa, các sự kiện mà chúng ta quan sát thấy nằm trên nón ánhsáng quá khứ của chúng ta. Đỉnh nón là vị trí của chúng taở thời điểm hiện tại.Khi đi ngược thời gian trêngiản đồ,nón ánh sáng càng mở rộng và dođó, diện tíchcủa nósẽ tăng lên. Tuynhiên, nếu cóđủ vật chất trongnón ánhsáng quá khứ của chúngta, nó sẽ bẻ congcác tiasáng hướng vàonhau. Điều này dẫn đến, khi bạnlần ngược trở lại quá khứ, diện tích của nón ánh sáng sẽ tiến đếncực đại, và sau đó bắt đầu giảm dần. Điểm gặp nhau của nón ánh sáng trong quá khứ là dấu hiệu cho thấy vũ trụ đã từng ở bên trong chân trời của nó, giốngnhư phép nghịch đảo thời gian củalỗ đen. Nếuchúng ta có thể xác định có đủ vật chất trong vũ trụ, để làm hội tụ nón ánh sáng, chúngta có thể áp dụngđịnh lý kì dị để chỉ ra rằng thời gian phải có bắt đầu. Mô phỏn 2D của một nón ánh sáng. Trục thẳng đứng là thời gian, hướng đi lên là tương lai, hướng đi xuống là quá khứ. Siêu mặt nằm ngang là không gian. Người quan sát ở đỉnh nón (gốc tọa độ). (Ảnh: Wikipedia.com) Chúng tacó thể nói gì từ các kết quả quan sát, liệu cóđủ lượng vậtchất trong nón ánhsáng trong quá khứ để hội tụ nó lại haykhông? Chúngta quan sát mộtsố thiên hà, nhưngchúng ta không thể đo đạc trựctiếp lượngvật chất chứa trong nó. Chúng takhôngthể chắc chắn mọi đường ngắm từ chúng ta sẽ đến một thiên hà nào đó.Vì vậy, tôi sẽ đưa ra mộtlý lẽ khác,để chỉ ra rằng vũ trụ cóchứa đủ vật chật để hội tụ nón ánh sáng quá khứ.Lập luậndựa trênphổ của bức xạ nền ở thang sóng viba. Đó là sự bằngnhau giữanhiệt độ của bức xạ và vật chất khi có cân bằng nhiệt. Để đạt đến trạng thái cân bằng như vậy, cần thiết xảy ra các tán xạ của bức xạ lên vật chất, rấtrất nhiều lần. Ví dụ,ánh sángmà chúng ta nhậnđược từ Mặt trời có một quang phổ nhiệtriêng. Đây không phải là vì phản ứng hạt nhân diễn ra ở tâm của Mặt trời, tạo rabức xạ với một quangphổ nhiệt xác định.Mà bởi vì các bức xạ bị tán xạ, bởi vật chấtbên trong Mặt trời,rất nhiều lần trên đường đira của chúng từ tâm Mặt trời. Trongtrường hợpcủa vũ trụ, nềnsóng viba có một quangphổ nhiệt chính xác như vậy chothấy nó phải bị tán xạ rất nhiềulần. Hơn nữa, vũ trụ phải chứa lượng vật chất đủ lớn, để đón tất cả các hướngnhìn của chúng ta,vì nền sóngvi ba là như nhau, bất cứ khitrôngtheo hướng nào. Sự chắn sángphải xảyra trên quãng đườngdài, bởi vì chúng ta cóthể nhìnthấy các thiên hà và các quasar,ở khoảng cách rất lớn. Như vậy, có mộtlượng lớn vật chất tậptrung ở khoảng cách xachúng ta. Khả năng chắn sáng lớn nhất trêndải sóng,với một mật độ cho trướcđến từ các ion củahi-đro. Điều này cũng kéo theo, nếu có đủ vật chất để tạo ra một vũ trụ mờ đục, cũngphải cóđủ lượngvật chất để làm hội tụ nón ánh sáng của chúng ta trong quá khứ.Bạn có thể áp dụng định lý củatôi và Penrose để chỉ rarằngthời gian phải cókhởi đầu. Sự hội tụ của nón ánh sáng quákhứ ngụ ý rằng thời gian phảicó khởi đầu, nếu thuyết tương đối rộnglà chính xác. Điều này phù hợpvới tấtcả các thử thách quan sát mà bạncó thể chỉ ra.Tuy nhiên,những kiểm tra loại này chỉ tiến hành được ở khoảngcách lớn. Chúng ta biết rằng không chínhxác hoàn toàn ở khỏang cách nhỏ, vương quốc của các lý thuyết cổ điển.Nghĩa là không thể mangvào nó Nguyên lý bất định của cơ học lượngtử, chobiết một vật không thể xác địnhchính xác đồng thời vị trí và vận tốc củachúng: phép đo vận tốc càng chính xác thì càng khóđể định vị nóvà ngược lại. Bởi vậy, để hiểu đượctrạng thái có mật độ rất cao, khi vũ trụ rất nhỏ, bạn cần phải có một lý thuyếtlượng tử của hấp dẫn, với sự kết hợp củaTươngđối rộng và nguyên lý bất định. . S. W. Hawking -S khởi đầu củathời gian - Kỳ 2 S. W. Hawking Những nổ lực hướng đến s khởi đầu của thời gian. ND Mặcdù các địnhluật khoahọc dường như tiên đoán vũ trụ có một khởi đầu, nhưng. ánh s ng của chúng ta trong quá khứ.Bạn có thể áp dụng định lý củatôi và Penrose để chỉ rarằngthời gian phải c khởi đầu. S hội tụ của nón ánh s ng quákhứ ngụ ý rằng thời gian phảicó khởi đầu, nếu. một khu vực. Định lý đầu tiênđược thiếtkế để chỉ ra s kết thúc củathời gian, bên trongmột lỗ đen, tạo thànhbởi s co s p của một ngôi sao(đủ nặng.ND). Tuy nhiên, s dãn nở của vũ trụ lại giống