Lý thuyết mới: Vũ Trụ gương giữ cho hằng số Vũ Trụ Hubble không đổi

Thứ Năm, 26/10/2023

Nghiên cứu mới cho thấy một “Vũ Trụ gương” không thể nhìn thấy của các hạt chỉ tương tác với Vũ Trụ của chúng ta thông qua lực hấp dẫn có thể là chìa khóa để giải một trong những câu hỏi lớn của Vũ Trụ học ngày nay – bài toán hằng số Hubble.

Hằng số Hubble là tốc độ giãn nở của Vũ Trụ ngày nay. Các dự đoán cho tốc độ này – từ mô hình chuẩn của Vũ Trụ học – chậm hơn đáng kể so với tốc độ được tìm thấy bằng các phép đo cục bộ chính xác nhất của một nhóm các nhà khoa học. Sự khác biệt này là vấn đề mà nhiều nhà Vũ Trụ học đã cố gắng giải quyết bằng cách thay đổi mô hình Vũ Trụ hiện tại. Thách thức là làm như vậy mà không phá hỏng sự thống nhất giữa các dự đoán của mô hình chuẩn và nhiều hiện tượng Vũ Trụ khác, chẳng hạn như bức xạ phông vi sóng Vũ Trụ. Xác định liệu một kịch bản Vũ Trụ như vậy có tồn tại hay không là câu hỏi mà các nhà nghiên cứu, bao gồm Francis-Yan Cyr-Racine, Phó Giáo sư tại Khoa Vật lý và Thiên văn học tại Đại học New Mexico, nghiên cứu sinh Fei Ge và Giáo sư Lloyd Knox tại Đại học Davis California, Hoa Kỳ đang cố gắng trả lời.

Theo NASA, Vũ Trụ học là ngành khoa học nghiên cứu các thuộc tính quy mô lớn của Vũ Trụ nói chung. Các nhà Vũ Trụ học nghiên cứu các khái niệm như vật chất tối, năng lượng tối và liệu có một hay nhiều Vũ Trụ cùng tồn tại. Ngành khoa học này được kỳ vọng sẽ lý giải thích một cách logic toàn bộ Vũ Trụ từ khi sinh ra đến khi chết đi với những bí ẩn và hấp dẫn ở mọi ngã rẽ.

Vũ Trụ gương tồn tại song song giữ cho hằng số Vũ trụ Hubble luôn không thay đổi?

Giờ đây, nhóm của Cyr-Racine, Ge và Knox đã phát hiện ra một tính chất toán học chưa được chú ý trước đây của các mô hình Vũ Trụ, về nguyên tắc, nó có thể cho phép tốc độ mở rộng nhanh hơn trong khi hầu như không thay đổi các dự đoán khác đã được xác định là chính xác trong mô hình Vũ Trụ tiêu chuẩn. Họ phát hiện ra rằng tỷ lệ đồng đều của tốc độ rơi tự do trọng trường và tốc độ tán xạ photon-electron khiến hầu hết các quan sát Vũ Trụ không thứ nguyên gần như bất biến.

“Về cơ bản, chúng tôi chỉ ra rằng rất nhiều quan sát chúng ta thực hiện trong Vũ Trụ học có một sự đối xứng cố hữu khi thay đổi quy mô toàn Vũ Trụ. Điều này có thể cung cấp một cách để hiểu tại sao lại có sự khác biệt giữa các phép đo khác nhau về tốc độ giãn nở của Vũ trụ.”

Nghiên cứu có tên “Sự đối xứng của các vật thể quan sát Vũ Trụ, Vùng tối của Thế giới Gương và Hằng số Hubble”, đã được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters .

Kết quả này mở ra một cách tiếp cận mới để điều hòa nền vi sóng Vũ Trụ và các quan sát cấu trúc quy mô lớn với giá trị cao của hằng số Hubble H0: Tìm một mô hình Vũ Trụ trong đó có thể thực hiện chuyển đổi tỷ lệ mà không vi phạm bất kỳ phép đo nào của các đại lượng không được bảo vệ bởi tính đối xứng. Công việc này đã mở ra một con đường mới để giải quyết những gì đã được chứng minh là một vấn đề đầy thách thức. Việc xây dựng mô hình hơn nữa có thể mang lại sự nhất quán với hai hạn chế chưa được thỏa mãn: sự dồi dào nguyên thủy được suy ra của deuterium và heli.

Nếu Vũ Trụ bằng cách nào đó đang khai thác tính đối xứng này, các nhà nghiên cứu sẽ dẫn đến một kết luận cực kỳ thú vị: tồn tại một Vũ Trụ gương rất giống với Vũ Trụ của chúng ta nhưng vô hình đối với chúng ta ngoại trừ tác động của lực hấp dẫn lên thế giới của chúng ta. Khu vực tối “thế giới gương” như vậy sẽ cho phép tăng tỷ lệ hiệu quả của tốc độ rơi tự do trọng trường trong khi vẫn tôn trọng mật độ photon trung bình được đo chính xác ngày nay.

Cyr-Racine cho biết: “Trên thực tế, sự đối xứng mở rộng này chỉ có thể được thực hiện bằng cách đưa một thế giới gương vào trong mô hình — một Vũ Trụ song song với các hạt mới đều là bản sao của các hạt đã biết,” Cyr-Racine nói. “Ý tưởng về thế giới gương xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1990 nhưng trước đó chưa được công nhận là giải pháp tiềm năng cho vấn đề hằng số Hubble.”

Cyr-Racine giải thích: “Điều này có vẻ điên rồ về mặt giá trị, nhưng những thế giới gương như vậy có một kho tài liệu vật lý lớn trong một bối cảnh hoàn toàn khác vì chúng có thể giúp giải quyết các vấn đề quan trọng trong vật lý hạt,” Cyr-Racine giải thích. “Công việc của chúng tôi cho phép chúng tôi liên kết, lần đầu tiên, tài liệu lớn này với một vấn đề quan trọng trong Vũ Trụ học.”

Ngoài việc tìm kiếm các thành phần còn thiếu trong mô hình Vũ Trụ hiện tại của chúng ta, các nhà nghiên cứu cũng đang tự hỏi liệu sự chênh lệch hằng số Hubble này có thể được gây ra một phần do sai số đo hay không. Mặc dù vẫn có khả năng xảy ra, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là sự khác biệt ngày càng trở nên đáng kể khi dữ liệu chất lượng cao hơn đã được đưa vào các phân tích, cho thấy rằng dữ liệu có thể không bị lỗi.

Cyr-Racine cho biết: “Dữ liệu đã đi từ hai Sigma rưỡi, đến ba, và ba rưỡi thành bốn Sigma. Hiện tại, chúng tôi đã khá nhiều ở cấp độ năm Sigma,” Cyr-Racine nói. “Đó là con số quan trọng khiến điều này trở thành một vấn đề thực sự bởi vì bạn có hai phép đo của cùng một thứ, mà nếu bạn có một bức tranh nhất quán về Vũ Trụ thì hẳn là hoàn toàn nhất quán với nhau, nhưng chúng khác nhau một lượng rất đáng kể về mặt thống kê.”

Khái niệm hệ số Sigma được sử dụng để chỉ mức độ chính xác của dữ liệu thu thập được trong quá trình thu thập dữ liệu. Cấp độ bốn Sigma tương với tỷ lệ chính xác 99,379%, cấp độ năm Sigma tương ứng với tỷ lệ chính xác 99,9767%.

Giải thích về Vũ Trụ gương trong tín ngưỡng và tôn giáo

Nhận thức của các nhà khoa học về Vũ Trụ gương tồn tại song với Vũ Trụ mà chúng ta đang sinh tồn là tương hợp với những điều đã được đề cập từ lâu trong tín ngưỡng và tôn giáo. Những người thực hành tín ngưỡng và tôn giáo đều cho rằng bên cạnh Thế giới, Vũ Trụ mà con người chúng ta đang hiện hữu, có vô số Thế giới khác và Vũ Trụ khác cùng đồng thời tồn tại.

Phật gia giảng rằng, bên cạnh sự tồn tại của không gian và thời gian hiện hữu này của chúng ta, có vô số không gian và thời gian (thời – không) khác đang đồng thời tồn tại, chúng cấu thành nên các Thế giới và Vũ Trụ song song với chúng ta. Bất kể thời-không nào cũng tồn tại các sinh mệnh và những biến đổi tại thời-không kia cũng ảnh hưởng đến thế giới này của chúng ta.

Nhưng vì sao con người không thể khám phá các thời-không khác?

Phật gia giảng rằng các thời-không khác được cấu thành bởi các lạp tử (vi hạt) nhỏ hơn lạp tử cấu thành nên thế giới của chúng ta hiện nay (nguyên tử, phân tử), do đó không thể được quan sát và lý giải bằng khoa học hiện đại của con người.

Nhưng những người thực hành tín ngưỡng và tôn giáo chân chính với con mắt thứ ba được khai mở có thể quan sát thấy các không gian khác và tương tác với những sinh mệnh tại đó. Đây vốn là điều đã được thừa nhận từ lâu trong tín ngưỡng và tôn giáo.