Một mô hình mới về vũ trụ loại bỏ hai yếu tố bí ẩn và rắc rối nhất của vũ trụ, năng lượng tối và vật chất tối, được gọi chung là vũ trụ tối. Đây là ý tưởng.
Khái niệm mới thay thế vũ trụ tối bằng vô số các vụ nổ giống như bước được gọi là "điểm kỳ dị tạm thời" bùng phát khắp toàn bộ vũ trụ.
Các nhà khoa học cho biết, có khả năng những điểm kỳ dị tạm thời này có thể mở ra để tràn ngập vũ trụ bằng vật chất và năng lượng, khiến cho chính cấu trúc của không gian giãn nở. Những vết nứt đó sẽ khép lại nhanh đến mức chúng không thể phát hiện được, cho phép chúng ta thấy sự giãn nở của vũ trụ mà chúng ta cho là do năng lượng tối và ảnh hưởng hấp dẫn mà chúng ta quy cho vật chất tối.
"Mô hình mới có thể giải thích cả sự hình thành và tính ổn định của cấu trúc, cũng như các đặc tính quan sát chính của sự giãn nở của vũ trụ nói chung, bằng cách đưa vào các điểm kỳ dị mật độ theo thời gian có tác động đồng đều đến toàn bộ không gian để thay thế vật chất tối và năng lượng tối thông thường", tác giả nghiên cứu Richard Lieu, một giáo sư vật lý tại Đại học Alabama ở Huntsville, nói trong một tuyên bố.
Nói cách khác, chúng ta không biết 95% còn lại của vũ trụ là gì.
Trong phần khổng lồ này của ngân sách vật chất và năng lượng của vũ trụ, năng lượng tối — tên tạm thời cho lực khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn — chiếm khoảng 70%.
Mặt khác, vật chất tối đã giúp các thiên hà đầu tiên tập hợp lại thông qua ảnh hưởng của lực hấp dẫn — nhưng nó vẫn vô hình vì không tương tác với ánh sáng. Tuy nhiên, vật chất tối chiếm khoảng 25% còn lại của ngân sách vật chất đó.
Sự phổ biến của vật chất tối và năng lượng tối cùng tầm quan trọng của chúng trong các mô hình tiến hóa vũ trụ của chúng ta khiến vũ trụ tối trở thành một bí ẩn kép mà các nhà khoa học muốn giải quyết.
Dựa trên nghiên cứu trước đó trong đó ông cho rằng lực hấp dẫn có thể tồn tại mà không cần khối lượng, Lieu đã loại bỏ nhu cầu về vật chất tối và năng lượng tối năng lượng.
Tuy nhiên, không giống như những nỗ lực trước đây, mô hình của Lieu không cần một sự bổ sung kỳ lạ vào các mô hình vũ trụ học hiện tại, chẳng hạn như "khối lượng âm" hoặc "mật độ âm", để phủ nhận vũ trụ tối.
"Ngài Fred Hoyle phản đối vũ trụ học Vụ nổ lớn và đưa ra giả thuyết về một mô hình 'trạng thái ổn định' của vũ trụ trong đó vật chất và năng lượng liên tục được tạo ra khi vũ trụ giãn nở", Lieu giải thích. "Nhưng giả thuyết đó vi phạm định luật bảo toàn khối lượng-năng lượng".
Thay vào đó, Lieu cho rằng thông qua các điểm kỳ dị tạm thời, vật chất và năng lượng có thể xuất hiện và biến mất trong các vụ nổ đột ngột. Điều này không vi phạm các định luật bảo toàn vật lý hiện tại.
"Những điểm kỳ dị này không thể quan sát được vì chúng hiếm khi xảy ra theo thời gian và diễn ra nhanh đến mức không thể giải quyết được, và đó có thể là lý do tại sao vật chất tối và năng lượng tối vẫn chưa được tìm thấy", Lieu nói thêm. "Nguồn gốc của những điểm kỳ dị tạm thời này vẫn chưa được biết – có thể nói rằng điều tương tự cũng đúng với thời điểm Vụ nổ lớn."
Mô hình của Lieu coi những điểm kỳ dị này tạo ra một "áp suất âm" có hiệu ứng giống như phản trọng lực, có tác dụng đẩy vũ trụ ra xa nhau với tốc độ tăng tốc, giống như năng lượng tối được đề xuất.
"Một ví dụ là áp suất âm do từ trường tác dụng dọc theo đường sức từ", Lieu nói. "Einstein cũng đưa ra giả thuyết về áp suất âm trong bài báo năm 1917 của ông về Hằng số vũ trụ học. Khi mật độ khối lượng-năng lượng dương được kết hợp với áp suất âm, có một số hạn chế đảm bảo mật độ khối lượng-năng lượng vẫn dương đối với bất kỳ người quan sát nào chuyển động đều, do đó giả định về mật độ âm được tránh trong mô hình mới".
Kết luận cuối cùng của Lieu là vũ trụ tối và các thành phần của nó có thể không phải là yếu tố hiện diện khắp nơi trong vũ trụ.
"Chúng chỉ xuất hiện trong những trường hợp ngắn ngủi khi vật chất và năng lượng lấp đầy toàn bộ vũ trụ một cách đồng đều, ngoài các biến thể mật độ không gian ngẫu nhiên phát triển để hình thành các cấu trúc liên kết như thiên hà", ông tiếp tục. "Ở giữa chúng, không thể tìm thấy chúng ở bất cứ đâu.
"Điểm khác biệt duy nhất giữa công trình này và mô hình chuẩn là điểm kỳ dị thời gian chỉ xảy ra một lần trong mô hình sau, nhưng xảy ra nhiều hơn một lần trong mô hình trước."
Câu chuyện liên quan:
— Kết quả đầu tiên của kính thiên văn không gian Euclid tiết lộ 'một mỏ vàng dữ liệu' trong quá trình tìm kiếm vật chất tối và năng lượng tối (hình ảnh, video)
— Năng lượng tối thậm chí còn kỳ lạ hơn chúng ta nghĩ, bản đồ 3D mới về vũ trụ cho thấy. 'Thật là thời đại để sống!' (video)
— Vật lý chưa biết có thể giúp năng lượng tối hoạt động như 'chống trọng lực' trong toàn vũ trụ
Trong tương lai, Lieu dự định thử xác thực lý thuyết của mình bằng cách chuyển sang kính thiên văn mặt đất để tìm kiếm "các bước nhảy" trong độ dịch chuyển đỏ — liên quan đến sự kéo dài của ánh sáng đến từ các vật thể ở xa khi chúng di chuyển ra xa chúng ta do sự giãn nở của không gian.
"Cách tốt nhất để tìm kiếm hiệu ứng được đề xuất thực sự là sử dụng một kính thiên văn mặt đất lớn – như Đài quan sát Keck [nằm ở Hawaii] hoặc Nhóm kính thiên văn Isaac Newton ở La Palma, Tây Ban Nha – để thực hiện các quan sát trường sâu, dữ liệu của chúng sẽ được 'cắt lát' theo độ dịch chuyển đỏ", ông nói. "Với độ phân giải độ dịch chuyển đỏ (hoặc tương đương, thời gian) đủ lớn do cắt lát độ dịch chuyển đỏ, người ta có thể thấy rằng biểu đồ Hubble thể hiện các bước nhảy trong mối quan hệ khoảng cách độ dịch chuyển đỏ, điều này sẽ rất có ý nghĩa."
Nghiên cứu của Lieu là được công bố vào ngày 21 tháng 3 trên tạp chí Lực hấp dẫn cổ điển và lượng tử.
Khái niệm mới thay thế vũ trụ tối bằng vô số các vụ nổ giống như bước được gọi là "điểm kỳ dị tạm thời" bùng phát khắp toàn bộ vũ trụ.
Các nhà khoa học cho biết, có khả năng những điểm kỳ dị tạm thời này có thể mở ra để tràn ngập vũ trụ bằng vật chất và năng lượng, khiến cho chính cấu trúc của không gian giãn nở. Những vết nứt đó sẽ khép lại nhanh đến mức chúng không thể phát hiện được, cho phép chúng ta thấy sự giãn nở của vũ trụ mà chúng ta cho là do năng lượng tối và ảnh hưởng hấp dẫn mà chúng ta quy cho vật chất tối.
"Mô hình mới có thể giải thích cả sự hình thành và tính ổn định của cấu trúc, cũng như các đặc tính quan sát chính của sự giãn nở của vũ trụ nói chung, bằng cách đưa vào các điểm kỳ dị mật độ theo thời gian có tác động đồng đều đến toàn bộ không gian để thay thế vật chất tối và năng lượng tối thông thường", tác giả nghiên cứu Richard Lieu, một giáo sư vật lý tại Đại học Alabama ở Huntsville, nói trong một tuyên bố.
Vũ trụ tối dưới áp lực
Vũ trụ tối đặt ra một câu đố lớn như vậy đối với các nhà khoa học vì nó cho thấy chỉ có 5% vật chất và năng lượng trong vũ trụ bao gồm những gì chúng ta nhìn thấy xung quanh mình trên một hàng ngày trong các ngôi sao, hành tinh, mặt trăng, cơ thể chúng ta — và mọi thứ khác nữa, thực sự.Nói cách khác, chúng ta không biết 95% còn lại của vũ trụ là gì.
Trong phần khổng lồ này của ngân sách vật chất và năng lượng của vũ trụ, năng lượng tối — tên tạm thời cho lực khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn — chiếm khoảng 70%.
Mặt khác, vật chất tối đã giúp các thiên hà đầu tiên tập hợp lại thông qua ảnh hưởng của lực hấp dẫn — nhưng nó vẫn vô hình vì không tương tác với ánh sáng. Tuy nhiên, vật chất tối chiếm khoảng 25% còn lại của ngân sách vật chất đó.
Sự phổ biến của vật chất tối và năng lượng tối cùng tầm quan trọng của chúng trong các mô hình tiến hóa vũ trụ của chúng ta khiến vũ trụ tối trở thành một bí ẩn kép mà các nhà khoa học muốn giải quyết.
Dựa trên nghiên cứu trước đó trong đó ông cho rằng lực hấp dẫn có thể tồn tại mà không cần khối lượng, Lieu đã loại bỏ nhu cầu về vật chất tối và năng lượng tối năng lượng.
Tuy nhiên, không giống như những nỗ lực trước đây, mô hình của Lieu không cần một sự bổ sung kỳ lạ vào các mô hình vũ trụ học hiện tại, chẳng hạn như "khối lượng âm" hoặc "mật độ âm", để phủ nhận vũ trụ tối.
"Ngài Fred Hoyle phản đối vũ trụ học Vụ nổ lớn và đưa ra giả thuyết về một mô hình 'trạng thái ổn định' của vũ trụ trong đó vật chất và năng lượng liên tục được tạo ra khi vũ trụ giãn nở", Lieu giải thích. "Nhưng giả thuyết đó vi phạm định luật bảo toàn khối lượng-năng lượng".
Thay vào đó, Lieu cho rằng thông qua các điểm kỳ dị tạm thời, vật chất và năng lượng có thể xuất hiện và biến mất trong các vụ nổ đột ngột. Điều này không vi phạm các định luật bảo toàn vật lý hiện tại.
"Những điểm kỳ dị này không thể quan sát được vì chúng hiếm khi xảy ra theo thời gian và diễn ra nhanh đến mức không thể giải quyết được, và đó có thể là lý do tại sao vật chất tối và năng lượng tối vẫn chưa được tìm thấy", Lieu nói thêm. "Nguồn gốc của những điểm kỳ dị tạm thời này vẫn chưa được biết – có thể nói rằng điều tương tự cũng đúng với thời điểm Vụ nổ lớn."
Mô hình của Lieu coi những điểm kỳ dị này tạo ra một "áp suất âm" có hiệu ứng giống như phản trọng lực, có tác dụng đẩy vũ trụ ra xa nhau với tốc độ tăng tốc, giống như năng lượng tối được đề xuất.
"Một ví dụ là áp suất âm do từ trường tác dụng dọc theo đường sức từ", Lieu nói. "Einstein cũng đưa ra giả thuyết về áp suất âm trong bài báo năm 1917 của ông về Hằng số vũ trụ học. Khi mật độ khối lượng-năng lượng dương được kết hợp với áp suất âm, có một số hạn chế đảm bảo mật độ khối lượng-năng lượng vẫn dương đối với bất kỳ người quan sát nào chuyển động đều, do đó giả định về mật độ âm được tránh trong mô hình mới".
Kết luận cuối cùng của Lieu là vũ trụ tối và các thành phần của nó có thể không phải là yếu tố hiện diện khắp nơi trong vũ trụ.
"Chúng chỉ xuất hiện trong những trường hợp ngắn ngủi khi vật chất và năng lượng lấp đầy toàn bộ vũ trụ một cách đồng đều, ngoài các biến thể mật độ không gian ngẫu nhiên phát triển để hình thành các cấu trúc liên kết như thiên hà", ông tiếp tục. "Ở giữa chúng, không thể tìm thấy chúng ở bất cứ đâu.
"Điểm khác biệt duy nhất giữa công trình này và mô hình chuẩn là điểm kỳ dị thời gian chỉ xảy ra một lần trong mô hình sau, nhưng xảy ra nhiều hơn một lần trong mô hình trước."
Câu chuyện liên quan:
— Kết quả đầu tiên của kính thiên văn không gian Euclid tiết lộ 'một mỏ vàng dữ liệu' trong quá trình tìm kiếm vật chất tối và năng lượng tối (hình ảnh, video)
— Năng lượng tối thậm chí còn kỳ lạ hơn chúng ta nghĩ, bản đồ 3D mới về vũ trụ cho thấy. 'Thật là thời đại để sống!' (video)
— Vật lý chưa biết có thể giúp năng lượng tối hoạt động như 'chống trọng lực' trong toàn vũ trụ
Trong tương lai, Lieu dự định thử xác thực lý thuyết của mình bằng cách chuyển sang kính thiên văn mặt đất để tìm kiếm "các bước nhảy" trong độ dịch chuyển đỏ — liên quan đến sự kéo dài của ánh sáng đến từ các vật thể ở xa khi chúng di chuyển ra xa chúng ta do sự giãn nở của không gian.
"Cách tốt nhất để tìm kiếm hiệu ứng được đề xuất thực sự là sử dụng một kính thiên văn mặt đất lớn – như Đài quan sát Keck [nằm ở Hawaii] hoặc Nhóm kính thiên văn Isaac Newton ở La Palma, Tây Ban Nha – để thực hiện các quan sát trường sâu, dữ liệu của chúng sẽ được 'cắt lát' theo độ dịch chuyển đỏ", ông nói. "Với độ phân giải độ dịch chuyển đỏ (hoặc tương đương, thời gian) đủ lớn do cắt lát độ dịch chuyển đỏ, người ta có thể thấy rằng biểu đồ Hubble thể hiện các bước nhảy trong mối quan hệ khoảng cách độ dịch chuyển đỏ, điều này sẽ rất có ý nghĩa."
Nghiên cứu của Lieu là được công bố vào ngày 21 tháng 3 trên tạp chí Lực hấp dẫn cổ điển và lượng tử.
