Một vũ trụ quay có thể giải mã những bí ẩn về năng lượng tối và vị trí của chúng ta trong đa vũ trụ

theanh

Administrator
Nhân viên
Năng lượng tối là gì? Tại sao năng lượng tối dường như đang yếu đi? Vũ trụ của chúng ta có phải là một phần của đa vũ trụ lớn hơn không? Có gì nằm ngoài ranh giới của một lỗ đen?

Vũ trụ dường như đang quay, và nếu đúng như vậy, thì điều này có thể có những tác động lớn đến một số câu hỏi lớn nhất trong khoa học, bao gồm cả những câu hỏi trên. Theo nhà vật lý lý thuyết người Ba Lan Nikodem Poplawski của Đại học New Haven, người nổi tiếng với lý thuyết cho rằng lỗ đen đóng vai trò là cánh cửa dẫn đến các vũ trụ khác.

"Năng lượng tối là một trong những bí ẩn hấp dẫn nhất của vũ trụ. Nhiều nhà nghiên cứu đã cố gắng giải thích nó bằng cách sửa đổi các phương trình của thuyết tương đối rộng hoặc gợi ý về sự tồn tại của các trường mới có thể đẩy nhanh quá trình giãn nở của vũ trụ", Poplawski nói với Space.com. "Sẽ thật tuyệt vời nếu một sự quay đơn giản của vũ trụ là nguồn gốc của năng lượng tối, đặc biệt là khi nó dự đoán sự suy yếu của năng lượng tối."

Bằng chứng cho thấy vũ trụ đang quay gần đây đã được Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đưa ra, phát hiện ra rằng hai phần ba các thiên hà đang quay theo cùng một hướng. Điều này cho thấy sự thiếu ngẫu nhiên và một hướng ưa thích cho sự quay của vũ trụ.

Ngoài ra, Poplawski chỉ ra rằng các dữ liệu thiên văn khác dường như cho thấy góc giữa trục có khả năng nhất của các thiên hà quay và trục của dòng chảy lớn của các cụm thiên hà gần đó là 98 độ, nghĩa là chúng gần như vuông góc với nhau. Điều đó phù hợp với giả thuyết rằng vũ trụ đang quay.

Một vũ trụ quay không phải là vũ trụ duy nhất​

Để hiểu tại sao một vũ trụ quay ngụ ý nhiều hơn một vũ trụ, Poplawski đề cập đến "các hệ quy chiếu". Đây là các tập hợp các hệ tọa độ không thể thiếu trong vật lý, cho phép đo chuyển động và trạng thái nghỉ.

Hãy tưởng tượng hai nhà khoa học, Terra và Stella. Mỗi người ở trong hệ quy chiếu riêng của mình, nhưng Terra ở Trái đất, Stella trong một tàu vũ trụ bay ngang qua hành tinh của chúng ta. Terra thấy hệ quy chiếu của Stella (tàu vũ trụ) chuyển động so với hệ quy chiếu của cô (Trái Đất), đang đứng yên. Trong khi đó, Stella thấy hệ quy chiếu của cô đứng yên trong khi đó là hệ quy chiếu của Terra đang chuyển động khi Trái Đất đang chạy xa dần.

Poplawski chỉ ra rằng nếu vũ trụ đang quay, thì hệ quy chiếu của nó đang quay, và điều đó chỉ có ý nghĩa nếu nó đang quay so với ít nhất một hệ quy chiếu khác.

"Nếu vũ trụ đang quay, thì nó phải quay so với một hệ quy chiếu nào đó tương ứng với thứ gì đó lớn hơn", ông tiếp tục. "Do đó, vũ trụ không phải là duy nhất; nó là một phần của đa vũ trụ."

Đối với Poplawski, lời giải thích đơn giản và tự nhiên nhất về nguồn gốc sự quay của vũ trụ là vũ trụ học lỗ đen.


ZgzvWKSkEhcLabZRx9B2Eo-1200-80.jpg



Vũ trụ học lỗ đen cho rằng mọi lỗ đen đều tạo ra một vũ trụ con mới ở phía bên kia chân trời sự kiện của nó, bề mặt bẫy ánh sáng một chiều xác định ranh giới bên ngoài của một lỗ đen.

Lý thuyết này thay thế điểm kỳ dị trung tâm tại tâm của một lỗ đen bằng "sự xoắn không thời gian" tạo ra lực hấp dẫn đẩy đẩy khởi động sự giãn nở của một vũ trụ mới.

"Bởi vì tất cả các lỗ đen hình thành từ các vật thể quay, chẳng hạn như các ngôi sao quay hoặc ở trung tâm của các thiên hà quay, nên chúng cũng quay", Poplawski nói. "Vũ trụ sinh ra trong một lỗ đen quay sẽ thừa hưởng trục quay của lỗ đen làm trục ưa thích của nó".

Nói cách khác, vũ trụ của chúng ta có thể quay theo một hướng ưa thích vì đó là cách mà lỗ đen mà nó bị niêm phong bên trong đang quay.

"Một lỗ đen trở thành một cầu nối Einstein-Rosen hoặc một 'lỗ sâu' từ vũ trụ mẹ đến vũ trụ con", Poplawski giải thích. "Những người quan sát trong vũ trụ mới sẽ thấy mặt bên kia của lỗ đen mẹ là một lỗ trắng nguyên thủy."


QiqgvSVLR8GjPCQ4fEyjHa-1200-80.png



Thay vì phát hiện ra một lỗ trắng nguyên thủy trong vũ trụ của chúng ta dẫn đến lỗ đen mẹ và vũ trụ tiền thân của chúng ta, bằng chứng mạnh nhất về vũ trụ học lỗ đen này là một hướng ưa thích hoặc "sự bất đối xứng quay" trong vũ trụ của chúng ta. Điều đó có thể thấy trong sự bất đối xứng quay trong các thiên hà.

"Chuyển động của từng thiên hà trong vũ trụ con đó sẽ bị ảnh hưởng bởi sự quay của vũ trụ đó", Poplawski cho biết. "Các thiên hà sẽ có xu hướng căn chỉnh trục quay của chúng với trục quay ưa thích của vũ trụ, dẫn đến sự bất đối xứng quay, có thể quan sát được".

Đó là điều mà các nhà thiên văn học đang bắt đầu nhìn thấy.

Tất nhiên, điều đó có nghĩa là mọi lỗ đen trong vũ trụ của chúng ta đều là cánh cửa dẫn đến một vũ trụ con khác. Những vũ trụ sơ sinh này được bảo vệ khỏi cuộc điều tra bởi chân trời sự kiện của các hố đen mẹ của chúng, ngăn không cho bất kỳ tín hiệu nào được nhận từ bên trong hố đen.

Tương tự như vậy, một chuyến đi qua ngưỡng cửa vũ trụ này sẽ là điều không thể đối với một "phi hành gia đa năng" đang chớm nở do lực hấp dẫn cực lớn bao quanh một hố đen, điều này sẽ tạo ra các lực thủy triều sẽ "làm mì ống hóa" một nhà thám hiểm gan dạ như vậy.

Ngay cả khi một phi hành gia đa năng như vậy sống sót sau cuộc hành trình, cũng giống như không có gì có thể thoát khỏi một hố đen, không có gì có thể đi vào một hố trắng, nghĩa là sẽ không có sự trở lại hoặc cơ hội để nộp báo cáo!

Thậm chí còn ảm đạm hơn thế này, không có gì đảm bảo rằng các định luật vật lý giống nhau trong một vũ trụ sơ sinh như vũ trụ mẹ của chúng, nghĩa là một số phận không thể đoán trước và có khả năng là một cái chết hỗn loạn cho một phi hành gia đa năng gan dạ có thể dũng cảm vượt qua ngưỡng cửa hố đen.

Dù sao đi nữa, trước khi chúng ta vội vã khám phá các vũ trụ khác, vẫn còn những bí ẩn cần được điều tra ngay tại vũ trụ của chúng ta. Đứng đầu trong số này là lực bí ẩn của năng lượng tối.

Năng lượng tối khiến các nhà khoa học quay cuồng​

Năng lượng tối là tên tạm thời được đặt cho bất kỳ lực nào khiến vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh. Năng lượng tối hiện đang thống trị vũ trụ, chiếm 68% tổng ngân sách vật chất-năng lượng của vũ trụ. Tuy nhiên, đây không phải lúc nào cũng là cách.

Trong kỷ nguyên đầu tiên của vũ trụ, nó bị chi phối bởi năng lượng của Vụ nổ lớn, khiến nó phình to ra. Khi vũ trụ bước vào kỷ nguyên do vật chất thống trị và chịu sự chi phối của lực hấp dẫn, sự phình to này chậm lại gần như dừng hẳn. Đây đáng lẽ là kết thúc của vũ trụ, nhưng khoảng 9 đến 10 tỷ năm sau Vụ nổ lớn, vũ trụ lại bắt đầu giãn nở, quá trình giãn nở này diễn ra nhanh hơn, dẫn đến kỷ nguyên năng lượng tối thống trị.

Để hiểu tại sao đây lại là một câu đố đáng lo ngại như vậy, hãy tưởng tượng bạn đẩy một đứa trẻ đang đu đưa một lần, quan sát chuyển động của chúng dừng lại, rồi không hiểu vì lý do gì, chúng lại bắt đầu đu đưa, và chuyển động này ngày càng nhanh hơn.


No5LGvDe8b74XRTDggRVRN-1200-80.png



Như thể năng lượng tối chưa đủ kỳ lạ, những kết quả gần đây từ Công cụ quang phổ năng lượng tối (DESI) đã chỉ ra rằng lực bí ẩn này đang yếu đi. Đây là điều dường như thách thức mô hình chuẩn của vũ trụ học hoặc mô hình Vật chất tối lạnh Lambda (LCDM), dựa trên năng lượng tối (được biểu thị bằng hằng số vũ trụ học hoặc Lambda) là hằng số.

Tuy nhiên, Poplawski đưa ra giả thuyết rằng một vũ trụ quay có thể giải thích được cả năng lượng tối và lý giải tại sao nó lại yếu đi.

"Năng lượng tối sẽ xuất hiện từ lực ly tâm trong vũ trụ quay ở quy mô lớn", nhà vật lý lý thuyết giải thích. "Nếu vũ trụ phẳng, lực ly tâm sẽ chỉ tác dụng theo hướng vuông góc với trục ưa thích."


TqQBd8ffoBGofjZzzngsUN-1200-80.jpg



Tuy nhiên, trong lý thuyết vũ trụ học về lỗ đen của Poplawski, vì vũ trụ do lỗ đen tạo ra là khép kín, nên việc di chuyển ra xa theo bất kỳ hướng nào cuối cùng cũng sẽ dẫn đến việc quay trở lại theo hướng ngược lại.

Điều đó có nghĩa là lực ly tâm phát sinh từ một vũ trụ quay trở thành một lực tác động theo mọi hướng ra xa lỗ trắng nguyên thủy mẹ của vũ trụ.

"Độ lớn của lực này tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc góc của vũ trụ và khoảng cách từ lỗ trắng", Poplawski cho biết. "Mối quan hệ này có dạng lực tác động lên một thiên hà do năng lượng tối, tỷ lệ thuận với hằng số vũ trụ học và khoảng cách từ lỗ trắng. Do đó, hằng số vũ trụ học tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc góc của vũ trụ".

Nhưng, làm sao điều này có thể giải thích được các quan sát DESI dường như chỉ ra rằng năng lượng tối đang yếu đi?

"Vì mômen động lượng của vũ trụ được bảo toàn nên nó giảm dần khi vũ trụ giãn nở", Poplawski cho biết. "Do đó, hằng số vũ trụ học, là lời giải thích đơn giản nhất về năng lượng tối, cũng sẽ giảm dần theo thời gian. Kết quả này phù hợp với các quan sát gần đây của DESI."
Các bài viết liên quan:
— Các lỗ đen siêu lớn trong các thiên hà 'chấm đỏ nhỏ' lớn hơn 1.000 lần so với kích thước thực tế và các nhà thiên văn học không biết tại sao

— 'Siêu xa lộ' kết nối mạng lưới vũ trụ có thể hé lộ những bí mật về vật chất tối

— Mạng lưới vũ trụ kết nối Taylor Swift và dòng cuối cùng trong 'địa chỉ trên thiên thể' của bạn như thế nào?

Để cung cấp thêm bằng chứng về khái niệm của Poplawski, chúng tôi sẽ cung cấp thêm dữ liệu về dòng chảy lớn của các cụm thiên hà và về sự bất đối xứng của sự quay của thiên hà trục là cần thiết. Điều này sẽ giúp xác nhận thêm rằng vũ trụ của chúng ta đang quay.

Ngoài ra, nhiều dữ liệu hơn về cách năng lượng tối phụ thuộc vào khoảng cách vũ trụ và sự tiến triển của thời gian trong vũ trụ 13,7 tỷ năm tuổi của chúng ta có thể giúp xác thực liệu sự suy yếu của năng lượng tối có liên quan đến việc giảm vận tốc góc của vũ trụ hay không.

"Bước tiếp theo để thúc đẩy những ý tưởng này là xác định phương trình mô tả cách hằng số vũ trụ học, được tạo ra bởi vận tốc góc của vũ trụ, giảm theo thời gian và so sánh dự đoán lý thuyết này với sự suy giảm năng lượng tối được quan sát thấy", Poplawski kết luận. "Nghiên cứu này có thể bao gồm việc tìm kiếm số liệu mô tả một vũ trụ đang mở rộng và quay."

Một phiên bản nghiên cứu của Poplawski đã được bình duyệt trước xuất hiện trên trang lưu trữ bài báo arXiv.
 
Back
Bên trên