Bản nghiên cứu xuất hiện trên tạp chí High Energy Physics, qua đó chứng minh một lý thuyết đi ngược với quan niệm của vật lý học từ trước đến nay. Đó là vũ trụ thực chất không hề quá phức tạp như những gì các lý thuyết trước kia đề cập.
Nhà vật lý lý thuyết vĩ đại Stephen Hawking đã ra đi, nhưng những di sản ông để lại đều đã có sự đóng góp cực kỳ quan trọng trong nền khoa học của nhân loại. Và nay bản nghiên cứu cuối cùng do ông đứng tên cùng Thomas Hertog từ ĐH KU Leuven (Bỉ) đã chính thức được công bố.
Bắt đầu từ nền tảng của đa vũ trũ
Nghiên cứu bắt nguồn từ khái niệm "eternal inflation" (tạm dịch: tăng trưởng vĩnh cửu) xuất hiện lần đầu vào năm 1979.
Sau khi vụ nổ Big Bang xảy ra, cả vũ trụ đã liên tục giãn nở với tốc độ theo hàm mũ. Tốc độ sau đó chậm dần lại, còn năng lượng chuyển thành vật chất và bức xạ.
Nhưng theo thuyết tăng trưởng vĩnh cửu, vũ trụ là tập hợp của các "bong bóng không gian". Một số bong bóng ngừng tăng trưởng, tạo ra một khoảng vũ trụ tĩnh. Số khác vẫn tiếp tục phình lên theo hiệu ứng lượng tử. Và sự sai khác này đã tạo ra các đa vũ trụ, với số lượng không giới hạn.
Mô phỏng thuyết đa vũ trụ, khi từng mảnh (hay bong bóng không gian) phình lên
Cũng theo lý thuyết, mọi thứ chúng ta đang quan sát ở vũ trụ này chỉ gói gọn trong một bong bóng không gian, nơi sự tăng trưởng đã dừng lại để nhường chỗ cho các thiên hà và sao hình thành.
"Thuyết tăng trưởng vĩnh cửu trước kia cho rằng vũ trụ chứa các phân mảnh với số lượng vô hạn." - Hawking giải thích trong báo cáo.
"Các định luật về vật lý và hóa học cũng có thể khác biệt qua từng phân mảnh, tạo ra cái gọi là đa vũ trụ. Nhưng tôi chưa bao giờ thích lý thuyết này. Nếu quy mô của đa vũ trụ là quá lớn, lý thuyết này không thể được kiểm chứng."
Và sự phản đối của Hawking
Trong nghiên cứu của Hawking và Hertog, bộ đôi phản đối kết luận của thuyết tăng trưởng vĩnh cửu. Tất cả là vì Thuyết tương đối của Einstein - nền móng của lý thuyết - đã bị phá vỡ trong quy mô lượng tử.
"Vấn đề của lý thuyết này, là nó đang giả định rằng vũ trụ đang tiến hóa và liên tục tăng trưởng theo thuyết tương đối, trong khi đó lại bỏ qua hoàn toàn tác động từ hiệu ứng lượng tử," - Hertog cho biết.
"Tuy nhiên, tác động từ tăng trưởng vĩnh cửu đã bị chia cắt theo quy luật vật lý cổ điển và vật lý lượng tử. Hay nói cách khác, thuyết tương đối của Einstein không còn chính xác trong trường hợp này."
Nghiên cứu mới của họ dựa trên lý thuyết dây (string theory) - một thuyết hấp dẫn lượng tử , được xây dựng với mục đích thống nhất tất cả các hạt cơ bản cùng các lực cơ bản của tự nhiên, ngay cả lực hấp dẫn.
Nếu dùng lý thuyết dây, có thể hiểu vũ trụ giống như một hologram, và các nhà khoa học sẽ sử dụng chúng để xác định các chiều thời gian của thuyết tăng trưởng vĩnh cửu mà không cần dựa vào thuyết tương đối.
"Khi theo dấu quá trình vũ trụ tiến hóa, ở một số thời điểm chúng tôi đã chạm đến "ngưỡng" của tăng trưởng vĩnh cửu. Tại đó, khái niệm về thời gian không còn ý nghĩa gì nữa."
Điều này dường như đúng với một lý thuyết do chính Hawking cùng nhà vật lý James Hartle đưa ra vào năm 1983. Theo đó thì trước khi Big Bang xảy ra, không gian vẫn ở đó, nhưng không có thời gian. Vũ trụ lúc đó giãn nở, nhưng không có giới hạn.
Vũ trụ không quá phức tạp. Kể cả có đa vũ trụ, nó cũng không quá lớn
Tuy vậy, nghiên cứu mới cũng có phần đưa ra sự phản bác, cho rằng vũ trụ có ranh giới, cho phép chúng ta dự đoán được cấu trúc của vũ trụ.
Và cũng nhờ vậy, Hawking mới biết được rằng vũ trụ thực chất không hề phức tạp như các lý thuyết trước tin tưởng.
"Chúng tôi dự đoán vũ trụ này có giới hạn, và không theo cấu trúc phân mảnh," - Hawking cho biết.
Đa vũ trụ không tồn tại?
Thực chất thì đây không phải là điều nghiên cứu đã kết luận. Theo Hertog, nghiên cứu không nhằm mục đích chứng minh thuyết đa vũ trụ là sai, mà chỉ giảm nó xuống quy mô nhỏ hơn.
Đây là bước đầu tiên để con người có thể kiếm tra lại thuyết đa vũ trụ một cách dễ dàng trong tương lai.
Hiện tại, Hertog đang lên kế hoạch xác nhận lại thuyết tăng trưởng vĩnh cửu, bằng cách quan sát các sóng hấp dẫn. Sóng hấp dẫn ở trường hợp này là quá lớn nếu sử dụng các thiết bị truyền thống như LIGO. Nhưng với công nghệ của tương lai, mọi chuyện có thể khác.
Và rồi những nghiên cứu mới sẽ xuất hiện, qua đó tiết lộ nhiều hơn về bản chất của vũ trụ.
*LIGO: tên hệ thống đã bắt được sóng hấp dẫn đầu tiên trong lịch sử.
Tham khảo: Science Alert
