Thời gian có bắt đầu và kết thúc không? (Phần 11)

Chúng ta đã mô tả hai dạng khác nhau của tính hết sức trơn biểu hiện ở vũ trụ vĩ mô hiện nay: sự đồng đều của nhiệt độ trên mặt tán xạ sau cùng đến sai số một phần một trăm nghìn cho dù là mặt đó đang bao gồm hàng nghìn bộ phận đã mất kết nối nhân quả; và thực tế hình học của vũ trụ là phẳng sau 13,7 tỉ năm dài tiến hóa. Bất cứ sai khác nào với hai trường hợp này là rất không có khả năng. Cái không có khả năng vừa nói này có thể sánh với việc làm cân bằng một cái bút chì trên đầu nhọn của nó và thấy nó vẫn cân bằng trong một thời gian rất lâu về sau: dù là nhà vật lí hay dân không chuyên đều cần đến lời giải thích.

Các nghiên cứu lí thuyết vật lí hạt ở năng lượng cao đề xuất cần thiết cải tiến hợp lí mô hình Big Bang. Những lí thuyết ấy xét những chuyển tiếp kịch tính giữa các pha khác nhau khi nhiệt độ giảm thời vũ trụ sơ khai. Khi vũ trụ lạnh đi, nó có thể trở nên bị bẫy tạm thời trong một trạng thái có những tính chất đặc biệt gọi là chân không sai. Nói ngắn gọn thì trải qua chân không sai hay trạng thái cơ bản này thì bình thường vũ trụ chịu một sự giãn nở rất nhanh theo hàm mũ. Để trơn thỏa đáng, cái quan trọng là sự giãn nở nhanh đó ít nhất phải làm kích cỡ tăng gấp 28 bậc độ lớn. Giai đoạn giãn nở siêu nhanh giả định này được gọi là lạm phát.

Lạm phát mang lại lời giải thích cho các tính trơn, bài toán chân trời và bài toán phẳng. Bài toán chân trời được giải bởi vì toàn bộ vũ trụ nhìn thấy hiện nay phát sinh qua lạm phát từ chỉ một vùng nhỏ xíu kết nối nhân quả. Tính phẳng được giải thích bởi vì lạm phát khiến mọi độ cong có trước đó đều bỏ qua được. Cái này giống như là lấy một quả khí cầu rồi bơm nó lên (nhưng không nổ!) đến một kích cỡ vô cùng lớn. Bề mặt lúc ra đời có bị cong mạnh thì về căn bản sẽ trở nên phẳng vào cuối quá trình.

Thật vậy, cách duy nhất mà người ta biết để điều chỉnh hai nhược điểm đi cùng với tính trơn của kịch bản Big Bang là giả sử một giai đoạn lạm phát lúc vũ trụ còn rất sơ khai. Không có bằng chứng trực tiếp nào cho lạm phát nhưng quan điểm này thường được xem là có khả năng trụ vững ở dạng này hay dạng khác và cung cấp một thành phần mới quan trọng trong lí thuyết Big Bang, lí thuyết được xây dựng vào thập niên 1960.

Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của lạm phát là nó mang lại một cơ chế khả dĩ phá vỡ tính trơn tổng thể ban đầu chỉ bởi những nhiễu loạn hết sức nhỏ. Đây là một hiệu ứng của cơ học lượng tử trong thời kì lạm phát trong một phần tỉ đầu tiên của một giây sau Big Bang. Những thăng giáng lượng tử này thoát ra khỏi bán kính Hubble đang lớn dần, đặc trưng cho khoảng cách kết nối nhân quả trong thời kì lạm phát, và rồi đi vào trở lại rất muộn sau đó, sau chừng vài trăm nghìn năm hoặc lâu hơn. Câu hỏi đặt ra là liệu những thăng giáng lượng tử này có dẫn tới những nhiễu loạn cần thiết sau đó để gieo mầm cấu trúc vĩ mô của vũ trụ. Câu hỏi này đòi hỏi chúng ta phải hiểu, rõ ràng hơn so với hiện nay, kết nối giữa các thăng giáng lượng tử thoát khỏi chân trời và những nhiễu loạn cổ điển thu được trong nghiên cứu bức xạ nền vi sóng vũ trụ từ mặt tán xạ sau cùng. Tuy nhiên, một quan điểm có sức cám dỗ lớn là những cấu trúc đồ sộ như các đám thiên hà có thể xem là những khuếch đại khổng lồ của cái đã từng là những hiệu ứng lượng tử hết sức vi mô.

Xem Phần đầu tiên >>