Con người đối mặt với vũ trụ

Nguyễn Quang Riệu

Nguyên Giám đốc Nghiên cứu danh dự Trung tâm Quốc gia
nghiên cứu Khoa học Pháp CNRS, Đài Thiên văn Paris

Xem bản tiếng Pháp tại đây

Toàn cảnh bầu trời quan sát trên bước sóng hồng ngoại.
Ngân hà xuất hiện dưới dạng một dải sáng ở trung tâm, xung quanh
là những ngôi sao và những chuỗi thiên hà chằng chịt như mạng nhện (NASA).

Lời mở đầu

Từ ngàn xưa, bầu trời ban đêm với dải sáng mờ ảo cùng những vì sao lóng lánh vẫn là một cảnh tượng kỳ diệu đối với con người. Tùy theo trí tưởng tượng của nhân loại, dải sáng kỳ lạ này được đặt tên là “Con Đường Sữa“ bởi người phương Tây hay “Ngân Hà“ bởi người phương Đông. Trong hàng thế kỷ, bầu trời tuy vẫn giữ được tính bí hiểm, nhưng vẻ đẹp thần tiên của nó đã là nguồn cảm hứng vô tận cho biết bao thi sỹ. Bầu trời cũng là đối tượng mà nhân loại muốn tìm hiểu về mặt triết học và siêu hình, thậm chí cả về mặt thần bí. Những nhà thiên văn và toán học danh tiếng thời xưa như Kepler ở thế kỷ 16, cho rằng ngành chiêm tinh cũng có thể được coi là một ngành khoa học như thiên văn học. Sự xuất hiện đột ngột trên bầu trời của sao chổi hay những ngôi sao đang bùng nổ, thường gọi là sao siêu mới, đã được các nhà chiêm tinh luôn luôn theo dõi tỉ mỉ, bởi vì những thiên thể phù du và cực kỳ sáng này là những điềm xấu báo hiệu có thiên tai.

Sự quan tâm đối với Vũ trụ thúc dục con người giải thích một cách hợp lý những cảnh tượng xẩy ra trên bầu trời. Từ thế kỷ 16, Copernic đã nhận định trái đất không phải là trung tâm vũ trụ mà chỉ là một thành viên trong đoàn hành tinh quay lượn xung quanh mặt trời. Quan điểm này tỏ ra mâu thuẫn với mô hình địa tâm (coi trái đất là trung tâm vũ trụ) đang thịnh hành thời đó. Galilée ở thế kỷ 17 cũng sử dụng chiếc kính thiên văn đầu tiên để thám hiểm hệ mặt trời. Sau này, những kính thiên văn lớn có hiệu năng ngày càng cao đã được dùng để thăm dò những vùng vũ trụ xa xăm, xứ sở cuả những thiên hà và cũng để đi ngược dòng thời gian đến tận gần thời điểm Vụ Nổ Lớn, khai sinh ra Vũ trụ cách đây ngót 14 tỷ năm. Những kết quả đo lường mới nhất bằng vệ tinh xác định rất chính xác là Vũ trụ có 13,82 tỷ năm tuổi. Ngày nay, hầu như tất cả các nhà vật lý thiên văn chấp nhận thuyết Vụ Nổ Lớn, bởi vì thuyết này có khả năng giải thích được đa số các hiện tượng quan sát.

Vũ trụ nguyên thủy

Vũ trụ sơ sinh cực kỳ nhỏ và nóng đặc là một môi trường “chân không lượng tử”. Trong thế giới vi mô, chân không không phải là trống rỗng, mà là nơi có những hạt ảo thay nhau xuất hiện đột xuất trong giây lát rồi biến đi tức thì. Những giao động chân không này sản sinh ra rất nhiều năng lượng để tạo ra một lực đẩy vô cùng mãnh liệt làm Vũ trụ bỗng phình ra, khoảng 10^-35 giây sau Vụ Nổ Lớn. Hiện tượng “lạm phát” (hay “lạm phình”) này đã làm thể tích của Vũ trụ bỗng tăng lên 10⁷⁸ lần trong vòng một miligiây! Để so sánh, sau thời đại lạm phát, thể tích của Vũ trụ chỉ tăng lên có 10⁹ lần trong suốt 13,82 tỷ năm tuổi.

Trong hàng trăm nghìn năm đầu, Vũ trụ nguyên thủy nóng đến nỗi electron bị rứt ra khỏi nguyên tử và tạo ra một môi trường ion hoá. Do đó, electron được di chuyển hoàn toàn tự do và khuếch tán những hạt photon (ánh sáng) ra tứ phía, làm Vũ trụ nguyên thủy mờ đục. Phải đợi khoảng 400 nghìn năm sau khi ra đời qua Vụ Nổ Lớn thì nhiệt độ Vũ trụ mới xuống tới khoảng 3000 độ K. Khi đó, electron mới tái hợp được với ion và Vũ trụ không còn bị electron tự do khuếch tán nên trở thành trong sáng. Chính hình ảnh của Vũ trụ vừa mới thoát ra khỏi giai đoạn mờ đục đã được các nhà thiên văn ngày nay thu trong kính thiên văn trên miền vi ba (sóng vô tuyến). Bức xạ này được gọi là “ Bức xạ phông vũ trụ “ (hay Bức xạ nền), lúc đầu rất nóng (10³² độ K), sau đã nguội dần vì Vũ trụ dãn nở. Nhiệt độ của bức xạ đo được hiện nay chỉ khoảng 2,7 độ K (~ -270 độ C).

Bức xạ di tích của Vụ Nổ Lớn

Bức xạ phông vũ trụ di tích cuả Vụ Nổ Lớn phát ra trên lĩnh vực vi ba đã được phát hiện tình cờ năm 1964 bằng một chiếc kính thiên văn vô tuyến đặt trên mặt đất. Bức xạ chứa đựng nhiều thông tin liên quan đến Vũ trụ sơ sinh và quá trình tiến hoá cuả Vũ trụ. Từ khi bức xạ được phát hiện đã có nhiều kính thiên văn được phóng lên không gian để quan sát trên những miền sóng khác. Ưu thế cuả những quan sát bằng vệ tinh là tránh được màn khí quyển trái đất có khả năng làm nhiễu tín hiệu phát ra từ Vũ trụ, đặc biệt là trên miền sóng ngắn. Vệ tinh mới nhất dành riêng cho sự nghiên cứu bức xạ phông vũ trụ, vệ tinh Planck, phóng năm 2009 đã tìm ra những chi tiết chưa từng phát hiện được từ trước tới nay. Vệ tinh Planck có hiệu năng rất tốt nhờ có độ phân giải và độ nhạy cao. Toàn bộ các máy thu tín hiệu được ướp lạnh xuống gần tới không độ tuyệt đối (~ -273 độ C) bằng kỹ thuật nhiệt độ thấp hiện đại, nhằm giảm tối thiểu tiếng ồn của máy. Kho tàng số liệu thu được bằng vệ tinh Planck cần nhiều thời gian để được xử lý kỹ lưỡng. Những kết quả quan sát bằng những vệ tinh thế hệ trước đã được khẳng định bằng vệ tinh Planck. Phông vũ trụ đồng đều trên diện rộng nhưng có những dao động về nhiệt độ cực kỳ nhỏ tạo ra bởi những khối vật chất rải rác đây đó trong Vũ trụ. Những cụm vật chất là mầm mống của những ngôi sao và những thiên hà quan sát thấy hiện nay. Kết quả quan sát bức xạ phông vũ trụ, đặc biệt là sự phân bố những cụm vật chất, giúp các nhà vật lý thiên văn lập ra những kịch bản mô tả sự tiến hoá cuả Vũ trụ từ khi vừa mới ra đời. Vệ tinh Planck phát hiện là tuổi của Vũ trụ cao hơn 70 triệu năm so với tuổi ước tính dựa trên những kết quả quan sát bằng những vệ tinh thế hệ trước. Thành phần năng lượng và vật chất trong Vũ trụ cũng được xác định chính xác hơn. Vũ trụ chứa tới 68,3% năng lượng tối và 26,8% vật chất tối, cả hai đều là những thực thể vô hình mà bản chất vẫn còn là điều bí ẩn. Vật chất thông thường nhìn thấy được để tạo ra những ngôi sao, những thiên hà, những hành tinh kể cả loài người trên trái đất, chỉ chiếm chưa tới 5% tổng số năng lượng và vật chất trong Vũ trụ. Do đó, Vũ trụ dường như là một thế giới tàng hình! Năng lượng tối có khả năng làm tăng tốc độ cuả sự dãn nở vô tận của Vũ trụ. Còn vật chất tối, tuy cũng không nhìn thấy, nhưng biểu hiện bằng tác động của trường hấp dẫn rất mạnh, nên có khả năng tập hợp các thiên hà thành từng chòm và làm trệch hướng những tia ánh sáng, do đó làm biến dạng hình ảnh thu được cuả những thiên hà.

Thuyết đa vũ trụ

Có những nhà thiên văn đề nghị là Vũ trụ mà chúng ta quan sát thấy chỉ là một phần cuả một loại đa vũ trụ vô tận. Những vùng khác của đa vũ trụ bao la cũng giống như Vũ trụ cuả chúng ta với những định luật vật lý tương tự. Những nhà thiên văn khác đưa ra ý kiến đa vũ trụ cũng có thể gồm có vô vàn vũ trụ riêng lẻ trong đó có Vũ trụ cuả chúng ta. Mỗi vũ trụ có định luật vật lý riêng biệt và tiến hóa khác nhau. Một số vũ trụ “vô sinh” không chứa sự sống, còn trong một số khác sự sống có thể nảy sinh. Quá trình lạm phát làm các vũ trụ sơ sinh phình ra đến tột bậc để trở thành những không gian dãn nở vô tận, lơ lửng như những quả bong bóng xà phòng.

Khái niệm đa vũ trụ nảy sinh từ lý thuyết dây. Dây vũ trụ là một thực thể nhỏ hơn cả những hạt hạ nguyên tử như electron và quark. Những loại hạt cơ bản khác nhau đều xuất phát từ những kiểu dao động khác biệt cuả những dây vô cùng nhỏ này. Dây vũ trụ di chuyển trong một không-thời gian nhiều chiều (đáng lẽ chỉ là 4 chiều, 3 chiều không gian và 1 chiều thời gian như trong Vũ trụ của chúng ta). Những chiều phụ được gấp lại và không nhìn thấy. Từ một không gian rất nhiều chiều, vô số vũ trụ 4 chiều như Vũ trụ cuả chúng ta có thể được tạo ra với những đặc trưng khác nhau. Một số vũ trụ có điều kiện thích hợp để những thiên hà, những ngôi sao và sự sống có khả năng hiểu biết tồn tại được. Vũ trụ của chúng ta có thể là một trong những vũ trụ bong bóng lơ lửng trong một đại vũ trụ. Tuy nhiên, khái niệm đa vũ trụ vẫn còn trong lĩnh vực suy đoán.

Sự sống trong Vũ trụ

Trong Vũ trụ có hàng trăm tỷ thiên hà, mỗi thiên hà cũng có hàng trăm tỷ ngôi sao. Trong đoàn hành tinh diễu hành xung quanh mỗi ngôi sao, một số có thể có những điều kiện tự nhiên thích hợp với sự sống, kể cả sự sống có khả năng hiểu biết như loài người trên trái đất. Nhà vật lý Enrico Fermi trong chuyến thăm Trung tâm Nguyên tử Los Alamos (Bang New Mexico, Hoa Kỳ) vào năm 1950, tự đặt câu hỏi trước các nhà khoa học: Vũ trụ có nhiều hành tinh như thế, ắt là đã phải có những nền văn minh siêu việt có khả năng liên lạc với chúng ta và đến thăm viếng hành tinh trái đất. Vậy thì họ đang ở đâu? Câu chuyện ngắn thú vị này đã trở nên nổi tiếng và được gọi là “nghịch lý Fermi” .

Năm 1977, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ NASA đã phóng tàu thăm dò tự động Voyager để quan sát những hành tinh trong hệ mặt trời, đặc biệt là hai hành tinh khổng lồ, Mộc và Thổ. Hiện nay, con tàu tự động Voyager đang trên con đường sắp sửa từ giã hệ mặt trời để phiêu lưu trong không gian rộng mênh mông cuả dải Ngân hà. Con tàu mang theo cái đĩa thu tiếng ca cuả cá voi và nhạc rock’n’roll cùng lời chào thân ái của nhân loại ghi bằng đủ thứ tiếng. Thông điệp này dường như có tính hài hước và được gửi như một lá thư trong cái chai lênh đênh trên biển, nhằm một ngày nào đến tay những người ngoài hành tinh khi họ chặn được con tàu.

Những hành tinh thường không quá nóng, do đó thân thiện với đời sống hơn những ngôi sao và có thể là nơi ẩn náu cuả sinh vật. Sự phát hiện hành tinh là điều kiện tiên quyết cho sự săn tìm cư dân trên những thế giới khác. Đến nay đã có khoảng một nghìn hành tinh được phát hiện trong dải Ngân hà, mà đa số là những hành tinh cỡ lớn ở thể khí, không thể được coi là nơi cư trú của sinh vật như trên trái đất. Sự tìm kiếm vẫn được xúc tiến để phát hiện những hành tinh có vỏ rắn tương tự như trái đất quay xung quanh những ngôi sao ở những vùng có thể coi là ở được và thích hợp với sự phát triển cuả sự sống giống như trên trái đất. Những nỗ lực để phát hiện trong Ngân hà axit amin, thành phần cuả tế bào sống, vẫn chưa thành công. Đồng thời những chiến dịch thu tín hiệu vô tuyến phát ra bởi những nền văn minh ngoài trái đất cũng chưa mang lại kết quả.

Sự điều chỉnh cực kỳ tinh tế những điều kiện tự nhiên

Những điều kiện tự nhiên trong Vũ trụ nguyên thủy đã được điều chỉnh tinh tế để Vũ trụ tiến hoá đến trạng thái hiện nay. Nếu Vũ trụ nguyên thủy đồng đều không có những dao động mật độ để những ngôi sao và những thiên hà có thể hình thành và nếu sự dãn nở cuả Vũ trụ cũng chỉ nhanh hơn đôi chút thì Vũ trụ ngày nay trống rỗng hoàn toàn. Chẳng hạn nếu hằng số cấu trúc tinh tế, một thực thể vật lý chi phối lực điện từ, chỉ khác đi chút ít thì nguyên tử và phân tử không thể tồn tại. Cường độ cuả bốn lực cơ bản, tức là lực điện từ, lực hấp dẫn và lực hạt nhân (mạnh và yếu), cũng phải có những giá trị chính xác và thích hợp để Vũ trụ có diện mạo ngày nay.

Liệu Vũ trụ đã được tạo ra để có mục đích nhất định nào không?

Một số nhà vật lý thiên văn nghĩ rằng, nếu đã có sự điều chỉnh những điều kiện tự nhiên ban đầu rất tinh tế như thế, thì Vũ trụ nguyên thủy ắt phải được thiết kế riêng để sự sống có hiểu biết cao xuất hiện sau này. Họ cho rằng sự chọn lựa ban đầu không thể là do ngẫu nhiên. Vũ trụ đã được tạo ra cố ý để loài người xuất hiện hàng tỷ năm về sau. Quan điểm này đã trở thành một nguyên lý và được gọi là “nguyên lý vị nhân” (vì loài người) và là đề tài tranh luận giữa những nhà khoa học. Nguyên lý này ngụ ý là có một Đấng Tối cao, một Đấng Sáng tạo trị vì Vũ trụ và cũng đồng thời thích hợp với “thuyết nhân tâm” coi nhân loại là trung tâm của tất cả thế gian. Nguyên lý vị nhân tỏ ra đối lập với tư tưởng cách mạng của Copernic, vì tư tưởng này cho rằng trái đất không phải là trung tâm vũ trụ. Một số người ủng hộ tư tưởng nguyên lý vị nhân trong đó có Đức Giám mục George Coyne, nhà thiên văn và thành viên cuả Viện Hàn lâm Giáo hoàng Khoa học Vatican. Họ nghĩ rằng nguyên lý này có thể có tác dụng tốt đối với công việc nghiên cứu vũ trụ, do kết hợp được thần học với khoa học. Các nhà vũ trụ học thì tin rằng những giải thích có tính vị nhân chỉ có thể được dùng sau khi tất cả các lý lẽ dựa trên ngành khoa học vũ trụ thất bại.

Một phong trào dựa trên thuyết sáng tạo gọi là “thiết kế thông minh” đã được phổ biến rộng rãi tại một số quốc gia. Theo học thuyết này, sự sắp đặt có quy củ và vẻ đẹp cuả Vũ trụ phải nảy sinh từ một nguyên nhân thông minh nào đó, chứ không phải do một hiện tượng ngẫu nhiên. Thuyết thiết kế thông minh dường như có cơ sở lý thuyết vật lý thiên văn, đặc biệt là nguyên lý vị nhân tuy nguyên lý chưa được công nhận, nhưng kỳ thực thuyết này dựa trên tư tưởng thần học. Thuyết thiết kế thông minh mâu thuẫn với thuyết Darwin khẳng định rằng sự tiến hoá của muôn loài đã được thực hiện bằng sự chọn lọc tự nhiên, không có sự can thiệp của cuả một Đấng Sáng tạo. Đôi khi, thuyết thiết kế thông minh cũng được giảng dạy tại một số trường học để cạnh tranh với thuyết Darwin.

Những mô hình vũ trụ mô tả nguồn gốc và sự tiến hoá cuả Vũ trụ đã được xây dựng trên những kết quả quan sát thiên văn và những lý thuyết vật lý phức tạp. Sở dĩ những điều kiện tự nhiên trong Vũ trụ nguyên thủy được điều chỉnh tinh tế, nên có các nhà khoa học nảy ra ý kiến là có sự can thiệp cuả một thực thể tương tự như một Đấng Sáng tạo. Hiện tượng này tỏ ra thích hợp với tư tưởng của những tôn giáo độc thần, như Kitô giáo, Do thái giáo và Hồi giáo. Ngược lại, khái niệm sáng tạo không phù hợp với tư tưởng Phật giáo. Đạo Phật được coi là một tôn giáo không có Thượng đế, thậm chí chỉ là một thuyết triết học. Phật tử phải sống theo đạo lý cuả Phật giáo để được giác ngộ và thoát ra khỏi vòng luân hồi liên miên đầy đau khổ. Theo Phật giáo, Vũ trụ không có khởi điểm và cũng không có kết thúc. Tư tưởng này hoà hợp với thuyết đa vũ trụ, cho là có nhiều vũ trụ bong bóng vĩnh hằng và bất di bất dịch, không trải qua trạng thái nóng đặc của thuyết Vụ Nổ Lớn.

Tuy nhiên, tín ngưỡng là lòng tin thâm thúy của mỗi người và không cần phải được biện hộ bằng những chứng cứ khoa học. Tôn giáo và khoa học đi theo những con đường song song với nhau mà không bao giờ gặp nhau.

N.Q.R