Về sự hình thành vũ trụ

Câu chuyện của tôi đến đây dựa trên những gì các nhà khoa học đã biết về vũ trụ, được gọi là Mô hình chuẩn, được phát triển vào những năm 60 và 70 của thế kỷ trước.

Tôi chưa hề cố tình suy diễn hay phỏng đoán thêm một điều gì. Nhưng mọi điều chúng ta cho rằng chúng ta đã biết cần phải được xem xét cùng với những gì chưa biết. Còn nhiều câu hỏi quan trọng vẫn chưa có câu trả lời.

Ngay cả nguồn gốc của Mặt trăng cũng là điều chưa chắc chắn. Một số ý kiến cho rằng nó là một mẩu nhỏ vỡ ra từ Trái đất, nhưng hầu hết mọi người tin rằng Mặt trăng xuất hiện khi một ngôi sao nhỏ đâm vào quả đất, không thể thoát khỏi lực hấp dẫn và trở thành vệ tinh của nó, đẩy trục xoay của Trái đất từ đứng sang hơi nghiêng và điều đó tạo ra các mùa khác nhau.

Những câu hỏi khó hơn nảy sinh, ví dụ như: “Tại sao các phương trình toán học lại có hiệu quả trong việc xác định được đường bay của Mặt trăng và thiên hà Andromeda?” và “Trước vụ nổ lớn là gì?” Trả lời câu hỏi đầu tiên, các nhà toán học chỉ nhún vai và nói đùa, “Thượng đế là một nhà toán học”. Thật kỳ diệu khi chúng ta có thể biết mọi chuyện về vũ trụ, và bộ óc của con người có thể sáng tạo ra các phương trình phù hợp với thực tế. Còn đối với câu hỏi thứ hai và các câu hỏi khác:

1. Điều gì xảy ra trước vụ nổ lớn?

Chẳng ai biết được tình trạng nguyên thuỷ của vũ trụ ra sao. Một số nhà vật lý tin rằng lời giải cho vấn đề này mãi mãi vượt quá khả năng và bất kỳ lý thuyết nào mà con người đặt ra. Nhưng vẫn có vô số lý thuyết. Một trong số đó, do Lee Smolin từ Đại học Pennsylvania đề xuất, cho rằng tình trạng ban đầu của vũ trụ là một lỗ đen trong một vũ trụ khác. Mô tả một lỗ đen có vẻ giống như câu chuyện về điểm khởi đầu của vũ trụ, chỉ khác là theo trình tự ngược lại – vật chất, năng lượng, không gian, và thời gian bị dồn nén cho đến khi chúng biến mất.

Các nhà vật lý đang xem xét thuyết của Smolin cho rằng vật chất, năng lượng, không gian và thời gian có thể biến mất khỏi kết cấu của vũ trụ chúng ta để tái xuất hiện ở một nơi nào đó như một vũ trụ mới. Chúng ta có thể đang sống trong một “đa vũ trụ” bao gồm rất nhiều vũ trụ xuất hiện từ những vũ trụ khác. Đây chỉ là một trong số vài kịch bản lý thuyết hiện hành dựa trên ý tưởng có nhiều vũ trụ.

2. Lúc đầu, Trái đất giãn nở thế nào?

Một giả thuyết có vẻ phù hợp cho rằng vào thời điểm đầu tiên, vũ trụ nở cực mạnh – tức là nó giãn ra rất nhanh, với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng rất nhiều, bán kính của nó liên tiếp tăng gấp đôi đều đặn trong từng khoảng thời gian bằng nhau. Sau ít hơn một giây, đợt bùng phát này kết thúc, và sau đó vũ trụ giãn nở với vận tốc ổn định, cho tới khoảng 5 tỉ năm trước đây khi vận tốc giãn nở của nó lại tăng lên. Giả thiết về sự bùng phát này giải quyết được một vài vấn đề của lý thuyết vụ nổ lớn, nhưng nó vẫn chưa được thiết lập một cách hoàn chỉnh.

3. Lý thuyết về những vấn đề có quy mô cực lớn, được gọi là Thuyết Tương đối rộng, và lý thuyết về những vấn đề có quy mô cực nhỏ của vũ trụ, được gọi là Thuyết Cơ học lượng tử, được thống nhất ra sao?

Hai nhóm lý thuyết này chứa đựng mâu thuẫn, và chưa thể giải quyết để hình thành một lý thuyết chung vĩ đại giải thích được mọi thứ. Tuy nhiên, khi nghiên cứu những lỗ đen hay vũ trụ vào thời điểm vụ nổ lớn xảy ra, các nhà vật lý phải dùng cả Thuyết Tương đối rộng lẫn Thuyết Cơ học lượng tử. Khi đó, đáp số cho những phương trình của họ thường bằng vô cực.

Điều này chỉ ra một vấn đề có thể phát biểu đơn giản như sau: Thuyết Cơ học lượng tử cho chúng ta biết rằng vũ trụ nhìn với quy mô nhỏ là một đấu trường hỗn loạn nơi mọi thứ xuất hiện và biến mất mà không thể tiên đoán được. Ngược lại, Thuyết Tương đối rộng được xây dựng trên nguyên tắc của hình học không gian ổn định.

Trong thực tế, khi không tính đến những thái cực thì Thuyết Cơ học lượng tử và Thuyết Tương đối rộng kết hợp hoàn hảo với nhau để đưa ra những tiên đoán về các kết quả có thể quan sát được; những biến động mạnh, ngẫu nhiên trong thế giới quy mô nhỏ triệt tiêu lẫn nhau để vận hành như một cơ cấu yên lành.

Các nhà vật lý học cảm thấy kiến thức của họ vẫn phải bị coi là chưa đầy đủ cho đến khi không còn mâu thuẫn trong các lý thuyết họ phát triển. Vào năm 1984, hai nhà vật lý học Michael Green và John Schwarz đưa ra bằng chứng đầu tiên về một lý thuyết thống nhất mới, được gọi là lý thuyết siêu dây hay ngắn hơn là lý thuyết dây. Ý tưởng đó cho rằng thành phần cơ bản nhất của vũ trụ không phải là hạt mà là dải xoắn hay dây năng lượng mà tính chất của chúng phụ thuộc vào cách chúng dao động.

Những dây này siêu nhỏ – chiều dài khoảng 10-35 cm – đến nỗi chúng trông giống như một điểm ngay cả khi nhìn dưới những thiết bị quan sát mạnh nhất. Lý thuyết này cũng cho rằng vũ trụ có nhiều hơn ba chiều – có thể là mười chiều (hoặc hơn) – cộng với thời gian. Về mặt lý luận, lý thuyết dây thực sự là một thuyết thống nhất, cho rằng tất cả vật chất và lực đều xuất phát từ duy nhất một thành phần: những chuỗi năng lượng dao động. Kể từ năm 1984, những bằng chứng khác đã được phối hợp để củng cố ý tưởng về dây, nhưng vẫn chưa có những bằng chứng thực nghiệm để chứng minh lý thuyết này.

4. Từ những năm 60 và 70, khi các nhà khoa học bắt đầu cảm thấy chắc chắn rằng vũ trụ có điểm khởi đầu, họ cũng đã băn khoăn: “Vũ trụ sẽ kết thúc ra sao?”

Dường như có ba khả năng. Vũ trụ có thể giãn nở mãi cho đến khi từ các thiên hà, ánh sáng tắt đi và mỗi ngôi sao chỉ còn là xỉ than; sự giãn nở của vũ trụ có điểm dừng và mọi sự quay ngược trở lại, tất cả vật chất trong vũ trụ sẽ bị hút ngược vào trong chính chúng khi xảy ra một vụ nổ khủng khiếp; hoặc theo cách nào đó sự giãn nở của vũ trụ sẽ đạt được một mức cân bằng tinh tế, và ở mức cân bằng đó giãn nở xảy ra chậm lại, nhưng không có quá trình quay ngược.

Trong vài thập kỷ vừa qua, các nhà vật lý đã biết rằng tốc độ giãn nở của vũ trụ không giảm đi mà lại còn tăng lên. Một điều bí ẩn nào đó đang đẩy mọi thứ xa nhau hơn. Các nhà khoa học gọi lực phản hấp dẫn huyền bí này là “năng lượng trong bóng tối”, hoặc là năng lượng của hư không. Họ cũng tin vào sự tồn tại của cái gọi là “vật chất trong bóng tối”, không giống như bất cứ thứ gì trên quả đất. Chưa ai biết năng lượng trong bóng tối hay vật chất trong bóng tối là gì; nhưng hiện tại các nhà khoa học cho rằng chúng có thể chiếm đến 90 phần trăm vũ trụ. Cuộc tìm kiếm mới chỉ bắt đầu.

Về sự hình thành sự sống

Phần nhiều kiến thức của chúng ta về những gì xảy ra trong khoảng thời gian mà chương này đề cập – ngót nghét 4 tỉ năm – không tránh khỏi phải dựa trên những bằng chứng không đầy đủ.

Còn nhiều câu hỏi vẫn chưa được giải đáp, nhưng khi xuất hiện những bằng chứng mới, chúng sẽ khẳng định lại những điều căn bản kể trên.

Những tiến bộ gần đây trong việc xác định tuổi của đá và hoá thạch đã có những đóng góp đáng kể. Để đạt được những tiến bộ này, người ta phải dựa vào phóng xạ hoặc thống kê xu thế thay đổi ngẫu nhiên của trong nhân của một số dạng khác nhau của cùng một nguyên tố, tức các chất đồng vị.

Nhân của một đồng vị không ổn định, hay phát xạ. Thời gian để một nửa lượng đồng vị tiêu tan, tức thay đổi nhân của nó, được gọi là chu kỳ bán phân huỷ. Đá núi lửa thường chứa các chất đồng vị phóng xạ, nhờ đó mà ta có thể tính tuổi của chúng. Phương pháp định tuổi carbon phóng xạ ra đời năm 1948 và đã được cải thiện trong thời gian gần đây.

1. Có phải khủng long là loài máu nóng?

Trong tác phẩm Nghịch thuyết về khủng long, Robert Bakker giải thích nguyên nhân ông cho rằng khủng long phải là loài máu nóng để có thể thống trị lâu dài như vậy. Có máu nóng như động vật có vú là bước tiến dài so với các giống bò sát, điều đó có thể đã giúp cho khủng long có được lợi thế cạnh tranh. Nhưng ý tưởng mạnh mẽ này chưa được khẳng định hay bác bỏ, do các hoá thạch không cho ta bằng chứng nào về các cơ quan trong cơ thể của khủng long cũng như việc chúng hoạt động ra sao.

2. Các sinh vật nên được phân loại thế nào?

Khi kiến thức về vi sinh vật ngày càng tăng lên, các nhà khoa học đã đề xuất những hệ thống phân loại hoàn toàn mới, cho phép chúng ta có thể phân loại vi khuẩn kỹ hơn. Năm 1969, một nhà sinh thái học ở Đại học Cornell tên là R. H. Whittaker đã đề xuất 5 giới – động vật, thực vật, nấm, vi khuẩn, và sinh vật nguyên sinh (bất cứ loài nào không phải thực vật hay động vật).

Đến năm 1976 Carl Woese giới thiệu cách phân loại gồm 23 nhóm chính, chia theo một mức độ cao hơn, gọi là vực (domain) – bao gồm vi khuẩn, vi khuẩn cổ và sinh vật có nhân. Theo mô hình này, mọi môn thực vật học và động vật học đều “bị giáng xuống thành một vài nhánh nhỏ trên cành xa nhất của chi sinh vật có nhân”. Vậy là tranh cãi về cách phân loại lại tiếp diễn.

3. Thuyết tiến hoá giúp giải thích về bản chất con người thế nào?

Các nhà tâm lý học theo thuyết tiến hoá cho rằng não bộ là một đặc tính thích nghi để tồn tại của con người. Cách tiếp cận này là một xu thế lý luận trong vài thập niên qua. Họ cho rằng bộ não của chúng ta tiến hoá từ não của loài tinh tinh và từ hoàn cảnh của ít nhất là 2 triệu năm trước, thay vì từ những kinh nghiệm trong vòng 5.000 năm trở lại đây, vốn chưa được mã hoá trong nguyên liệu di truyền của chúng ta.

Một ví dụ nhỏ là việc chúng ta sợ rắn và nhện, và các nhà tâm lý học lập luận rằng đó là đặc tính bẩm sinh được hình thành trong quá trình sống ở những nơi có rất nhiều rắn và nhện. Những con vượn sợ rắn, nhện đã sống sót, và bài học về cái chết của những kẻ không sợ rắn, nhện đã được ghi vào não của chúng ta.

4. Nếu tinh tinh là họ hàng gần của con người, một câu hỏi sẽ nảy sinh: đã có con người nào từng cố gắng giao phối với tinh tinh chưa?

Nếu có người đã từng làm như vậy, họ đã giữ kín chuyện đó. Chẳng ai biết một thử nghiệm như vậy đã từng xảy ra hay chưa. Tinh tinh và người là hai loài khác biệt, và giữa hai loài này không thể có con chung. Nếu có thử nghiệm thành công đi nữa thì kết quả của sự kết hợp đó sẽ được nuôi dưỡng như thế nào?

Số phận của ngững loài vượn lớn rất mong manh. Chúng đã mất gần hết rừng để trú ẩn, bị virus Ebola đe doạ, con người thì săn bắn chúng lấy thịt, giam chúng trong vườn thú, hay nhốt chúng trong chuồng để làm thí nghiệm. Những ai nghiên cứu sâu về chúng đều cảm thấy buồn xé ruột. Những người châu Phi sống gần chúng nhất lại thường có xung đột lợi ích với chúng. Rất có thể ngay trong đời con chúng ta, các giống vượn sẽ tuyệt chủng trong tự nhiên.

5. Một số nhà sinh vật học và thiên văn học quyết tâm tìm kiếm sự sống trong vũ trụ, hoặc đưa sự sống từ Trái đất ra ngoài vũ trụ.

Họ quan tâm đến các vấn đề như: Liệu thế giới vi mô – vi sinh vật hay vi khuẩn – sẽ có bao giờ lan ra những nơi khác trong không gian không? Liệu vi khuẩn có khả năng tạo ra điều kiện cho sự sống ở nơi khác hay không? Liệu có thể mang vi khuẩn sang các hành tinh khác để cho chúng sinh sôi nảy nở ở đó không?