Thời gian không có khởi đầu và kết thúc - PHẦN 1

Lời nói đầu

Có phải thời gian đã bắt đầu lúc Big Bang? Sự giãn nở hiện nay của vũ trụ sẽ kéo dài trong thời gian hữu hạn hay vô hạn?

Những câu hỏi này nghe có tính triết lí nhưng nay đang trở thành trọng tâm của nghiên cứu vũ trụ học của thế kỉ 21. Câu trả lời, sẽ xuất hiện rõ ràng trong một hai chương tiếp theo, có thể có những gợi ý nổi bật cho cách chúng ta nhìn nhận vai trò của chúng ta trong vũ trụ. Kể từ khi xuất bản tập sách Lược sử thời gian của Stephen Hawking hồi năm 1988, câu trả lời cho những câu hỏi này đã phát triển, là một hệ quả của sự nghiên cứu tích cực của cộng đồng vật lí lí thuyết, trong đó có bản thân tôi. Cho đến nay, những quan điểm cơ sở đòi hỏi phải xét đến nhiều đề tài rộng mở thuộc vũ trụ học, nhất là thành phần năng lượng của vũ trụ. Phần trình bày tóm tắt những kết luận của tôi, tóm lược ba khả năng khác nhau về lịch sử và tương lai của thời gian, khả năng thấp nhất là quan điểm truyền thống (thời gian đã bắt đầu và sẽ không bao giờ kết thúc) và khả năng cao nhất là một mô hình tuần hoàn (thời gian không bao giờ bắt đầu hay kết thúc), thuộc về chương cuối có thể đọc trước. Để hiểu rõ sự luận giải để đi đến những kết luận đó, các bạn nên đọc toàn bộ tập sách. Hi vọng của tôi khi viết quyển sách này, quyển sách phổ biến kiến thức đầu tiên của tôi, là sẽ nó mang lại sự phản ánh về thời gian. Nhiều người có lẽ đã có một quan niệm triết lí rằng thời gian có bắt đầu và kết thúc hay không. Quyển sách này nhắm tới mục tiêu phổ biến một số thực tế khoa học mới khám phá trong thời gian gần đây, và nó tập trung sự suy xét của quý độc giả vào hai câu hỏi chính đã nêu trong tựa sách.

Chương 1

Tại sao nhiều nhà khoa học khác tin rằng

thời gian đã bắt đầu lúc Big Bang?

Sự cảm nhận hàng ngày của chúng ta về vũ trụ xuất phát từ việc chiêm ngưỡng bầu trời để nhìn thấy Mặt trời lúc ban ngày và, sâu sắc hơn, để nhìn thấy hàng nghìn ngôi sao trên bầu trời đêm. Chắc chắn một số câu hỏi cổ xưa nhất kể từ buổi bình minh của tư duy nhân loại đó là: Vũ trụ to bao nhiêu? Nó có bắt đầu hay không? Những thành phần chính của vũ trụ hiện nay là gì? Thời gian có kết thúc không?

Vũ trụ học là tên gọi đặt cho lĩnh vực nghiên cứu khoa học về vũ trụ. Hiện nay là một kỉ nguyên chưa có tiền lệ đối với vũ trụ học vì có thể nói rằng trong hai mươi năm qua chúng ta đã học được về vũ trụ học nhiều hơn lượng kiến thức về vũ trụ tích lũy trước đó trong toàn lịch sử nhân loại. Bất chấp sự phát triển to lớn và đầy hào hứng này của kiến thức của chúng ta là kết quả của nhiều quan sát ấn tượng, vũ trụ ngày một trở nên khó hiểu hơn trên nhiều phương diện. Chúng ta càng biết nhiều thì mức độ ngu dốt của chúng ta càng trở nên rõ nét.

Trong thời gian gần đây, vũ trụ học đã có câu trả lời cho một số câu hỏi cổ xưa và trong chương này chúng tôi sẽ nêu ra câu trả lời cho hai câu hỏi đầu tiên: Vũ trụ to bao nhiêu? Nó đã ra đời cách nay bao lâu – ít nhất là tính đến kỉ nguyên giãn nở hiện nay? Tất cả chúng ta đều có thể đồng ý rằng giai đoạn giãn nở hiện nay mà chúng ta đang sống trong đó đã bắt đầu cách nay một khoảng thời gian hữu hạn nào đó nhưng, như tôi sẽ giải thích ở phần sau chương này, không rõ là bản thân thời gian có bắt đầu từ khi ấy hay không.

Chúng ta thật sự biết rõ vũ trụ nhìn thấy to bao nhiêu, nghĩa là những thiên hà xa xôi nhất có ánh sáng có thể đi tới chúng ta trên Trái đất ở xa chúng ta bao nhiêu. Trên lí thuyết, và còn được ưa chuộng trong một số kịch bản lí thuyết, có khả năng vũ trụ của chúng ta thật sự lớn hơn nhiều so với vũ trụ nhìn thấy. Trong một số kịch bản rất mang tính suy đoán, vũ trụ là hữu hạn về không gian và có hình dạng khác thường. Hiện nay, kịch bản này chưa sẵn sàng đưa vào kiểm tra, nên chúng ta chỉ tập trung vào bàn luận vũ trụ nhìn thấy đồ sộ dường nào thôi.

Ở đây, chúng ta sẽ không nói tới những phương tiện quan sát nhờ đó chúng ta biết chính xác kích cỡ của vũ trụ, nhưng đại khái thì những nghiên cứu hiện nay với Kính thiên văn vũ trụ Hubble kết hợp với những kính thiên văn quang học lớn nhất trên mặt đất (đường kính lên tới 10 m) cho chúng ta biết kích cỡ của thiên hà nhìn thấy đến độ chính xác vài phần trăm. Loại chính xác này chỉ có thể thu được kể từ lúc chuyển giao thế kỉ 21.