Vụ nổ lớn (Big Bang) là gì?
Vũ trụ là gì? Một câu hỏi lớn đã được đặt ra cho nhân loại trong nhiều thế kỷ. Ở Trung Quốc cổ đại, nhà triết học Lão Tử đã mô tả vũ trụ là “không có bắt đầu, không có kết thúc, không có kết thúc, không có kết thúc”. Nhưng vào thế kỷ 20, với những kiến thức tích lũy về vi vật lý và vật lý thiên văn, một lý thuyết mới đã ra đời, rằng vũ trụ có một điểm khởi đầu để hình thành. Đó là vụ nổ Big Bang.
Như vậy, Big Bang là vụ nổ đầu tiên sinh ra đồng thời không gian, năng lượng và vật chất để tạo ra vũ trụ ngày nay. Trong một thời gian dài, lý thuyết này được coi là một lý thuyết siêu hình, nhưng những thành tựu gần đây trong vật lý hạt cơ bản và những quan sát về các cấu trúc thiên văn lớn nhất đã cung cấp một kịch bản phù hợp cho cấu trúc dần dần và độ phức tạp của vật chất ở trung tâm vũ trụ nên ngày càng được biết đến rộng rãi hơn.
Theo kịch bản này, vũ trụ nguyên thủy chỉ là một đại dương cực kỳ dày đặc và nóng (vẫn còn được công nhận). Sau đó vụ nổ Big Bang xảy ra, từ đó mọi sự kiện tiếp theo bắt đầu.
Vũ trụ nguyên thủy chỉ là một dạng “bùn đặc” gồm các hạt quark và electron chuyển động theo hướng gần với tốc độ ánh sáng. Chịu va chạm liên tục, một số hạt tiêu diệt lẫn nhau, một số hạt khác được sinh ra. Trong giai đoạn đầu, “bùn” bao gồm các vật thể lượng tử tích điện, quark và phản quark. Sau đó, “bùn” được làm giàu bằng các hạt và phản hạt nhẹ hơn được gọi chung là lepton (electron, neutron và phản hạt của chúng).
Một phần triệu giây sau Vụ nổ lớn, nhiệt độ giảm xuống còn 10.000 tỷ độ Kelvin (thường được gọi là độ K. Về giá trị, O độ K bằng -273,16 độ C), tại thời điểm này các hạt nặng đầu tiên xuất hiện. (proton và neutron) nhờ sự kết hợp của các quark. Sau đó, các lepton sinh sản rất nhanh, lần lượt dẫn đầu trong vũ trụ. Nhưng khi vũ trụ giãn nở, nó nguội đi. Khi nhiệt độ giảm xuống 10 tỷ độ K, proton và neutron bắt đầu kết hợp với nhau để tạo thành đơteri. Lúc đó đồng hồ vũ trụ chỉ 1 giây, nhưng năng lượng của các photon vẫn đủ lớn để làm nứt vỡ nhanh chóng hạt nhân đầu tiên đó. Phải đến 3 phút sau, khi nhiệt độ giảm xuống 1 triệu độ K, các photon mới không còn khả năng phá vỡ liên kết hạt nhân.
Vào thời điểm đó trong vũ trụ có hoạt động hạt nhân rất mạnh dẫn đến sự hình thành các hạt nhân nguyên tử nhẹ như đơteri, heli 3, liti 7 và heli 4… 15 phút sau vụ nổ Big Bang, quá trình tổng hợp hạt nhân ban đầu đã muộn, nhiệt độ giảm xuống quá thấp, không đủ để phản ứng hạt nhân xảy ra.
300.000 năm sau, vũ trụ nguội đi dưới 3000 độ K và trở nên trong suốt, các electron không còn chuyển động nhanh như trước. Hạt nhân có thể giữ các electron, tạo thành nguyên tử, tạo ra các “khối xây dựng” của vũ trụ. Vì tương tác giữa các photon và nguyên tử là rất nhỏ nên chúng có thể truyền tự do.
Vật chất, ánh sáng và các loại bức xạ khác tràn vào khoảng cách trở nên mỏng hơn và mỏng hơn khi vũ trụ giãn nở. Hàng tỷ năm sau, một đám mây khí khổng lồ bắt đầu lan rộng. Mỗi đám mây trở thành một thiên hà và dưới tác động của lực hấp dẫn hình thành các cụm sao và các ngôi sao trong khi vũ trụ tiếp tục giãn nở.
Kịch bản “thú vị” về vụ nổ Big Bang gần đây được hỗ trợ bởi ba ví dụ vật lý thiên văn.
Đầu tiên, vào năm 1929, Hubble (Mỹ) đã chứng minh sự thay đổi có hệ thống trong quang phổ của các thiên hà về phía màu đỏ, cho thấy rằng chúng đang di chuyển ra xa chúng ta với tốc độ tỷ lệ với khoảng cách. Đây là một dấu hiệu cho thấy vũ trụ đang giãn nở và không gian mà các thiên hà đang chuyển động cùng nhau cũng đang giãn nở theo thời gian.
Thứ hai, vào năm 1965, Penzias và Wilson (Mỹ) đã phát hiện ra: dòng bức xạ vô tuyến thể hiện các tính chất giống nhau theo mọi hướng và tương ứng với bức xạ nhiệt của vật đen ở nhiệt độ khoảng 3 độ K. Điều này phù hợp với Big Giả thiết của Bang: bức xạ đó là thông điệp ánh sáng lâu đời nhất đến từ vũ trụ sơ khai. Đây là những photon đầu tiên bắt đầu lan truyền tự do sau khi vũ trụ trở nên trong suốt và ánh sáng chuyển dịch về phía có bước sóng lớn hơn.
Thứ ba, từ những năm 1970, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều nguyên tố nhẹ như deuterium, helium 3, helium 4, và lithium 7 trong vũ trụ, đặc biệt là helium 4 chiếm 25% diện tích mọi vùng không gian. Điều này đồng ý với giả thiết rằng helium là một loại khí sinh ra trong những khoảnh khắc đầu tiên của Vụ nổ lớn.
Kể từ những năm 1980, với sự phát triển của Vật lý hạt nhân và Vật lý lý thuyết liên quan, hai điều “khó” còn lại từ Vụ nổ lớn đã được giải thích: sự vắng mặt của phản vật chất và không gian. vảy lớn.
Tuy nhiên, con số 0, nơi mọi chuyện bắt đầu, rõ ràng với các nhà khoa học, đó vẫn chỉ là… một giấc mơ bởi rất khó đưa ra giả thuyết, thậm chí nhiều người còn cho là “quá sức” với kiến thức của con người. Khi đó cái lò sơ khai có nhiệt độ 1032 K (tức là 100.000 tỷ tỷ tỷ tỷ độ), vật chất sẽ hoạt động như thế nào? Trên quy mô thời gian, giới hạn kiến thức hiện tại là khoảng 10-43 giây sau Vụ nổ lớn. Đó là thời điểm của Planck. Điểm đó chỉ có thể được học khi một nhà khoa học thiên tài nào đó đưa ra lý thuyết về lực hấp dẫn lượng tử.
Khoảnh khắc số 0 bí ẩn đó hiện được các nhà khoa học gọi là “điểm kỳ dị ban đầu” để che giấu sự bối rối của họ. Có lẽ bây giờ mọi người nên dựa vào niềm tin tôn giáo?
Đây là một vấn đề mang tính học thuật với nội dung có phần chuyên sâu về kỹ thuật. Nó chỉ có thể được giải thích một cách “đơn giản”.
Hy vọng rằng với kiến thức chung, chúng ta vẫn có thể hiểu được Vụ nổ lớn là gì và nó xảy ra như thế nào sau đó cho đến khi vũ trụ của chúng ta được tạo ra.