Vũ trụ học là một nhánh của thiên văn học liên quan đến nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ, từ Vụ Nổ Lớn (Big Bang) đến ngày nay và tương lai của vũ trụ. Theo NASA, định nghĩa của vũ trụ học là "ngành khoa học nghiên cứu các tính chất quy mô lớn của toàn thể vũ trụ".

Các nhà vũ trụ học nghiên cứu các khái niệm kỳ lạ như lý thuyết dây, vật chất tối và năng lượng tối, và tìm hiểu việc có một hay nhiều vũ trụ đang tồn tại (đôi khi được gọi là đa vũ trụ). Trong khi các nhánh thiên văn học khác giải quyết với các đối tượng đơn lẻ và các hiện tượng hoặc các tập hợp của các vật thể, thì vũ trụ học lại trải rộng đến hầu hết vũ trụ từ lúc sinh ra cho đến lúc kết thúc, với một chiếc thuyền chở đầy những bí ẩn ở mọi giai đoạn của vũ trụ.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Ảnh chụp một mô phỏng máy tính về sự hình thành các cấu trúc quy mô lớn trong vũ trụ, cho thấy một khu vực của 100 triệu năm ánh sáng và kết quả các chuyển động thành dòng của các thiên hà trôi về phía tập trung khối lượng cao nhất ở tâm. Credit: ESO.

Sự hiểu biết của nhân loại về vũ trụ đã phát triển đáng kể theo thời gian. Trong thời kỳ đầu của thiên văn học, Trái Đất được xem như là tâm của mọi thứ, với các hành tinh và các ngôi sao quay quanh nó. Đến thế kỷ thứ 16, nhà khoa học người Ba Lan Nicolaus Copernicus gợi ý rằng Trái Đất và các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời thực tế đang quay xung quanh Mặt Trời, tạo nên một sự thay đổi sâu sắc trong sự hiểu biết về vũ trụ. Cuối thế kỷ thứ 17, Isaac Newton đã tính toán cách mà các lực giữa các hành tinh - đặc biệt là lực hấp dẫn - tương tác với nhau.

Bình minh của thế kỷ 20 đã mang lại những thông tin sâu hơn vào sự hiểu biết về vũ trụ bao la. Albert Einstein đã đề xuất sự thống nhất của không gian và thời gian trong thuyết tương đối tổng quát của mình. Vào đầu những năm 1900, các nhà khoa học đã tranh cãi việc liệu Dải Ngân Hà có đang chứa toàn bộ vũ trụ bên trong nó hay không, hay nó chỉ đơn giản là một trong số rất nhiều những tập hợp sao mà thôi. Edwin Hubble đã tính toán khoảng cách đến một vật thể lờ mờ trên bầu trời và xác định rằng nó nằm bên ngoài Dải Ngân Hà, chứng minh rằng thiên hà của chúng ta chỉ là một giọt nhỏ trong một vũ trụ khổng lồ. Sử dụng thuyết tương đối tổng quát để đưa vào khuôn khổ, Hubble đã đo đạc các thiên hà khác và xác định rằng chúng đang chạy ra xa chúng ta, dẫn dắt ông đến một kết luận rằng vũ trụ không phải ở trạng thái tĩnh, mà nó đang giãn nở.

Trong những thập niên gần đây, nhà vũ trụ học Stephen Hawking đã xác định rằng vũ trụ bản thân nó không vô hạn mà có kích thước xác định. Tuy nhiên, nó lại không có biên. Điều này cũng tương tự với Trái Đất; mặc dù hành tinh của chúng ta là hữu hạn, thì một người di chuyển xung quanh nó sẽ không bao giờ tìm được điểm kết thúc, thay vào đó sẽ liên tục vòng quanh thế giới. Hawking cũng đề xuất rằng vũ trụ sẽ không tiếp tục mãi mãi mà cuối cùng sẽ có sự kết thúc.

Các câu hỏi vũ trụ học phổ biến

Thứ gì có trước Vụ Nổ Lớn?

Bởi vì sự khép kín và bản chất hữu hạn của vũ trụ, chúng ta không thể nhìn thấy "bên ngoài" của vũ trụ của chúng ta. Không gian và thời gian bắt đầu với Vụ Nổ Lớn. Trong khi có một số suy đoán về sự tồn tại của các vũ trụ khác, thì vẫn không có thực nghiệm nào để quan sát được chúng, và như vậy sẽ không bao giờ có bất kỳ bằng chứng nào ủng hộ (hoặc chống lại) giả thuyết này.

Vụ Nổ Lớn đã xảy ra ở đâu?

Vụ Nổ Lớn không xảy ra ở một điểm cụ thể mà thay vào đó là sự hiện diện của không gian và thời gian xuyên suốt toàn bộ vũ trụ.

Nếu tất cả các thiên hà khác dường như chạy ra xa chúng ta, thì vị trí của chúng ta có phải là trung tâm của vũ trụ?

Không, bởi nếu chúng ta di chuyển đến một thiên hà xa xôi nào khác, nó sẽ có cảm giác tương tự khi tất cả các thiên hà xung quanh cũng đang di chuyển ra xa. Hãy thử suy nghĩ vũ trụ như một quả bóng khổng lồ. Nếu bạn đánh dấu nhiều điểm trên quả bóng, rồi bạn thổi căng quả bóng đó lên, bạn sẽ thấy rằng mỗi điểm đang di chuyển ra xa so với tất cả các điểm còn lại, mặc dù không có điểm nào nằm ở trung tâm. Sự giãn nở của vũ trụ cũng hoạt động gần giống như vậy.

Vũ trụ bao nhiêu tuổi?

Năm 2013, tàu vũ trụ WMAP của NASA ước lượng vũ trụ có tuổi khoảng {dpi{100}13.77\pm0.059} tỷ năm.

Vũ trụ có kết thúc hay không? Nếu có thì sẽ kết thúc như thế nào?

Việc vũ trụ có kết thúc hay không tùy thuộc vào mật độ của nó. Các nhà khoa học đã tính toán một "mật độ quan trọng" của vũ trụ. Nếu mật độ của vũ trụ lớn hơn so với tính toán của họ, thì sự giãn nở của vũ trụ sẽ chậm lại và cuối cùng sẽ đảo ngược cho đến khi co lại. Tuy nhiên, nếu mật độ bé hơn mật độ ngưỡng đó, thì vũ trụ sẽ tiếp tục giãn nở mãi mãi.

Thiên hà hay ngôi sao có trước?

Vũ trụ sau Vụ Nổ Lớn được cấu thành chủ yếu là Hydrogen, với một ít helium. Lực hấp dẫn khiến cho hydrogen co lại với nhau tạo nên các cấu trúc. Tuy nhiên các nhà thiên văn học lại không chắc chắn liệu các vật thể nặng đầu tiên đã hình thành các ngôi sao đơn lẻ rồi sau đó tập trung lại với nhau bởi lực hấp dẫn, hay là khối lượng đến với nhau thành các cụm có kích thước thiên hà rồi sau đó hình thành các ngôi sao.

Nguồn: Space.com

Author: Hien PHAN
Cựu thành viên CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC; giảng viên khoa Vũ trụ và Ứng dụng, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội - USTH (Đại học Việt Pháp).


Bài viết xem nhiều