Vật Lý Thiên Văn xin phép được giới thiệu đến độc giả bản dịch của cuốn sách nổi tiếng "Giới thiệu về Vũ trụ học hiện đại" (An introduction to Modern Cosmology - 2nd edition) của tác giả Andrew Liddle đến từ trường Đại học Sussex, Vương quốc Anh. 

>>> MỤC LỤC

Vật lý Thiên văn - vatlythienvan.com
Bìa của cuốn sách "Giới thiệu về Vũ trụ học hiện đại". Ảnh: Internet.

Chương 1: Sơ lược lịch sử của vũ trụ học

Nền tảng của vũ trụ học hiện đại là niềm tin rằng nơi mà chúng ta chiếm giữ trong vũ trụ không có gì là đặc biệt. Điều này được gọi là nguyên tắc vũ trụ học, và nó là một ý tưởng bao gồm cả hai yếu tố sức mạnh và sự đơn giản. Điều thú vị hơn sau đó là, đối với phần lớn của lịch sử của nền văn minh loài người, người ta tin rằng chúng ta chiếm một vị trí rất đặc biệt, thường là trung tâm của sự vật.

Người Hy Lạp cổ đại, trong một mô hình của tương lai được phát triển bởi Alexandria Ptolemy, tin rằng trái đất phải nằm ở trung tâm của vũ trụ. Nó sẽ được quay quanh bởi Mặt Trăng, Mặt Trời và các hành tinh, và sau đó là các ngôi sao "cố định" ở xa hơn. Một sự kết hợp phức tạp của các chuyển động tròn, gọi là ngoại luân Ptolemy, được đưa ra để giải thích sự chuyển động của các hành tinh, đặc biệt là hiện tượng chuyển động giật lùi khi mà các hành tinh tạm thời thay đổi hướng chuyển động của nó. Mãi cho đến đầu những năm 1500, Copernicus tuyên bố mạnh mẽ quan điểm (đã có gần hai ngàn năm trước bởi Aristarchus), rằng chúng ta nên coi trái đất và các hành tinh khác quay xung quanh Mặt Trời. Bằng cách đảm bảo rằng các hành tinh di chuyển với tốc độ khác nhau, chuyển động giật lùi có thể dễ dàng được giải thích bởi lý thuyết này. Copernicus được coi là người loại bỏ quan điểm con người là trung tâm của vũ trụ, ông tin rằng Mặt Trời mới là trung tâm.

Lý thuyết của Newton về hấp dẫn đã đặt nền móng cho khoa học thực nghiệm (phát hiện của Kepler về quỹ đạo hình elip của các hành tinh) một cơ sở vững chắc, và có vẻ như Newton tin rằng có rất nhiều ngôi sao giống như Mặt Trời của chúng ta, phân bố đều khắp không gian vô hạn , trong một cấu hình tĩnh. Tuy nhiên có vẻ như Newton đã nhận thức được rằng một cấu hình tĩnh như vậy là không ổn định. Trong hai trăm năm sau đó, con người ngày càng hiểu rằng những ngôi sao phân bố không đều, và thay vào đó chúng được đặt trong một đĩa mà chúng ta biết như thiên hà của chúng ta - Dải Ngân Hà (Milky Way). Herschels đã xác định cấu trúc của đĩa này vào những năm cuối 1700, nhưng những quan sát của nó không thực sự là chuẩn xác hoàn hảo và đã đi đến kết luận sai lầm rằng rằng hệ Mặt Trời nằm ở trung tâm. Đầu năm 1900, kết luận đó đã bị bác bỏ bởi Shapley, người đã nhận ra rằng chúng ta nằm tại vị trí với khoảng cách đến tâm Ngân hà khoảng 2/3 bán kính của Ngân hà. Nhưng ông dường như vẫn tin rằng thiên hà của chúng ta vẫn là trung tâm của vũ trụ. Chỉ vào năm 1952 điều đó đã được chứng minh bởi Baade, rằng dải Ngân hà là một thiên hà khá điển hình, dẫn đến quan điểm hiện đại, được gọi là nguyên tắc vũ trụ học (hoặc đôi khi được gọi là nguyên tắc Copernic) rằng vũ trụ là như nhau bất cứ nơi đâu.

Một nhấn mạnh quan trọng là nguyên tắc vũ trụ học không chính xác ở quy mô nhỏ. Ví dụ, không ai nghĩ rằng ngồi trong một giảng đường là chính xác giống như đang ngồi trong một quán bar, và bên trong Mặt Trời là một môi trường rất khác với môi trường liên sao. Thay vào đó, nó được xem như là một cách gần đúng khi chúng xem xét ở những phạm vi vĩ mô. Ngay cả trên quy mô của những thiên hà đơn lẻ nó cũng không phải là rất tốt, nhưng một khi xem xét một vùng rất lớn (mặc dù vẫn còn nhỏ hơn nhiều so với vũ trụ ), chẳng hạn vùng đó có một triệu thiên hà, chúng ta hy vọng tất cả mỗi khu vực như vậy ít nhiều sẽ trông rất giống nhau. Do đó, nguyên tắc vũ trụ học là một thuộc tính của vũ trụ bao quát, và không còn đúng nữa khi xem xét vào các hiện tượng cụ thể, "địa phương".

Nguyên tắc vũ trụ học là cơ sở của vũ trụ học Big Bang. Mô hình Big Bang là cách mô tả tốt của nhất chúng ta về vũ trụ của mình, và mục đích của cuốn sách này là để giải thích lý do tại sao. Big Bang là một bức tranh về vũ trụ của chúng ta như một thực thể đang phát triển, cái rất là khác trong quá khứ và hiện tại. Ban đầu, ý tưởng này phải cạnh tranh với những ý tưởng khác gọi là "Steady State Universe", ý tưởng này cho rằng vũ trụ không phát triển mà trông giống nhau mãi mãi, với những vật chất mới được tạo ra để lấp đầy những khoảng trống giống như sự mở rộng của vũ trụ. Tuy nhiên, các quan sát mà tôi sẽ mô tả sau đây cho thấy rằng Big Bang là lý thuyết vững chắc hơn lý thuyết "Steady State Universe".

(Còn tiếp...)

Author: Lê Ngọc Trẫm
Nghiên cứu sinh ngành Vật lý thiên văn tại ENS Paris, Cộng hoà Pháp.


Bài viết xem nhiều