(Shutterstock)

Một cơn bão bình luận đã diễn ra gần đây sau khi xuất hiện một suy đoán cho rằng sự gia tăng tốc độ giãn nở của vũ trụ có thể lại không phải là sự thực.

Dự đoán này được đưa ra sau khi có một nghiên cứu khoa học được công bố vào tháng trước trên Nature. Nghiên cứu này đưa ra một cái nhìn mới về siêu tân tinh trong vũ trụ của chúng ta, các tác giả nói rằng dữ liệu từ siêu tân tinh chỉ đem lại một “dấu hiệu cận biên” về sự tăng tốc giãn nở của vũ trụ.

Đây dường như là một vấn đề lớn, khi mà giải thưởng Nobel năm 2011 được trao cho những người sử dụng siêu tân tinh để khám phá ra việc vũ trụ đang gia tăng tốc độ giãn nở.

Nhưng tôi chưa bao giờ chứng kiến một chuyện bé mà bị xé ra to như vậy. Nghiên cứu mới này gần như không thay đổi kết quả ban đầu, nhưng đưa ra một cách giải thích khác (và tôi cho là gây hiểu lầm) lên kết quả đó.

Vậy tại sao phân tích mới này khẳng định rằng việc phát hiện ra gia tốc giãn nở có tính “cận biên (không chắn chắn)”?

Vâng, đó là không chắc chắn nếu bạn chỉ sử dụng một tập hợp dữ liệu duy nhất. Rốt cuộc, những khám phá lớn nhất đều là khá mơ hồ ở thời điểm ban đầu. Nếu ngay từ đầu chúng biểu hiện rõ ràng hơn, chúng đã có thể được phát hiện sớm hơn.

Bằng chứng cho tới nay

Riêng các dữ liệu siêu tân tinh, chỉ một phần dữ liệu nhỏ, có thể mang lại kết luận về một vũ trụ không tăng tốc cũng không giảm tốc. Điều này đã được biết đến từ khám phá ban đầu và không phải vấn đề cần tranh luận.

Nhưng nếu bạn cũng bổ sung thêm thông tin – ví dụ như vật chất tối có tồn tại – thì sẽ không có gì mơ hồ về nó nữa. Một nền vật lý mới đương nhiên là cần có.

Trong thực tế, ngay cả khi vũ trụ không tăng tốc hoặc giảm tốc một chút nào, như một đề xuất trước đây đã được nêu ra và nay xuất hiện lại trong bài viết nghiên cứu khoa học trên, một nền vật lý học mới vẫn là điều bắt buộc.
Ngày nay, điều quan trọng là cho dù không có bất kỳ dữ liệu nào về siêu tân tinh, chúng ta vẫn có rất nhiều bằng chứng có thể chứng minh tốc độ giãn nở của vũ trụ đang ngày càng tăng.

Ví dụ, ở Úc, chúng tôi đã thực hiện một dự án có tên WiggleZ, với một khảo sát kéo dài hơn năm năm về các vị trí của gần 250.000 thiên hà.

Mô hình các thiên hà không phải là ngẫu nhiên thực sự, vì vậy chúng tôi đã sử dụng mô hình này để đưa ra bản đồ vũ trụ dưới dạng lưới một cách hiệu quả và đo lường sự thay đổi kích thước của nó theo thời gian.

Chỉ riêng dữ liệu này cũng đã cho thấy vũ trụ đang tăng tốc độ giãn nở, và dữ liệu này độc lập với bất kỳ thông tin siêu tân tinh nào. Giải Nobel 2011 đã được trao chỉ sau khi điều này và nhiều kỹ thuật quan sát khác đã xác nhận lại những phát hiện siêu tân tinh.

Có gì đó bị bỏ sót trong vũ trụ

Một ví dụ khác là Nền Sóng Vi-ba Vũ trụ (CMB), là lưu ảnh còn sót lại từ vụ nổ lớn (Big Bang) và là một trong những đo lường quan sát chính xác nhất của vũ trụ từng được thực hiện. Nó chỉ ra rằng không gian là gần như phẳng.

Trong khi đó các quan sát về các thiên hà cho thấy đơn giản là không đủ vật chất hoặc vật chất tối trong vũ trụ để làm cho không gian phẳng. Khoảng 70% vật chất của vũ trụ không được trông thấy.

Vì vậy, khi các quan sát về siêu tân tinh cho thấy rằng 70% vật chất của vũ trụ được tạo ra từ năng lượng tối, sự khác biệt đã được giải quyết. Các siêu tân tinh đã thực sự được đo trước CMB, vì vậy về cơ bản đã dự đoán rằng CMB sẽ xác định được một vũ trụ phẳng. Và dự đoán này đã được xác nhận thành công.

Vì vậy, sự cấp thiết về một nền vật lý mới hiện nay đang là điều nổi cộm.

Nhưng tất cả mọi thứ chúng ta biết cho đến nay ủng hộ một mô hình mà ở đó vũ trụ tăng tốc. Để tìm hiểu cụ thể hơn, hãy xem nhận xét mà tôi đã viết về bằng chứng của năng lượng tối.

‘Năng lượng tối’ này là gì?

Một trong những chỉ trích mà bài viết trên Nature nhắm vào vũ trụ học tiêu chuẩn là họ cho rằng việc chứng minh vũ trụ đang tăng tốc bị phụ thuộc vào mô hình. Điều này khá hợp lý.

Thông thường các nhà vũ trụ học sẽ cẩn thận khi nói chúng tôi đang nghiên cứu “năng lượng tối”, tên gọi mà chúng tôi dùng cho bất cứ điều gì đang gây ra sự tăng tốc rõ rệt của quá trình giãn nở vũ trụ. (Thông thường chúng ta vô tình thêm từ “rõ rệt” trong câu nói đó, nhưng nó được nói có ẩn ý.)

“Năng lượng tối” là một thuật ngữ khái quát chúng tôi sử dụng để nói về nhiều khả năng, bao gồm việc năng lượng chân không gây ra gia tốc, hoặc việc chúng ta cần một lý thuyết mới về trọng lực, hoặc thậm chí là việc chúng ta đã hiểu sai thuyết tương đối rộng và cần có một mô hình phức tạp hơn.

Đặc điểm chính mà không gây ra tranh cãi là có một số hiện tượng vật lý mới có ý nghĩa xuất hiện trong dữ liệu về năng lượng tối. Có điều gì đó nằm ngoài sự hiểu biết của chúng ta về cách hoạt động của vũ trụ và nó cần được giải thích.

Vì vậy, chúng ta hãy nhìn vào những gì mà bài viết trên Nature thực sự đã làm, qua một ví dụ tương tự.

Biên đo lường

Hãy tưởng tượng bạn đang giảm tốc độ ô tô của mình trên đoạn đường có tốc độ giới hạn 60 km/h. Bạn đo tốc độ ở mức 55 km/h, nhưng đồng hồ đo của bạn có một số tính bất định. Bạn tính toán và chắc chắn tới 99% rằng bạn đang đi với vận tốc giữa 51 km/h và 59 km/h.

Bây giờ một người khác tới và phân tích dữ liệu của bạn. Anh ta đo tốc độ của bạn là 57km/ h, hơi khác một chút so với kết quả đo của bạn, nhưng vẫn phù hợp vì đồng hồ đo của bạn không chính xác như thế.

Nhưng anh ta nói: “Bạn chỉ đi trong vùng biên phía dưới tốc độ giới hạn (60km/h). Rất có khả năng đã có lúc bạn đi quá tốc độ!”.

Nói cách khác, kết quả trong bài viết trên Nature không thay đổi đáng kể, nhưng cách giải thích được đưa ra đã lấy điểm giới hạn trong khu vực cho phép và nói “có lẽ điểm giới hạn là đúng”.

Đối với những người thích chi tiết, giới hạn ba độ lệch chuẩn của dữ liệu siêu tân tinh là (vừa) đủ lớn để bao gồm một vũ trụ không tăng tốc. Nhưng đó là chỉ khi nếu cơ bản là không có vật chất trong vũ trụ và bạn bỏ qua tất cả các phép đo khác (xem hình dưới đây).

Trên đây là hình ảnh từ hình số 2 trong nghiên cứu trên Nature với các chú thích được thêm vào. Các đường elip bao gồm các giá trị mật độ vật chất và năng lượng tối (dưới dạng một hằng số vũ trụ) mà phù hợp nhất với các dữ liệu siêu tân tinh (theo các đơn vị của loại mật độ quan trọng này trong vũ trụ). Các đường cong hiển thị một, hai, và ba độ lệch chuẩn tương ứng với 95%, 98%, 99%. Giá trị phù hợp nhất được đánh dấu bằng một dấu cộng. Lượng vật chất mà được đo bằng các quan sát khác nằm xung quanh đường màu cam. Các đường elip nằm gần như hoàn toàn trong khu vực gia tốc, và khu vực nhỏ màu xanh là khu vực chưa tăng tốc nhưng vẫn sẽ tăng trong tương lai. (Hình ảnh này do Samuel Hinton cung cấp).
 

Cải thiện phân tích

Bài viết trên Nature đang cố gắng làm một cái gì đó để được ngợi khen. Nó đang cố gắng cải thiện phân tích thống kê số liệu (xem bình luận về phân tích của họ ở đây).

Khi chúng ta nhận được ngày càng nhiều dữ liệu và tính bất định trong đo lường của chúng ta giảm đi, việc xem xét mọi chi tiết mới nhất ngày càng quan trọng hơn.

Trong thực tế, với Khảo sát Năng lượng Tối chúng tôi có ba nhân viên toàn thời gian làm các thử nghiệm và cải thiện phân tích thống kê mà chúng tôi sử dụng để so sánh dữ liệu siêu tân tinh với lý thuyết.

Chúng tôi nhận ra tầm quan trọng của việc cải thiện phân tích thống kê bởi vì chúng ta sẽ sớm có khoảng 3.000 siêu tân tinh để đo gia tốc chính xác hơn nhiều so với những khám phá ban đầu chỉ có 52 siêu tân tinh. Mẫu siêu tân tinh mà bài viết trên Nature phân tích bao gồm 740 siêu tân tinh.

Một lưu ý cuối cùng về kết luận trong bài viết. Các tác giả cho rằng một vũ trụ không gia tốc là đáng để xem xét. Điều này cũng được thôi. Nhưng bạn và tôi, Trái đất, Ngân hà và tất cả các thiên hà khác nên hút lẫn nhau như theo thuyết vạn vật hấp dẫn.

Vì vậy, một vũ trụ mà chỉ mở rộng với một tốc độ không đổi cũng thật sự kỳ lạ như một vũ trụ có tốc độ giãn nở được gia tăng. Bạn vẫn phải giải thích lý do tại sao việc giãn nở không chậm lại do trọng lực của tất cả vạn vật bên trong nó.

Vì vậy, ngay cả khi tuyên bố ‘không có gia tốc’ trong bài báo này là đúng, lời giải thích đó vẫn cần có nền tảng vật lý mới, và việc tìm kiếm các ‘năng lượng tối’ mà giúp đưa ra lời giải thích cũng có tầm quan trọng như vậy.
Hoài nghi có tính lành mạnh rất quan trọng trong nghiên cứu. Hiện vẫn còn nhiều tranh luận về nguyên nhân gây ra gia tốc giãn nở, và có hay không việc đó chỉ là một gia tốc biểu kiến phát sinh do sự hiểu biết bất toàn của chúng ta về trọng lực.

Quả thực đó là những gì mà chúng ta những nhà vũ trụ học chuyên nghiệp dành toàn bộ sự nghiệp của mình để nghiên cứu. Những gì mà bài báo trên Nature và tất cả các bài báo trước đó đều công nhận là có điều gì đó cần phải được giải thích.

Dữ liệu siêu tân tinh cho thấy một cái gì đó thật sự kỳ lạ đang diễn ra. Các giải pháp có thể là sự gia tăng tốc độ giãn nở, hoặc một lý thuyết mới về trọng lực. Và dù đó là bất cứ điều gì, chúng ta sẽ tiếp tục tìm kiếm nó.

Tác giả bài báo này, Tamara Davis là một giáo sư của trường The University of Queensland. Nguyên gốc bài báo được đăng trên trang The Conversation. Bấm vào đây để đọc bài viết gốc.

http://vietdaikynguyen.com/v3/