Một trong những ý niệm nền tảng nhất của vũ trụ học hiện đại là Vụ Nổ Lớn (Big Bang) – một khoảnh khắc duy nhất khoảng 14 tỷ năm trước, khi toàn bộ vũ trụ của chúng ta bùng nổ từ một điểm vô cùng nhỏ và nóng. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu câu chuyện này không hoàn toàn chính xác? Một trường phái tư tưởng mới trong giới vật lý, dẫn đầu bởi nhà vật lý người Brazil Bruno Bento, đang đặt ra một câu hỏi mang tính cách mạng: Liệu vũ trụ có thực sự bắt đầu từ Big Bang, hay nó đã luôn tồn tại và Big Bang chỉ là một bước ngoặt trong sự tiến hóa không ngừng của nó?
Nghiên cứu của họ, dựa trên một lý thuyết hấp dẫn gọi là "Lý thuyết Tập hợp Nhân quả", đề xuất rằng vũ trụ có thể không có một khởi đầu thực sự nào cả.
"Vết Nứt" Trong Các Lý Thuyết Vật Lý Hiện Đại
Để hiểu tại sao các nhà khoa học tìm kiếm một giải pháp thay thế cho Big Bang, chúng ta cần nhìn vào mâu thuẫn cốt lõi của vật lý hiện đại. Hiện tại, chúng ta có hai lý thuyết cực kỳ thành công để mô tả vũ trụ:
- Thuyết Tương đối rộng của Einstein: Cung cấp lời giải thích toàn diện và chính xác nhất về lực hấp dẫn, mô tả cách các vật thể khổng lồ như hành tinh và thiên hà định hình không-thời gian. Nó hoạt động hoàn hảo ở quy mô lớn.
- Vật lý Lượng tử: Mô tả xuất sắc ba trong số bốn lực cơ bản của tự nhiên (điện từ, lực hạt nhân mạnh và yếu) và hành vi của vật chất ở cấp độ hạ nguyên tử. Nó hoạt động hoàn hảo ở quy mô nhỏ.
Vấn đề là hai lý thuyết này không tương thích với nhau. Khi cố gắng áp dụng chúng vào những môi trường vừa cực nhỏ vừa có lực hấp dẫn cực mạnh, các phương trình sẽ sụp đổ. Những môi trường này được gọi là "điểm kỳ dị" (singularities) – những điểm trong không-thời gian nơi các định luật vật lý mà chúng ta biết ngừng hoạt động. Trung tâm của một lỗ đen và chính khoảnh khắc Big Bang là hai ví dụ điển hình về điểm kỳ dị. Sự tồn tại của điểm kỳ dị là một "vết nứt", cho thấy sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ vẫn chưa hoàn chỉnh.
Một Góc Nhìn Mới: Lý Thuyết Tập Hợp Nhân Quả
Để giải quyết mâu thuẫn này, Bruno Bento và các đồng nghiệp đã tìm đến Lý thuyết Tập hợp Nhân quả (Causal Set Theory). Đây là một cách tiếp cận trong lĩnh vực hấp dẫn lượng tử, đưa ra một ý tưởng nền tảng: không-thời gian không phải là một tấm thảm mịn màng, liên tục, mà được tạo thành từ các "mảnh" hay "nguyên tử" không-thời gian riêng biệt.
Hãy tưởng tượng thực tại giống như một hình ảnh kỹ thuật số. Từ xa, bạn thấy một bức ảnh mượt mà, liền mạch (giống như vũ trụ trong Thuyết Tương đối). Nhưng nếu bạn phóng to hết mức, bạn sẽ thấy nó được tạo thành từ các pixel riêng lẻ. Theo Lý thuyết Tập hợp Nhân quả, vũ trụ cũng vậy. Giữa các "pixel không-thời gian" này không có gì cả, và không có gì có thể nhỏ hơn một pixel.
Giải Quyết Vấn Đề Điểm Kỳ Dị Big Bang
Cách tiếp cận này đã cung cấp một giải pháp thanh lịch cho vấn đề điểm kỳ dị. Nếu không-thời gian được tạo thành từ các đơn vị cơ bản không thể phân chia, thì bạn không thể nén toàn bộ vật chất của vũ trụ vào một điểm nhỏ vô hạn. Kích thước nhỏ nhất có thể tồn tại chính là kích thước của một "nguyên tử" không-thời gian.
Do đó, điểm kỳ dị Big Bang là không thể tồn tại theo lý thuyết này. Vấn đề không phải là được "giải quyết", mà là bị "loại bỏ" ngay từ đầu vì nó vi phạm cấu trúc cơ bản của thực tại.
Một Vũ Trụ Đã Luôn Tồn Tại
Nếu không có điểm kỳ dị ban đầu, điều đó có nghĩa là gì? Nó có nghĩa là vũ trụ có thể không có một "khoảnh khắc đầu tiên".
Theo cách giải thích của Bento và nhóm của ông, tập hợp nhân quả (tức là toàn bộ các "nguyên tử" không-thời gian) là vô hạn, kéo dài mãi mãi về quá khứ. Vũ trụ không xuất hiện từ hư vô. Nó đã luôn ở đó dưới một hình thức nào đó.
Vậy Big Bang là gì? Thay vì là sự khởi đầu thực sự, nó chỉ là "một sự kiện cụ thể trong quá trình tiến hóa của tập hợp nhân quả luôn tồn tại này." Có thể đó là một khoảnh khắc chuyển pha, giống như việc nước đá (một trạng thái cũ của vũ trụ) tan chảy thành nước lỏng (vũ trụ mà chúng ta đang sống).
Nói cách khác, vũ trụ có thể là vĩnh cửu. Nó đã luôn tồn tại và sẽ luôn tồn tại, chỉ là thay đổi trạng thái qua các sự kiện vĩ đại như Big Bang. Khám phá này, dù vẫn còn là lý thuyết, nhưng đã mở ra một hướng đi mới đầy hứa hẹn, buộc chúng ta phải đặt câu hỏi lại về những khái niệm cơ bản nhất: thời gian là gì, và sự tồn tại có thực sự cần một điểm khởi đầu hay không.
