VẬT CHẤT TỐI - NĂNG LƯỢNG TỐI: ‘’THẾ LỰC’’ BÍ ẨN ĐANG CHI PHỐI VŨ TRỤ
Con người, Trái Đất, hệ Mặt Trời,.. những vật chất quen thuộc hình thành từ các hạt cơ bản như chúng ta vẫn thường biết chỉ chiếm khoảng 15% khối lượng của toàn bộ vũ trụ. Vậy 85% còn lại, chúng là gì?
1. VẬT CHẤT TỐI
Khái niệm “vật chất tối’’ được sử dụng lần đầu bởi nhà khoa học Thụy Sĩ Fritz Zwicky vào những năm 30 của thế kỉ XX. Ông nghiên cứu về các cụm thiên hà và đã phát hiện ra rằng: tốc độ quay của các cụm này phụ thuộc vào khối lượng và vị trí của các vật thể chứa trong chúng. Dựa vào quan sát tốc độ quay, ông đưa ra giả thuyết rằng các thiên hà có khối lượng lớn hơn so với những gì chúng ta từng tính toán.
Khái niệm “vật chất tối’’ được sử dụng lần đầu bởi nhà khoa học Thụy Sĩ Fritz Zwicky vào những năm 30 của thế kỉ XX. Ông nghiên cứu về các cụm thiên hà và đã phát hiện ra rằng: tốc độ quay của các cụm này phụ thuộc vào khối lượng và vị trí của các vật thể chứa trong chúng. Ông đưa ra giả thuyết rằng các thiên hà có khối lượng lớn hơn so với những gì chúng ta từng tính toán.
Tại một vài cụm, khoảng không giữa các thiên hà chứa đầy các khí nóng mà không thể nhìn thấy bởi kính thiên văn thông thường. Các khí này có thể được coi là một dạng tia X-quang hoặc Gamma. Bằng cách này, các nhà khoa học tính toán được khoảng cách giữa các thiên hà và kết luận rằng: có nhiều gấp 5 lần lượng vật chất ở trong các thiên hà so với những gì chúng ta tìm thấy. Và những thứ chúng ta vẫn chưa thể khám phá được gọi chung với cái tên bí ẩn: vật chất tối.
Để hiểu rõ hơn, hãy cùng lật lại quá trình hình thành của vũ trụ:
Sau vụ nổ Bigbang, vũ trụ dãn nở rất nhanh, các vật chất được sinh ra không kịp bị phá hủy, hình thành nên các loại vật chất thông thường và vật chất tối
Khoảng 400,000 năm sau đó, vũ trụ chứa đầy các vật chất, dày đặc, nóng bỏng và yên ắng. Khu vực nào mật độ vật chất càng đông thì nhiệt độ càng cao, khối lượng càng lớn và lực hấp dẫn càng mạnh.
Tại một số khu vực, khi lượng vật chất chứa trong đó đạt tới một giới hạn nhất định, khí Hydro bắt đầu phân tách ra, nguội đi, bắt đầu hình thành các ngôi sao và thiên hà nhỏ. Các thiên hà di chuyển, liên tục va vào nhau, hợp nhất với nhau, phát triển thành các cụm thiên hà lớn. Trong quá trình cồng kềnh ấy, vật chất tối giống như một chất keo gắn kết các vì sao, các thiên hà lại với nhau. Nếu không có nó, các vật chất thiếu đi sự liên kết, các khu vực không có đủ ‘’nguyên liệu’’ để tạo nên các ngôi sao, cũng như là các thiên hà.
Ở thời điểm hiện tại, những thông tin về loại vật chất bí ẩn này còn khá hạn hẹp. Nghiên cứu cho thấy, vật chất tối không có khả năng phát ra hay hấp thụ ánh sáng nên chúng ta không thể quan sát được nó. Đồng thời, nó cũng không thể tìm được dưới dạng sóng. Thế nhưng có một điều chắc chắn, vật chất tối tồn tại song song, xen lẫn, xuyên qua các vật chất thông thường, thậm chí là cả cơ thể chúng ta lúc này. Hơn nữa, vật chất tối dù có thể có tính chất, cấu tạo khác nhưng chúng vẫn tuân theo mối quan hệ với lực hấp dẫn như các vật chất thông thường.
Có rất nhiều giả thuyết đã được đặt ra về sự tồn tại của vật chất tối: chúng có thể là sao lùn đen – những ngôi sao không chứa đủ vật chất để phát sáng; cũng có thể là sao lùn trắng – phần lõi của những ngôi sao vừa và nhỏ đã chết; hoặc có thể là một ngôi sao neutron hay hố đen – những vật thể còn sót lại sau khi một ngôi sao nổ tung. Thế nhưng, những giả thuyết này đã bị các nhà khoa học ngay lập tức bác bỏ. Vì thế, cho tới hiện tại, đây vẫn còn là một câu hỏi lớn của vũ trụ dành cho chúng ta.
Theo lý thuyết của vật lý hiện đại thì sự mở rộng của vũ trụ sẽ chậm lại và dừng ở một lúc nào đó bởi lực hấp dẫn của các thiên thể cũng như vật chất tối. Thế nhưng, theo những gì giới thiên văn đã quan sát được, tốc độ giãn nở của vũ trụ lại đang tăng theo từng giờ. Khoa học nhận ra rằng không có loại năng lượng bình thường nào có thể gây ra được hiện tượng này, và đó chính là cơ sở cho lý thuyết về một khái niệm mới: Năng lượng tối.
2. Năng lượng tối
Nói chung về năng lượng tối, nó chiếm tới gần 70% năng lượng của toàn bộ phần vũ trụ mà con người có thể quan sát được (mọi thứ năng lượng khác, bao gồm các dạng khác nhau của năng lượng trên Trái Đất, chỉ chiếm chưa đến 5%).
Giải thích cho câu hỏi được đặt ra ở đoạn trước, theo giả thuyết của Albert Einstein, vũ trụ càng mở rộng thì năng lượng tối cũng được hình thành theo đó, do vậy càng nhiều năng lượng tối, vũ trụ giãn nở càng nhanh.
Vậy năng lượng tối và vật chất tối, cùng là “tối”, vậy có điểm gì khác nhau?
Hiểu một cách đơn giản thì năng lượng tối là lực đẩy, còn vật chất tối là lực hút. Lực đẩy ở đây là sự thúc đẩy quá trình giãn nở của vũ trụ, chống lại lực hấp dẫn, còn lực hút là sự làm chậm sự mở rộng của vũ trụ, là lớp xi măng kết nối các vật thể với nhau. Sở dĩ vũ trụ vẫn giãn nở với tốc độ ngày càng tăng là vì năng lượng tối chiếm 68% năng lượng vũ trụ, trong khi vật chất tối chỉ chiếm 27%.
Lời kết: Hiện nay, các nhà khoa học vẫn đang tích cực tìm kiếm bằng chứng về sự tồn tại của vật chất tối và năng lượng tối cũng như cố gắng mô phỏng lại trong phòng thí nghiệm nhưng dường như vẫn chưa đạt được kết quả. Chính vì thế, chúng vẫn còn là một câu hỏi bí ẩn chờ đợi lời giải đáp của khoa học vũ trụ nhân loại!
