Vũ trụ sẽ kết thúc sau 20 tỷ năm nữa bằng một "Cú co lớn"

Một nhà vật lý học tại Đại học Cornell đã tính toán rằng Vũ trụ có thể đang tiến gần đến điểm giữa của tổng vòng đời dài khoảng 33 tỷ năm. Sử dụng dữ liệu mới công bố từ các đài quan sát năng lượng tối lớn, ông kết luận rằng vũ trụ sẽ tiếp tục giãn nở trong khoảng 11 tỷ năm nữa trước khi đạt đến kích thước cực đại. Sau đó, nó sẽ bắt đầu co lại, cuối cùng sụp đổ về một điểm duy nhất, giống như một dải cao su bị kéo căng rồi bật ngược trở lại.

Henry Tye, Giáo sư Vật lý danh dự (Horace White Professor) tại Đại học Nghệ thuật và Khoa học, đã đưa ra kết luận này bằng cách cập nhật mô hình lâu đời được xây dựng xung quanh "hằng số vũ trụ" (cosmological constant). Khái niệm này được Albert Einstein giới thiệu lần đầu tiên cách đây hơn một thế kỷ và là trọng tâm của các dự báo hiện đại về cách vũ trụ tiến hóa.

"Trong 20 năm qua, mọi người tin rằng hằng số vũ trụ là dương và vũ trụ sẽ giãn nở mãi mãi," giáo sư Tye nói. "Dữ liệu mới dường như chỉ ra rằng hằng số vũ trụ mang giá trị âm, và vũ trụ sẽ kết thúc bằng một Cú co lớn."

Cú co lớn (Big Crunch) đối lập với Giãn nở vĩnh cửu

Vũ trụ hiện nay 13,8 tỷ năm tuổi và vẫn đang tiếp tục giãn nở. Vũ trụ học tiêu chuẩn vạch ra hai khả năng rõ rệt. Nếu hằng số vũ trụ dương, quá trình giãn nở sẽ tiếp diễn vô tận. Nếu nó âm, vũ trụ cuối cùng sẽ ngừng tăng trưởng, đạt kích thước tối đa và sau đó đảo ngược hướng, co lại cho đến khi mọi thứ sụp đổ về mức không.

Mô hình cập nhật của Tye ủng hộ kịch bản thứ hai. Dựa trên tính toán của ông, sự sụp đổ đó sẽ xảy ra trong khoảng 20 tỷ năm tới.

Dữ liệu Năng lượng tối từ DES và DESI

Bằng chứng then chốt đến từ những phát hiện mới được công bố năm nay bởi Khảo sát Năng lượng Tối (DES) ở Chile và Công cụ Quang phổ Năng lượng Tối (DESI) ở Arizona. Giáo sư Tye lưu ý rằng kết quả từ hai đài quan sát này, nằm ở hai bán cầu đối diện, có sự thống nhất chặt chẽ với nhau.

Cả hai dự án đều nhằm mục đích hiểu rõ hơn về năng lượng tối (dark energy) - thành phần chiếm khoảng 68% khối lượng và năng lượng trong vũ trụ. Mục tiêu của họ là kiểm tra xem liệu năng lượng tối đơn thuần là một đặc tính không đổi của chính không gian, hay phức tạp hơn thế. Dữ liệu cho thấy vũ trụ dường như không chỉ bị chi phối bởi một hằng số vũ trụ thuần túy; có một yếu tố bổ sung đang ảnh hưởng đến cách năng lượng tối vận hành.

Để giải thích điều này, Tye và các cộng sự đã đề xuất một hạt giả định có khối lượng cực thấp. Trong giai đoạn đầu của lịch sử vũ trụ, hạt này hoạt động giống như một hằng số vũ trụ, nhưng theo thời gian, tác động của nó đã thay đổi. Sự điều chỉnh này khớp với các quan sát mới nhất và đẩy hằng số vũ trụ tiềm ẩn sang giá trị âm.

Quan sát đang tiếp diễn và các thử nghiệm tương lai

Dữ liệu thực nghiệm vẫn đang tiếp tục được thu thập. Hàng trăm nhà nghiên cứu đang nghiên cứu hàng triệu thiên hà để tinh chỉnh các ước tính về năng lượng tối. Dự án DESI sẽ tiếp tục thu thập dữ liệu trong một năm nữa. Các dự án bổ sung khác cũng đang đóng góp hoặc chuẩn bị bắt đầu, bao gồm Cơ sở Chuyển tiếp Zwicky (San Diego), kính viễn vọng không gian Euclid (Châu Âu), sứ mệnh SPHEREx (NASA) và Đài quan sát Vera C. Rubin.

Thấu hiểu Khởi đầu và Kết thúc

Giáo sư Tye cho rằng việc các nhà khoa học có thể nỗ lực tính toán tổng vòng đời của vũ trụ bằng các thuật ngữ đo lường được là một tín hiệu đáng khích lệ. Việc xác định cả điểm bắt đầu và kết thúc giúp các nhà vũ trụ học hiểu rõ hơn về toàn bộ câu chuyện của lịch sử thiên văn.

"Đối với bất kỳ sự sống nào, bạn luôn muốn biết nó bắt đầu và kết thúc như thế nào. Với vũ trụ của chúng ta cũng vậy," ông nói. "Vào những năm 1960, chúng ta đã biết vũ trụ có khởi đầu. Câu hỏi tiếp theo là: 'Nó có kết thúc không?'. Trong nhiều năm, nhiều người nghĩ nó sẽ kéo dài mãi mãi. Thật tốt khi biết rằng, nếu dữ liệu này chính xác, vũ trụ sẽ có một điểm kết thúc."