Vũ trụ – Wikipedia tiếng Việt

Vũ trụ bao gồm tất cả các vật chất, năng lượng và không gian hiện có, được xem là một khối bao quát. Vũ trụ hiện tại chưa xác định được kích thước chính xác, nó đã được mở rộng kể từ khi khởi đầu ở vụ nổ Big Bang khoảng 13,8 tỷ năm trước.[8][9][10][11][12][13] Vũ trụ bao gồm các hành tinh, sao, thiên hà, các thành phần của không gian liên sao, những hạt hạ nguyên tử nhỏ nhất, vật chất và năng lượng. Vũ trụ quan sát được có đường kính vào khoảng 28,5 tỷ parsec (93 tỷ năm ánh sáng) trong thời điểm hiện tại và ước tính có khoảng 2 nghìn tỉ thiên hà trong vũ trụ quan sát được.[2] Các nhà thiên văn chưa biết được kích thước toàn thể của Vũ trụ là bao nhiêu và cũng có thể là gần như vô hạn.[14] Những quan sát và phát triển của vật lý lý thuyết đã giúp suy luận ra thành phần và sự tiến triển của Vũ trụ.

Xuyên suốt những thư tịch lịch sử dân tộc, những giả thuyết vũ trụ học và tinh nguyên học, gồm có những quy mô khoa học, đã từng được đề xuất kiến nghị để lý giải những hiện tượng kỳ lạ quan sát của Vũ trụ. Các thuyết địa tâm định lượng tiên phong đã được tăng trưởng bởi những nhà triết học Hy Lạp cổ đại và triết học Ấn Độ. [ 15 ] [ 16 ] Trải qua nhiều thế kỷ, những quan sát thiên văn ngày càng đúng chuẩn hơn đã đưa tới thuyết nhật tâm của Nicolaus Copernicus và dựa trên tác dụng thu được từ Tycho Brahe, nâng cấp cải tiến cho thuyết đó về quỹ đạo elip của hành tinh bởi Johannes Kepler, mà ở đầu cuối được Isaac Newton lý giải bằng kim chỉ nan mê hoặc của ông. Những nâng cấp cải tiến quan sát được xa hơn trong Vũ trụ dẫn tới con người nhận ra rằng Hệ Mặt Trời nằm trong một thiên hà chứa hàng tỷ ngôi sao 5 cánh, gọi là Ngân Hà. Sau đó những nhà thiên văn phát hiện ra rằng thiên hà của tất cả chúng ta chỉ là một trong số hàng trăm tỷ thiên hà khác. Ở trên những quy mô lớn nhất, sự phân bổ những thiên hà được giả định là đồng nhất và như nhau trong mọi hướng, có nghĩa là Vũ trụ không có biên hay một tâm đặc biệt quan trọng nào đó. Quan sát về sự phân bổ và vạch phổ của những thiên hà đưa đến nhiều triết lý vật lý vũ trụ học văn minh. Khám phá trong đầu thế kỷ XX về sự di dời đỏ trong quang phổ của những thiên hà gợi ý rằng Vũ trụ đang co và giãn, và mày mò ra bức xạ nền vi sóng vũ trụ cho thấy Vũ trụ phải có thời gian khởi đầu. [ 17 ] Gần đây, những quan sát vào cuối thập niên 1990 chỉ ra sự co và giãn của Vũ trụ đang tần suất [ 18 ] cho thấy thành phần nguồn năng lượng đa phần trong Vũ trụ thuộc về một dạng chưa biết tới gọi là nguồn năng lượng tối. Đa phần khối lượng trong Vũ trụ này sống sót dưới một dạng chưa từng biết đến là vật chất tối .

Lý thuyết Vụ Nổ Lớn là mô hình vũ trụ học được chấp thuận rộng rãi, nó miêu tả về sự hình thành và tiến hóa của Vũ trụ. Không gian và thời gian được tạo ra trong Vụ Nổ Lớn, và một lượng cố định năng lượng và vật chất choán đầy trong nó; khi không gian giãn nở, mật độ của vật chất và năng lượng giảm. Sau sự giãn nở ban đầu, nhiệt độ Vũ trụ giảm xuống đủ lạnh cho phép hình thành lên những hạt hạ nguyên tử đầu tiên và tiếp sau là những nguyên tử đơn giản. Các đám mây khổng lồ chứa những nguyên tố nguyên thủy này theo thời gian dưới ảnh hưởng của lực hấp dẫn kết tụ lại thành các ngôi sao. Nếu giả sử mô hình phổ biến hiện nay là đúng, thì tuổi của Vũ trụ có giá trị tính được từ những dữ liệu quan sát là 13,799 ± 0,021 tỷ năm.[1].

Có nhiều giả thiết đối nghịch nhau về Số phận sau cùng của Vũ trụ. Các nhà vật lý và triết học vẫn không biết chắc về những gì, nếu bất cứ điều gì, có trước Vụ Nổ Lớn. Nhiều người phản bác những ước đoán, nghi ngờ bất kỳ thông tin nào từ trạng thái trước này có thể thu thập được. Có một số giả thuyết về đa vũ trụ, trong đó một vài nhà vũ trụ học đề xuất rằng Vũ trụ có thể là một trong số nhiều vũ trụ cùng tồn tại song song với nhau [19][20].

Từ “vũ trụ” trong tiếng Việt được vay mượn từ tiếng Hán “宇宙”. Vũ “宇” trong vũ trụ “宇宙” có nghĩa là không gian, còn trụ “宙” có nghĩa là thời gian. Vũ trụ nghĩa mặt chữ là không gian và thời gian.[21]

Vũ trụ hoàn toàn có thể được định nghĩa là mọi thứ đang sống sót, mọi thứ đã sống sót, và mọi thứ sẽ sống sót. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] Theo như hiểu biết hiện tại, Vũ trụ chứa những thành phần : không thời hạn, những dạng nguồn năng lượng ( gồm có bức xạ điện từ và vật chất ), và những định luật vật lý liên hệ giữa chúng. Vũ trụ bao hàm mọi dạng sống, mọi lịch sử vẻ vang, và thậm chí còn 1 số ít nhà triết học và khoa học gợi ý rằng nó bao hàm những sáng tạo độc đáo như toán học và logic. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

Các tiến trình và Vụ Nổ Lớn[sửa|sửa mã nguồn]

Mô hình được gật đầu thoáng đãng về nguồn gốc của Vũ trụ đó là triết lý Vụ Nổ Lớn. [ 28 ] [ 29 ] Mô hình Vụ Nổ Lớn miêu tả trạng thái sớm nhất của Vũ trụ có tỷ lệ và nhiệt độ cực kỳ lớn và sau đó trạng thái này co và giãn tại mọi điểm trong khoảng trống. Mô hình dựa trên thuyết tương đối rộng và những giả thiết cơ bản như tính đồng nhất và đẳng hướng của khoảng trống. Phiên bản của quy mô với hằng số vũ trụ học ( Lambda ) và vật chất tối lạnh, gọi là quy mô Lambda-CDM, là quy mô đơn thuần nhất phân phối cách lý giải hài hòa và hợp lý cho nhiều quan sát khác nhau trong Vũ trụ. Mô hình Vụ Nổ Lớn lý giải cho những quan sát như sự đối sánh tương quan giữa khoảng cách và di dời đỏ của những thiên hà, tỉ lệ giữa số lượng nguyên tử hiđrô với nguyên tử heli, và bức xạ nền vi sóng vũ trụ .

Tiến trình của Vũ trụ
Trong biểu đồ này, thời gian truyền từ trái sang phải, vì vậy tại bất kỳ thời điểm nào, Vũ trụ được biểu diễn bằng một “lát” hình đĩa của biểu đồ.

Trạng thái nóng, đặc bắt đầu được gọi là kỷ nguyên Planck, một quá trình ngắn lê dài từ lúc thời hạn bằng 0 cho tới một đơn vị chức năng thời hạn Planck xê dịch bằng 10 − 43 giây. Trong kỷ nguyên Planck, mọi loại vật chất và mọi loại nguồn năng lượng đều tập trung chuyên sâu trong một trạng thái đặc, nơi lực mê hoặc được cho là trở lên mạnh ngang với những lực cơ bản khác, và toàn bộ những lực này hoàn toàn có thể đã thống nhất làm một. Từ kỷ nguyên Planck, Vũ trụ đã co và giãn cho tới hình dạng hiện tại, mà có năng lực nó đã trải qua một quá trình lạm phát kinh tế rất ngắn khiến cho kích cỡ của Vũ trụ đạt tới kích cỡ lớn hơn nhiều chỉ trong ít hơn 10 − 32 giây. [ 30 ] Giai đoạn này làm đều đặn đi những khối cục vật chất nguyên sơ của Vũ trụ và để lại nó trong trạng thái đồng đều và đẳng hướng như tất cả chúng ta quan sát thấy ngày này. Các thăng giáng cơ học lượng tử trong suốt quy trình này để lại những thăng giáng tỷ lệ trong Vũ trụ, mà sau đó trở thành mầm mống cho sự hình thành những cấu trúc trong Vũ trụ. [ 31 ]Sau kỷ nguyên Planck và lạm phát kinh tế tới những kỷ nguyên quark, hadron, và lepton. Theo Steven Weinberg, ba kỷ nguyên này lê dài khoảng chừng 13,82 giây sau thời gian Vụ Nổ Lớn. [ 32 ] Sự Open của những nguyên tố nhẹ hoàn toàn có thể được lý giải bằng kim chỉ nan dựa trên sự co và giãn của khoảng trống tích hợp với vật lý hạt nhân và vật lý nguyên tử. [ 33 ] Khi Vũ trụ co và giãn, tỷ lệ nguồn năng lượng của bức xạ điện từ giảm nhanh hơn so với tỷ lệ của vật chất do tại nguồn năng lượng của một photon giảm theo bước sóng của nó. Cùng với Vũ trụ co và giãn và nhiệt độ giảm đi, những hạt cơ bản tích hợp lại thành những hạt tổng hợp lớn hơn và không thay đổi hơn. Do vậy, chỉ vài giây sau Vụ Nổ Lớn, hình thành những hạt proton và neutron không thay đổi và rồi hình thành lên những hạt nhân nguyên tử trải qua những phản ứng hạt nhân. [ 34 ] [ 35 ] Quá trình này, gọi là tổng hợp hạt nhân Vụ Nổ Lớn, dẫn tới sự xuất hiện lúc bấy giờ của những hạt nhân nhẹ, gồm có hiđrô, deuteri, và heli. Tổng hợp hạt nhân Vụ Nổ Lớn kết thúc sau khoảng chừng 20 phút, khi nhiệt độ Vũ trụ giảm xuống mức không còn đủ để xảy ra những phản ứng tổng hợp hạt nhân nữa. [ 36 ] Ở tiến trình này, vật chất trong Vũ trụ đa phần là plasma nóng đặc chứa những electron mang điện tích âm, những hạt neutrino trung hòa và những hạt nhân mang điện tích dương. Các hạt và phản hạt liên tục va chạm và hủy thành cặp photon và ngược lại. Kỷ nguyên này được gọi là kỷ nguyên photon, lê dài trong khoảng chừng 380 nghìn năm. [ 37 ]Với photon không còn tương tác với vật chất nữa, Vũ trụ bước vào tiến trình vật chất chiếm hầu hết về tỷ lệ ( matter-dominated era ; chú ý quan tâm là quá trình này sau khoảng chừng 47 nghìn năm kể từ Vụ Nổ Lớn, [ 38 ] bởi Vũ trụ vẫn như màn sương mờ đục-optical thick-đối với bức xạ. Trước tiến trình này là bức xạ chiếm hầu hết và động lực của Vũ trụ bị chi phối bởi bức xạ. ). Đến thời gian của kỷ nguyên tái phối hợp – sau khoảng chừng 380 nghìn năm, electron và những hạt nhân hình thành lên những nguyên tử không thay đổi, được cho phép Vũ trụ trở lên trong suốt với sóng điện từ. Lúc này ánh sáng hoàn toàn có thể Viral tự do trong khoảng trống, và nó vẫn còn được quan sát cho tới tận thời nay với tên gọi bức xạ nền vi sóng vũ trụ ( CMB ). Sau khoảng chừng 100 đến 300 triệu năm, những ngôi sao 5 cánh tiên phong mở màn hình thành ; đây là những ngôi sao 5 cánh rất lớn, sáng và chịu nghĩa vụ và trách nhiệm cho quy trình tái ion hóa của Vũ trụ. Bởi không có những nguyên tố nặng hơn lithi từ tiến trình tổng hợp hạt nhân Vụ Nổ Lớn, những ngôi sao 5 cánh này đã tạo ra những nguyên tố nặng tiên phong bởi quy trình tổng hợp hạt nhân sao. [ 39 ] Vũ trụ cũng chứa một dạng nguồn năng lượng huyền bí gọi là nguồn năng lượng tối ; tỷ lệ nguồn năng lượng của nguồn năng lượng tối không đổi khác theo thời hạn. Sau khoảng chừng 9,8 tỷ năm, Vũ trụ đã co và giãn đến mức độ khiến cho tỷ lệ của vật chất nhỏ hơn tỷ lệ của nguồn năng lượng tối, ghi lại mở màn của quy trình tiến độ nguồn năng lượng tối thống lĩnh Vũ trụ ( dark-energy-dominated era ). [ 40 ] Trong quy trình tiến độ này, sự co và giãn ngày càng tăng của Vũ trụ là do nguồn năng lượng tối .
Không thời hạn của Vũ trụ thường được biểu lộ từ khuôn khổ của khoảng trống Euclid, khi coi khoảng trống có ba chiều vật lý, và thời hạn là một chiều khác, trở thành ” chiều thứ tư “. [ 41 ] Bằng cách tích hợp khoảng trống và thời hạn thành một thực thể đa tạp toán học duy nhất gọi là khoảng trống Minkowski, những nhà vật lý đã đưa ra nhiều kim chỉ nan vật lý miêu tả những hiện tượng kỳ lạ trong Vũ trụ theo một cách thống nhất hơn từ khoanh vùng phạm vi siêu thiên hà cho tới mức hạ nguyên tử .Các sự kiện trong không thời hạn không được xác lập tuyệt đối từ khoảng chừng khoảng trống và khoảng chừng thời hạn mà có quan hệ tương đối với hoạt động của một quan sát viên. Không gian Minkowski miêu tả gần đúng Vũ trụ khi không có lực mê hoặc ; đa tạp tựa-Riemann của thuyết tương đối rộng miêu tả Vũ trụ đúng chuẩn hơn khi đưa trường mê hoặc và vật chất vào không thời hạn bốn chiều. Lý thuyết dây giả thiết có sống sót những chiều ngoại lai khác của không thời hạn .Trong bốn tương tác cơ bản, lực mê hoặc thống trị Vũ trụ trên khoanh vùng phạm vi kích cỡ lớn, gồm có thiên hà và những cấu trúc lớn hơn. Các hiệu ứng mê hoặc có tính tích góp ; ngược lại, trong khi đó những hiệu ứng của điện tích âm và điện tích dương có khuynh hướng hủy lẫn nhau, khiến cho lực điện từ không có tác động ảnh hưởng nhiều trên quy mô lớn của Vũ trụ. Hai tương tác còn lại, tương tác yếu và tương tác mạnh, giảm cường độ tính năng rất nhanh theo khoảng cách và những hiệu ứng của chúng hầu hết đáng kể trên khoanh vùng phạm vi hạ nguyên tử .Vũ trụ chứa vật chất nhiều hơn phản vật chất, một sự chênh lệch có năng lực tương quan tới sự vi phạm CP trong tương tác yếu. [ 42 ] Hình như Vũ trụ cũng không có động lượng hay mômen động lượng. Sự vắng mặt của điện tích hay động lượng trên tổng thể và toàn diện hoàn toàn có thể xuất phát từ những định luật vật lý được đa phần những nhà khoa học công nhận ( tương ứng định luật Gauss và tính không phân kỳ của giả tenxơ ứng suất-năng lượng-động lượng ) nếu Vũ trụ có biên giới hạn. [ 43 ]

Các cấp độ khoảng cách trong Vũ trụ quan sát được
Vị trí của Trái Đất trong Vũ trụ.

Ba hình dạng hoàn toàn có thể của vũ trụ .Thuyết tương đối tổng quát miêu tả không thời hạn bị cong như thế nào do ảnh hưởng tác động của vật chất và nguồn năng lượng. Tô pô hay hình học của Vũ trụ gồm có cả hình học cục bộ trong vũ trụ quan sát được và hình học toàn cục. Các nhà vũ trụ học thường nghiên cứu và điều tra trên một nhát cắt kiểu khoảng trống nhất định của không thời hạn gọi là những tọa độ đồng hoạt động. Phần không thời hạn hoàn toàn có thể quan sát được là phần nhìn ngược về nón ánh sáng mà phân định ra chân trời vũ trụ học. Chân trời vũ trụ học ( cũng gọi là chân trời hạt hoặc chân trời ánh sáng ) là khoảng cách đo được mà từ đó hoàn toàn có thể Phục hồi được thông tin [ 44 ] hay khoảng cách lớn nhất mà hạt hoàn toàn có thể đạt được để tới quan sát viên trong khoanh vùng phạm vi tuổi của Vũ trụ. Chân trời này là ranh giới biên giữa những vùng quan sát được và không quan sát được của Vũ trụ. [ 45 ] [ 46 ] Sự sống sót, đặc thù và ý nghĩa của chân trời Vũ trụ học nhờ vào vào từng quy mô vũ trụ học đơn cử .Một tham số quan trọng xác lập lên tương lai tiến hóa của Vũ trụ đó là tham số tỷ lệ, Omega ( Ω ), định nghĩa bằng tỷ lệ vật chất trung bình của Vũ trụ chia cho một giá trị số lượng giới hạn của tỷ lệ này. Việc có một trong ba năng lực của hình dạng Vũ trụ phụ thuộc vào vào Ω có bằng, nhỏ hơn hay lớn hơn 1. Tương ứng với những giá trị này là Vũ trụ phẳng, mở hay Vũ trụ đóng. [ 47 ]Các quan sát, gồm có từ những tàu Cosmic Background Explorer ( COBE ), Tàu thăm dò Bất đẳng hướng Vi sóng Wilkinson ( WMAP ), và Planck vẽ map CMB, cho thấy Vũ trụ lan rộng ra vô hạn với tuổi hữu hạn như được miêu tả bởi quy mô Friedmann – Lemaître – Robertson – Walker ( FLRW ). [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] Mô hình FLRW cũng ủng hộ những quy mô vũ trụ lạm phát kinh tế và quy mô chuẩn của vũ trụ học, miêu tả vũ trụ phẳng và như nhau với sự sở hữu đa phần của vật chất tối và nguồn năng lượng tối. [ 52 ] [ 53 ]Tô pô toàn cục của Vũ trụ rất khó xác lập và người ta chưa biết đúng chuẩn đặc thù này của Vũ trụ. Từ những tài liệu quan trắc CMB của tàu Planck, 1 số ít nhà vật lý cho rằng tô pô của vũ trụ là mở, lớn vô hạn có biên hoặc không có biên. [ 54 ] [ 55 ]

Kích thước và những khu vực[sửa|sửa mã nguồn]

Xác định kích cỡ đúng chuẩn của Vũ trụ là một yếu tố khó khăn vất vả. Theo như định nghĩa có tính số lượng giới hạn, Vũ trụ là những thứ trong khoanh vùng phạm vi không thời hạn mà hoàn toàn có thể có thời cơ tương tác với tất cả chúng ta và ngược lại. [ 56 ] Theo thuyết tương đối tổng quát, một số ít khu vực của khoảng trống sẽ không khi nào tương tác được với tất cả chúng ta ngay cả trong thời hạn sống sót của Vũ trụ do tại vận tốc ánh sáng là số lượng giới hạn và sự co và giãn của khoảng trống. Ví dụ, thông điệp vô tuyến gửi từ Trái Đất hoàn toàn có thể không tới được 1 số ít khu vực của khoảng trống, ngay cả nếu như Vũ trụ sống sót mãi mãi : do khoảng trống hoàn toàn có thể co và giãn nhanh hơn ánh sáng truyền bên trong nó. [ 57 ]Các vùng khoảng trống ở xa được cho là sống sót và là một phần thực tại như tất cả chúng ta, mặc dầu tất cả chúng ta không khi nào chạm tới được chúng. Vùng khoảng trống mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể thu nhận được thông tin gọi là Vũ trụ quan sát được. Nó nhờ vào vào vị trí của người quan sát. Bằng cách chuyển dời, một quan sát viên hoàn toàn có thể liên lạc được với một vùng không thời hạn lớn hơn so với quan sát viên đứng yên. Tuy vậy, ngay cả so với quan sát viên chuyển dời nhanh nhất cũng không hề tương tác được với hàng loạt khoảng trống. Nói chung, Vũ trụ quan sát được lấy theo nghĩa của phần khoảng trống Vũ trụ được quan sát từ điểm thuận tiện của tất cả chúng ta từ Ngân Hà .Khoảng cách riêng — khoảng cách được đo tại một thời gian đơn cử, gồm có vị trí hiện tại từ Trái Đất cho tới biên giới của Vũ trụ quan sát được là bằng 46 tỷ năm ánh sáng ( 14 tỷ parsec ), do đó đường kính của Vũ trụ quan sát được vào thời gian 91 tỷ năm ánh sáng ( 28 × 10 ^ 9 pc ). Khoảng cách ánh sáng từ biên của Vũ trụ quan sát được là giao động bằng tuổi của Vũ trụ nhân với vận tốc ánh sáng, 13,8 tỷ năm ánh sáng ( 4,2 × 10 ^ 9 pc ), nhưng khoảng cách này không màn biểu diễn cho một thời gian bất kể khác, chính do biên giới của Vũ trụ và Trái Đất đang vận động và di chuyển dần ra xa khỏi nhau. [ 58 ] Để so sánh, đường kính của một thiên hà nổi bật gần bằng 30.000 năm ánh sáng, và khoảng cách nổi bật giữa hai thiên hà lân cận nhau là khoảng chừng 3 triệu năm ánh sáng. [ 59 ] Ví dụ, đường kính của Ngân Hà vào khoảng chừng 100.000 năm ánh sáng, [ 60 ] và thiên hà lớn gần nhất với Ngân Hà, thiên hà Andromeda, nằm cách xa khoảng chừng 2,5 triệu năm ánh sáng. [ 61 ] Bởi vì tất cả chúng ta không hề quan sát khoảng trống vượt ngoài biên giới của Vũ trụ quan sát được, tất cả chúng ta không hề biết được size của Vũ trụ là hữu hạn hay vô hạn. [ 14 ] [ 62 ] [ 63 ]

Tuổi và sự co và giãn[sửa|sửa mã nguồn]

Các nhà thiên văn giám sát tuổi của Vũ trụ bằng giả thiết rằng quy mô Lambda-CDM miêu tả đúng chuẩn sự tiến hóa của Vũ trụ từ một trạng thái nguyên thủy rất nóng, đậm đặc và như nhau cho tới trạng thái hiện tại và họ triển khai đo những tham số vũ trụ học mà cấu thành lên quy mô này. Mô hình này được hiểu khá tốt về mặt kim chỉ nan và được ủng hộ bởi những quan trắc thiên văn với độ đúng chuẩn cao gần đây như từ những tàu WMAP và Planck. Các hiệu quả này thường khớp với những quan trắc từ những dự án Bất Động Sản khảo sát sự bất đẳng hướng trong bức xạ vi sóng vũ trụ, mối liên hệ giữa di dời đỏ và độ sáng từ những vụ nổ siêu tân tinh loại Ia, và khảo sát những cụm thiên hà trên khoanh vùng phạm vi lớn gồm có đặc thù giao động baryon tựa âm thanh ( baryon acoustic oscillation ). Những quan sát khác, như điều tra và nghiên cứu hằng số Hubble, sự phân bổ những cụm thiên hà, hiện tượng kỳ lạ thấu kính mê hoặc yếu và tuổi của những cụm sao cầu, đều cho tài liệu đồng điệu với nhau, từ đó mang lại phép thử chéo cho quy mô chuẩn của Vũ trụ học ở tiến trình trẻ của vũ trụ nhưng bớt đúng mực hơn so với những đo đạc trong khoanh vùng phạm vi gần Ngân Hà. Với sự ưu tiên về quy mô Lambda-CDM là đúng, sử dụng nhiều kỹ thuật đo cho những tham số này được cho phép thu được giá trị giao động tốt nhất về tuổi của Vũ trụ vào khoảng chừng 13,799 ± 0,021 tỷ năm ( tính đến năm năm ngoái ). [ 1 ]Theo thời hạn Vũ trụ và những thành phần trong nó tiến hóa, ví dụ số lượng và sự phân bổ của những chuẩn tinh và những thiên hà đều đổi khác [ 64 ] và chính khoảng trống cũng co và giãn. Vì sự co và giãn này, những nhà khoa học hoàn toàn có thể ghi lại được ánh sáng từ một thiên hà nằm cách xa Trái Đất 30 tỷ năm ánh sáng mặc dầu ánh sáng mới chỉ đi được khoảng chừng thời hạn khoảng chừng 13 tỷ năm ; nguyên do khoảng trống giữa chúng đã lan rộng ra ra. Sự co và giãn này tương thích với quan sát rằng ánh sáng từ những thiên hà ở xa khi tới được thiết bị đo thì đã bị di dời sáng phía đỏ ; những photon phát ra từ chúng đã mất dần nguồn năng lượng và vận động và di chuyển sang bước sóng dài hơn ( hay tần số thấp hơn ) trong suốt quãng đường hành trình dài của chúng. Phân tích phổ từ những siêu tân tinh loại Ia cho thấy sự co và giãn khoảng trống là đang tần suất tăng. [ 65 ] [ 66 ]

Càng nhiều vật chất trong Vũ trụ, lực hút hấp dẫn giữa chúng càng mạnh. Nếu Vũ trụ quá đậm đặc thì nó sẽ sớm co lại thành một kỳ dị hấp dẫn. Tuy nhiên, nếu Vũ trụ chứa quá ít vật chất thì sự giãn nở sẽ gia tốc quá nhanh không đủ thời gian để các hành tinh và hệ hành tinh hình thành. Sau Vụ Nổ Lớn, Vũ trụ giãn nở một cách đơn điệu. Thật ngạc nhiên là, Vũ trụ của chúng ta có mật độ khối lượng vừa đúng vào cỡ khoảng 5 proton trên một mét khối cho phép sự giãn nở của không gian kéo dài trong suốt 13,8 tỷ năm qua, một quãng thời gian đủ để hình thành lên vũ trụ quan sát được như ngày nay.[67]

Có những lực mang tính động lực ảnh hưởng tác động lên những hạt trong Vũ trụ mà tác động ảnh hưởng tới vận tốc co và giãn. Trước năm 1998, hầu hết những nhà vũ trụ học cho rằng sự tăng giá trị của hằng số Hubble sẽ tiến tới giảm dần theo thời hạn do sự ảnh hưởng tác động của tương tác mê hoặc, do vậy họ đưa ra một đại lượng đo được trong Vũ trụ đó là tham số giảm tốc mà họ hy vọng nó có liên hệ trực tiếp tới tỷ lệ vật chất của Vũ trụ. Vào năm 1998, hai nhóm những nhà thiên văn độc lập với nhau đã đo được tham số giảm tốc có giá trị giao động bằng − 1 nhưng khác 0, hàm ý rằng vận tốc co và giãn thời nay của Vũ trụ là ngày càng tăng theo thời hạn. [ 18 ] [ 68 ]

Không thời hạn[sửa|sửa mã nguồn]

Không thời gian là bối cảnh cho mọi sự kiện vật lý xảy ra—một sự kiện là một điểm trong không thời gian xác định bởi các tọa độ không gian và thời gian. Các yếu tố cơ bản của không thời gian là các sự kiện. Trong một không thời gian bất kỳ, sự kiện được xác định một cách duy nhất bởi vị trí và thời gian. Bởi vì các sự kiện là các điểm không thời gian, trong vật lý tương đối tính cổ điển, vị trí của một hạt cơ bản (giống như hạt điểm) tại một thời điểm cụ thể có thể được viết bằng

(
x
,
y
,
z
,
t
)

{\displaystyle (x,y,z,t)}

. Có thể định nghĩa không thời gian là hợp của mọi sự kiện giống như cách một đường thẳng là hợp của mọi điểm trên nó, mà theo phát biểu toán học gọi là đa tạp.[69]

Vũ trụ dường như là một continum không thời hạn chứa ba chiều khoảng trống một chiều thời khoảng chừng ( thời hạn ). Trên trung bình, Vũ trụ có đặc thù hình học gần phẳng ( hay độ cong khoảng trống giao động bằng 0 ), có nghĩa là hình học Euclid là quy mô giao động tốt về hình học của Vũ trụ trên khoảng cách lớn của nó. [ 70 ] Ở cấu trúc toàn cục, tô pô của không thời hạn hoàn toàn có thể là khoảng trống đơn liên ( simply connected space ), tương tự như như với một mặt cầu, tối thiểu trên khoanh vùng phạm vi Vũ trụ quan sát được. Tuy nhiên, những quan sát hiện tại không hề ngoại trừ 1 số ít năng lực rằng Vũ trụ có thêm nhiều chiều ẩn giấu và không thời hạn của Vũ trụ hoàn toàn có thể là khoảng trống tô pô đa liên toàn cục ( multiply connected global topology ), tựa như như tô pô của khoảng trống hai chiều so với mặt của hình tròn trụ hoặc hình vòng xuyến. [ 49 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]
Mô phỏng sự hình thành của những đám và sợi thiên hà trên quy mô lớn theo quy mô Vật chất tối lạnh phối hợp với nguồn năng lượng tối. Khung hình chỉ ra tiến hóa của cấu trúc này trong hộp thể tích 43 triệu parsec ( hay 140 triệu năm ánh sáng ) từ di dời đỏ bằng 30 cho tới kỷ nguyên hiện tại ( hộp trên cùng bên trái z = 30 tới hộp dưới cùng bên phải z = 0 ) .Vũ trụ chứa phần đông những thành phần nguồn năng lượng tối, vật chất tối, và vật chất thường thì. Các thành phần khác là bức xạ điện từ ( ước tính chiếm từ 0,005 % đến gần 0,01 % ) và phản vật chất. [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] Tổng lượng bức xạ điện từ sản sinh ra trong Vũ trụ đã giảm đi 50% trong 2 tỷ năm qua. [ 77 ] [ 78 ]Tỷ lệ Xác Suất của mọi loại vật chất và nguồn năng lượng đổi khác trong suốt lịch sử vẻ vang của Vũ trụ. [ 79 ] Ngày nay, vật chất thường thì, gồm có nguyên tử, sao, thiên hà, thiên nhiên và môi trường khoảng trống liên sao, và sự sống, chỉ chiếm khoảng chừng 4,9 % thành phần của Vũ trụ. [ 6 ] Mật độ tổng hiện tại của loại vật chất thường thì là rất thấp, chỉ khoảng chừng 4,5 × 10 − 31 gram trên một centimét khối, tương ứng với tỷ lệ của một proton trong thể tích bốn mét khối. [ 4 ] Các nhà khoa học vẫn chưa biết được thực chất của cả nguồn năng lượng tối và vật chất tối. Vật chất tối, một dạng vật chất huyền bí mà những nhà vật lý vẫn chưa nhận ra dạng của nó, chiếm thành phần khoảng chừng 26,8 %. Năng lượng tối, hoàn toàn có thể coi là nguồn năng lượng của chân không và là nguyên do gây ra sự co và giãn tần suất của Vũ trụ trong lịch sử dân tộc gần đây của nó, thành phần còn lại chiếm khoảng chừng 68,3 %. [ 6 ] [ 80 ] [ 81 ]
Bản đồ vẽ những siêu đám thiên hà và khoảng chừng trống gần Trái Đất nhất .

Vật chất, vật chất tối, năng lượng tối phân bố đồng đều trong toàn thể Vũ trụ khi xét phạm vi khoảng cách trên 300 triệu năm ánh sáng.[82] Tuy nhiên, trên những phạm vi nhỏ hơn, vật chất có xu hướng tập trung lại thành cụm; nhiều nguyên tử tích tụ thành các ngôi sao, các ngôi sao tập trung trong thiên hà và phần lớn các thiên hà quần tụ lại thành các đám, siêu đám và cuối cùng là những sợi thiên hà (galaxy filament) trên những khoảng cách lớn nhất. Vũ trụ quan sát được chứa xấp xỉ 3×10 23 ngôi sao[83] và hơn 100 tỷ (1011) thiên hà.[84] Các thiên hà điển hình xếp từ loại thiên hà lùn với vài chục triệu [85] (107) sao cho tới những thiên hà chứa khoảng một nghìn tỷ (1012)[86] sao. Giữa những cấu trúc này là các khoảng trống (void) lớn, với đường kính vào cỡ 10–150 Mpc (33 triệu–490 triệu ly). Ngân Hà nằm trong Nhóm Địa Phương, rồi đến lượt nó thuộc về siêu đám Laniakea.[87] Siêu đám này trải rộng trên 500 triệu năm ánh sáng, trong khi Nhóm Địa Phương có đường kính xấp xỉ 10 triệu năm ánh sáng.[88] Vũ trụ cũng có những vùng trống hoang vu tương đối lớn; khoảng trống lớn nhất từng đo được có đường kính vào khoảng 1,8 tỷ năm ánh sáng (550 Mpc).[89]

[90] (Do làm tròn, tổng các tỷ lệ này không chính xác bằng 100%). Điều này phản ánh giới hạn của WMAP khi xác định vật chất tối và năng lượng tối.Tỷ lệ Phần Trăm những thành phần của Vũ trụ thời nay so với thời gian 380.000 năm sau Vụ Nổ Lớn, tài liệu tích lũy trong 5 năm từ tàu WMAP ( tính đến 2008 ). ( Do làm tròn, tổng những tỷ suất này không đúng chuẩn bằng 100 % ). Điều này phản ánh số lượng giới hạn của WMAP khi xác lập vật chất tối và nguồn năng lượng tối .Trên quy mô lớn hơn những siêu đám thiên hà, Vũ trụ quan sát được là đẳng hướng, có nghĩa rằng những tài liệu mang đặc thù thống kê của Vũ trụ có giá trị như nhau trong mọi hướng khi quan sát từ Trái Đất. Vũ trụ chứa đầy bức xạ vi sóng có độ đồng đều cao mà nó tương ứng với phổ bức xạ vật đen trong trạng thái cân đối nhiệt động ở nhiệt độ gần 2,72548 kelvin. [ 5 ] Tiên đề coi Vũ trụ là đồng đều và đẳng hướng trên khoanh vùng phạm vi khoảng cách lớn được gọi là nguyên tắc vũ trụ học. [ 91 ] Nếu vật chất và nguồn năng lượng trong Vũ trụ phân bổ đồng đều và đẳng hướng thì sẽ nhìn thấy mọi thứ như nhau khi quan sát từ mọi điểm [ 92 ] và Vũ trụ không có một tâm đặc biệt quan trọng nào. [ 93 ]

Năng lượng tối[sửa|sửa mã nguồn]

Tại sao sự co và giãn của Vũ trụ lại tăng cường vẫn là một câu hỏi hóc búa so với những nhà vũ trụ học. Người ta thường cho rằng ” nguồn năng lượng tối “, một dạng nguồn năng lượng huyền bí với giả thuyết tỷ lệ không đổi và xuất hiện khắp nơi trong Vũ trụ là nguyên do của sự co và giãn này. [ 94 ] Theo nguyên tắc tương tự khối lượng-năng lượng, trong khoanh vùng phạm vi cỡ thiên hà, tỷ lệ của nguồn năng lượng tối ( ~ 7 × 10 − 30 g / cm³ ) nhỏ hơn rất nhiều so với tỷ lệ của vật chất thường thì hay của nguồn năng lượng tối chứa trong thể tích của một thiên hà nổi bật. Tuy nhiên, trong thời kỳ nguồn năng lượng tối thống trị lúc bấy giờ, nó ép chế thành phần khối lượng-năng lượng của Vũ trụ chính bới sự phân bổ đồng đều của nó ở khắp nơi trong khoảng trống. [ 95 ] [ 96 ]

Các nhà khoa học đã đề xuất hai dạng mà năng lượng tối có thể gán cho đó là hằng số vũ trụ học, một mật độ năng lượng không đổi choán đầy không gian vũ trụ,[97] và các trường vô hướng như nguyên tố thứ năm (quintessence) hoặc trường moduli, các đại lượng động lực mà mật độ năng lượng có thể thay đổi theo không gian và thời gian. Các đóng góp từ những trường vô hướng mà không đổi trong không gian cũng thường được bao gồm trong hằng số vũ trụ học. Ngoài ra, biến đổi nhỏ ở giá trị trường vô hướng bởi sự phân bố bất đồng nhất theo không gian khiến cho rất khó có thể phân biệt những trường này với mô hình hằng số vũ trụ. Vật lý lượng tử cũng gợi ý hằng số này có thể có nguồn gốc từ năng lượng chân không (ví dụ sự xuất hiện của hiệu ứng Casimir). Tuy vậy giá trị đo được của mật độ năng lượng tối lại nhỏ hơn 120 lần bậc độ lớn so với giá trị tính toán của lý thuyết trường lượng tử.

Vật chất tối[sửa|sửa mã nguồn]

Vật chất tối là loại vật chất giả thiết không hề quan sát được trong phổ điện từ, nhưng theo thống kê giám sát nó phải chiếm hầu hết vật chất trong Vũ trụ. Sự sống sót và đặc thù của vật chất tối được suy luận từ ảnh hưởng tác động mê hoặc của nó lên vật chất baryon, bức xạ và những cấu trúc lớn trong Vũ trụ. Ngoài neutrino, một loại được những nhà thiên văn vật lý xếp vào dạng vật chất tối nóng – hoàn toàn có thể phát hiện trải qua những máy dò đặt dưới lòng đất, thì cho tới nay chưa thể phát hiện tác động ảnh hưởng trực tiếp của vật chất tối lên những thiết bị thí nghiệm, khiến cho nó trở thành một trong những huyền bí lớn nhất của ngành thiên văn vật lý tân tiến. Vật chất tối không phát ra hay hấp thụ ánh sáng hay bất kể bức xạ điện từ nào ở mức đáng kể. Theo tác dụng quan trắc từ bức xạ nền vi sóng vũ trụ, vật chất tối chiếm khoảng chừng 26,8 % tổng thành phần năng lượng-vật chất và 84,5 % tổng thành phần vật chất trong Vũ trụ quan sát được. [ 80 ] [ 98 ]

Vật chất thường[sửa|sửa mã nguồn]

Ảnh chụp của Hubble về cụm sao trẻ Westerlund 2 và môi trường tự nhiên xung quanh nó .Thành phần khối lượng-năng lượng chiếm 4,9 % còn lại của Vũ trụ là ” vật chất thường thì “, tức là gồm có những loại nguyên tử, ion, electron và những vật thể mà chúng cấu thành lên. Chúng gồm có những sao, loại thiên thể tạo ra hầu hết ánh sáng phát ra từ những thiên hà, cũng như khí và bụi trong môi trường tự nhiên liên sao ( vd. những tinh vân ) và liên thiên hà, những hành tinh, và mọi vật thể xuất hiện trong đời sống hàng ngày mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể cầm nắm, sản xuất, nghiên cứu và điều tra và phát hiện ra. [ 99 ] Vật chất thường thì sống sót trong bốn trạng thái ( hay pha ) : thể rắn, lỏng, khí, và plasma. Tuy nhiên, những văn minh trong kỹ thuật thực nghiệm đã được cho phép hiện thực hóa được những trạng thái mới của vật chất mà trước đó chỉ được tiên toán sống sót trên triết lý, đó là ngưng tụ Bose – Einstein và ngưng tụ fermion .

Vật chất bình thường cấu thành từ hai loại hạt cơ bản: quark và lepton.[100] Ví dụ, hạt proton hình thành từ hai hạt quark lên và một hạt quark xuống; hạt neutron hình thành từ hai hạt quark xuống và một hạt quark lên; và electron là một loại thuộc họ lepton. Một nguyên tử chứa một hạt nhân nguyên tử, mà do các proton và neutron liên kết với nhau, và các electron trên obitan nguyên tử. Bởi vì phần lớn khối lượng của nguyên tử tập trung tại hạt nhân của nó, mà cấu thành từ các hạt baryon, các nhà thiên văn học thường sử dụng thuật ngữ vật chất baryon để miêu tả vật chất thông thường, mặc dù một phần nhỏ của loại “vật chất baryon” này là các electron và neutrino.

Ngay sau vụ nổ Big Bang, những proton và neutron nguyên thủy hình thành từ dạng plasma quark – gluon của quy trình tiến độ sơ khai khi Vũ trụ ” nguội ” đi dưới hai nghìn tỷ độ. Một vài phút sau, trong quy trình tổng hợp hạt nhân Big Bang, những hạt nhân hình thành nhờ sự tích hợp của những hạt proton và neutron nguyên thủy. Quá trình tổng hợp này tạo ra những nguyên tố nhẹ như lithi và beryllium, trong khi những nguyên tố nặng hơn chúng lại được sản sinh từ quy trình khác. Một số nguyên tử boron hoàn toàn có thể hình thành vào quy trình tiến độ này, nhưng so với nguyên tố nặng hơn sau đó, carbon, đã không hình thành ra một lượng đáng kể. Tổng hợp hạt nhân Vụ Nổ Lớn kết thúc sau khoảng chừng 20 phút do sự giảm nhanh gọn của nhiệt độ và tỷ lệ bởi sự co và giãn của Vũ trụ. Sự hình thành những nguyên tố nặng hơn là do hiệu quả của những quy trình tổng hợp hạt nhân sao và tổng hợp hạt nhân siêu tân tinh. [ 101 ]

Hạt sơ cấp[sửa|sửa mã nguồn]

e) và electron (e), neutrino muon (νμ) và muon (μ), neutrino tau (ντ) và tau (τ), và các boson mang lực hạt nhân yếu Z0 và W±. Khối lượng, điện tích, và spin được viết ra cho mỗi loại hạt.Mô hình chuẩn của những hạt sơ cấp : 12 fermion cơ bản và 4 boson cơ bản. Các boson chuẩn ( màu đỏ ) bắt cặp với những fermion ( màu tím và xanh ), phóng to hình vẽ để thấy. Các cột là ba thế hệ vật chất ( những fermion ) và những hạt trường của tương tác ( boson ). Trong ba cột tiên phong, hai hàng trên là những hạt quarks và hai hàng dưới là những lepton. Hai hàng trên lần lượt là quark lên ( u ) và quark xuống ( d ), quark duyên ( c ) và quark lạ ( s ), quark đỉnh ( t ) và quark đáy ( b ), và photon ( γ ) và gluon ( g ), ngoài cùng là boson Higgs. Hai hàng dưới chứa lần lượt neutrino electron ( ν ) và electron ( e ), neutrino muon ( ν ) và muon ( μ ), neutrino tau ( ν ) và tau ( τ ), và những boson mang lực hạt nhân yếu Zvà W. Khối lượng, điện tích, và spin được viết ra cho mỗi loại hạt .Vật chất thường thì và những lực công dụng lên vật chất được miêu tả theo đặc thù và hoạt động giải trí của những hạt sơ cấp. [ 102 ] Các hạt này đôi lúc được miêu tả là cơ bản, chính do có vẻ như chúng không có cấu trúc bên trong, và người ta chưa biết liệu chúng có phải là hạt tổng hợp của những hạt nhỏ hơn hay không. [ 103 ] [ 104 ] Lý thuyết quan trọng TT miêu tả những hạt sơ cấp là Mô hình Chuẩn, kim chỉ nan đề cập đến những tương tác điện từ, tương tác yếu và tương tác mạnh. [ 105 ] Mô hình Chuẩn đã được kiểm chứng và xác nhận bằng thực nghiệm tương quan tới sự sống sót của những hạt cấu thành lên vật chất : những hạt quark và lepton, và những ” phản hạt ” đối ngẫu với chúng, cũng như những hạt chịu nghĩa vụ và trách nhiệm truyền tương tác : photon, và boson W và Z, và gluon. [ 103 ] Mô hình Chuẩn cũng tiên đoán sự sống sót của loại hạt gần đây mới được xác nhận sống sót đó là boson Higgs, loại hạt đặc trưng cho một trường trong Vũ trụ mà chịu nghĩa vụ và trách nhiệm cho khối lượng của những hạt sơ cấp. [ 106 ] [ 107 ] Bởi vì nó đã thành công xuất sắc trong lý giải rất nhiều hiệu quả thí nghiệm, Mô hình Chuẩn đôi lúc được coi là ” kim chỉ nan của mọi thứ “. [ 105 ] Tuy nhiên, Mô hình Chuẩn không miêu tả lực mê hoặc. Một kim chỉ nan thực thụ ” cho toàn bộ ” vẫn còn là tiềm năng xa của ngành vật lý triết lý. [ 108 ]
Bài cụ thể : HadronHadron là những hạt tổng hợp chứa những quark link với nhau bởi lực hạt nhân mạnh. Hadron được phân thành hai họ : baryon ( như proton và neutron ) được cấu thành từ ba hạt quark, và meson ( như hạt pion ) được cấu thành từ một quark và một phản quark. Trong những hadron, proton là loại hạt không thay đổi với thời hạn sống rất lâu, và neutron khi link trong hạt nhân nguyên tử cũng là loại không thay đổi. Các hadron khác rất không bền dưới những điều kiện kèm theo thông thường và do vậy chúng là những thành phần không đáng kể trong Vũ trụ. Từ giao động 10 − 6 giây sau vụ nổ Big Bang, trong quá trình gọi là kỷ nguyên hadron, nhiệt độ của Vũ trụ đã giảm đáng kể được cho phép những hạt quark link với những gluon để tạo thành hadron, và khối lượng của Vũ trụ quy trình tiến độ này đa phần góp phần từ những hadron. Nhiệt độ lúc đầu đủ cao để cho phép hình thành những cặp hadron / phản-hadron, mà giữ cho vật chất và phản vật chất trong trạng thái cân đối nhiệt động. Tuy nhiên, khi nhiệt độ Vũ trụ liên tục giảm, những cặp hadron / phản-hadron không còn sống sót nữa. Đa số những hadron và phản-hadron hủy lẫn nhau trong phản ứng hủy cặp hạt-phản hạt, chỉ để lại một lượng nhỏ hadron tại lúc Vũ trụ mới trải qua quãng thời hạn một giây. [ 109 ] : 244 – 266
Bài cụ thể : Lepton

Lepton là loại hạt sơ cấp có spin bán nguyên không tham gia vào tương tác mạnh nhưng nó tuân theo nguyên lý loại trừ Pauli; không có hai lepton cùng một thế hệ nào có thể ở cùng một trạng thái tại cùng một thời gian.[110] Có hai lớp lepton: các lepton mang điện tích (còn được biết đến lepton giống electron), và các lepton trung hòa (hay các hạt neutrino). Electron là hạt ổn định và là lepton mang điện phổ biến nhất trong Vũ trụ, trong khi muon và tau là những hạt không bền mà nhanh chóng phân rã sau khi được tạo ra từ các va chạm năng lượng cao, như ở phản ứng tia vũ trụ bắn phá bầu khí quyển hoặc thực hiện trong các máy gia tốc.[111][112]
Các lepton mang điện có thể kết hợp với các hạt khác để tạo thành nhiều loại hạt tổ hợp khác nhau như các nguyên tử và positronium. Electron chi phối gần như mọi tính chất hóa học của các nguyên tố và hợp chất do chúng tạo nên các obitan nguyên tử. Neutrino tương tác rất hiếm với các hạt khác, và do vậy rất khó theo dõi được chúng. Các dòng hạt chứa hàng tỷ tỷ neutrino bay khắp Vũ trụ nhưng hầu hất đều không tương tác với vật chất thông thường.[113]

Có một tiến trình ngắn trong quy trình tiến hóa lúc sơ khai của Vũ trụ mà những hạt lepton sở hữu khối lượng hầu hết. Nó mở màn gần 1 giây sau Vụ Nổ Lớn, sau khi phần nhiều những hadron và phản hadron hủy lẫn nhau khi kết thúc kỷ nguyên hadron. Trong kỷ nguyên lepton, nhiệt độ của Vũ trụ vẫn còn đủ cao để duy trì những phản ứng sinh cặp lepton / phản-lepton, do đó lúc này những lepton và phản-lepton ở trong trạng thái cân đối nhiệt động. Đến xê dịch 10 giây kể từ Vụ Nổ Lớn, nhiệt độ của Vũ trụ giảm xuống dưới điểm mà cặp lepton và phản-lepton không hề tạo ra được nữa. [ 114 ] Gần như hàng loạt lepton và phản-lepton sau đó hủy lẫn nhau, chỉ còn lại dư một chút ít lepton. Khối lượng-năng lượng của Vũ trụ khi đó đa phần do những photon góp phần và Vũ trụ tiến tới quy trình tiến độ kỷ nguyên photon. [ 115 ] [ 116 ]
Photon là hạt lượng tử của ánh sáng và tổng thể những bức xạ điện từ khác. Nó cũng là hạt truyền tương tác của lực điện từ, thậm chí còn so với trường hợp tương tác trải qua những photon ảo. Hiệu ứng của lực điện từ hoàn toàn có thể thuận tiện quan sát trên cấp vi mô và vĩ mô chính do photon có khối lượng nghỉ bằng 0 ; điều này được cho phép tương tác có khoanh vùng phạm vi công dụng trên khoảng cách lớn. Giống như toàn bộ những hạt sơ cấp khác, photon được lý giải bằng cơ học lượng tử và nó biểu lộ lưỡng tính sóng hạt, những đặc thù có của sóng lẫn của hạt .Kỷ nguyên photon khởi đầu sau khi phần lớn những lepton và phản-lepton hủy lẫn nhau tại cuối kỷ nguyên lepton, khoảng chừng 10 giây sau Big Bang. Hạt nhân nguyên tử được tạo ra trong quy trình tổng hợp hạt nhân Open trong thời hạn một vài phút của kỷ nguyên photon. Vũ trụ trong kỷ nguyên này gồm có trạng thái vật chất plasma nóng đặc của những hạt nhân, electron và photon. Khoảng 380.000 năm sau Big Bang, nhiệt độ của Vũ trụ giảm xuống tới giá trị được cho phép những electron hoàn toàn có thể phối hợp với hạt nhân nguyên tử để tạo ra những nguyên tử trung hòa. Kết quả là, photon không còn liên tục tương tác với vật chất nữa và Vũ trụ trở lên ” sáng rõ ” hơn. Các photon có di dời đỏ lớn từ quy trình tiến độ tạo nên bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Những thăng giáng nhỏ trong nhiệt độ và tỷ lệ phát hiện thấy trong CMB chính là những ” mầm mống ” sơ khai mà từ đó những cấu trúc trong Vũ trụ hình thành lên. [ 109 ] : 244 – 266

Các quy mô vũ trụ học[sửa|sửa mã nguồn]

Mô hình dựa trên thuyết tương đối tổng quát[sửa|sửa mã nguồn]

Thuyết tương đối rộng là kim chỉ nan hình học về lực mê hoặc do Albert Einstein đưa ra vào năm 1915 và là miêu tả hiện tại của mê hoặc trong vật lý tân tiến. Nó là cơ sở cho những quy mô vật lý của Vũ trụ. Thuyết tương đối tổng quát lan rộng ra khoanh vùng phạm vi của thuyết tương đối hẹp và định luật vạn vật mê hoặc của Newton, đưa đến cách miêu tả thống nhất về mê hoặc như thể đặc thù hình học của khoảng trống và thời hạn, hay không thời hạn. Đặc biệt, độ cong của không thời hạn có liên hệ trực tiếp với nguồn năng lượng và động lượng của vật chất và bức xạ xuất hiện trong một thể tích cho trước. Liên hệ này được xác lập bằng phương trình trường Einstein, một hệ phương trình vi phân riêng phần. Trong thuyết tương đối rộng, sự phân bổ của vật chất và nguồn năng lượng xác lập ra hình học của không thời hạn, từ đó miêu tả hoạt động có tần suất của vật chất. Do vậy, một trong những nghiệm của phương trình trường Einstein miêu tả sự tiến triển của Vũ trụ. Kết hợp với những giá trị đo về số lượng, loại và sự phân bổ của vật chất trong Vũ trụ, những phương trình của thuyết tương đối tổng quát miêu tả sự hoạt động của Vũ trụ theo thời hạn. [ 117 ]Với giả sử của nguyên tắc vũ trụ học về Vũ trụ có đặc thù như nhau và đẳng hướng ở khắp nơi, có một nghiệm đơn cử đúng mực của phương trình trường miêu tả Vũ trụ đó là tenxơ mêtric gọi là mêtric Friedmann – Lemaître – Robertson – Walker ,

d s 2 = − c 2 d t 2 + R ( t ) 2 ( d r 2 1 − k r 2 + r 2 d θ 2 + r 2 sin 2 ⁡ θ d ϕ 2 ) { \ displaystyle ds ^ { 2 } = – c ^ { 2 } dt ^ { 2 } + R ( t ) ^ { 2 } \ left ( { \ frac { dr ^ { 2 } } { 1 – kr ^ { 2 } } } + r ^ { 2 } d \ theta ^ { 2 } + r ^ { 2 } \ sin ^ { 2 } \ theta \, d \ phi ^ { 2 } \ right ) }

trong đó (r, θ, φ) là các tọa độ tương ứng trong hệ tọa độ cầu. Mêtric này chỉ có hai tham số chưa xác định. Đó là tham số không thứ nguyên tỷ lệ dịch chuyển độ dài (dimensionless length scale factor) R miêu tả kích thước của Vũ trụ như là một hàm số của thời gian; giá trị R tăng biểu thị cho sự giãn nở của Vũ trụ.[118] Chỉ số độ cong k miêu tả hình học của Vũ trụ. Chỉ số k được định nghĩa bằng 0 tương ứng cho hình học Euclid phẳng, bằng 1 tương ứng với không gian có độ cong toàn phần dương, hoặc bằng −1 tương ứng với không gian có độ cong âm.[119] Giá trị của hàm số R theo biến thời gian t phụ thuộc vào chỉ số k và hằng số vũ trụ học Λ.[117] Hằng số vũ trụ học biểu diễn cho mật độ năng lượng của chân không trong Vũ trụ và có khả năng liên hệ tới năng lượng tối.[81] Phương trình miêu tả R biến đổi như thế nào theo thời gian được gọi là phương trình Friedmann mang tên nhà vật lý Alexander Friedmann.[120]

Kết quả thu được cho R(t) phụ thuộc vào k và Λ, nhưng nó có một số đặc trưng tổng quát. Đầu tiên và quan trọng nhất, tỷ lệ dịch chuyển độ dài R của Vũ trụ sẽ không đổi chỉ khi nếu Vũ trụ là đẳng hướng hoàn hảo với độ cong toàn phần dương (k=1) và có một giá trị chính xác về mật độ ở khắp nơi, như được lần đầu tiên chỉ ra bởi Albert Einstein.[117] Tuy vậy, trạng thái cân bằng này là không ổn định: bởi vì các quan sát cho thấy Vũ trụ có vật chất phân bố bất đồng nhất trên phạm vi nhỏ, R phải thay đổi theo thời gian. Khi R thay đổi, mọi khoảng cách không gian trong Vũ trụ cũng thay đổi tương ứng; dẫn tới có một sự giãn nở hoặc co lại trên tổng thể của không gian Vũ trụ. Hiệu ứng này giải thích cho việc quan sát thấy các thiên hà dường như đang lùi ra xa so với nhau; bởi vì không gian giữa chúng đang giãn ra. Sự giãn nở của không gian cũng giải thích lý do vì sao hai thiên hà có thể nằm cách nhau 40 tỷ năm ánh sáng, mặc dù chúng có thể hình thành ở một thời điểm nào đó cách đây gần 13,8 tỷ năm[121] và không bao giờ chuyển động đạt tới tốc độ ánh sáng.

Thứ hai, trong các nghiệm có một đặc tính đó là tồn tại kỳ dị hấp dẫn trong quá khứ, khi R tiến tới 0 và năng lượng và vật chất có mật độ lớn vô hạn. Dường như đặc điểm này là bất định bởi vì điều kiện biên ban đầu để giải phương trình vi phân riêng phần dựa trên giả sử về tính đồng nhất và đẳng hướng (nguyên lý vũ trụ học) và chỉ xét tới tương tác hấp dẫn. Tuy nhiên, định lý kỳ dị Penrose–Hawking chứng minh rằng đặc điểm kỳ dị này xuất hiện trong những điều kiện rất tổng quát. Do vậy, theo phương trình trường Einstein, R lớn lên nhanh chóng từ một trạng thái nóng đặc cực độ, xuất hiện ngay lập tức sau kỳ dị hấp dẫn (tức khi R có giá trị nhỏ hữu hạn); đây là tính chất cơ bản của mô hình Vụ Nổ Lớn của Vũ trụ. Để hiểu bản chất kỳ dị hấp dẫn của Big Bang đòi hỏi một lý thuyết lượng tử về hấp dẫn, mà vẫn chưa có lý thuyết nào thành công hay được xác nhận bằng thực nghiệm.[122]

Thứ ba, chỉ số độ cong k xác định dấu của độ cong không gian trung bình của không-thời gian[119] trên những khoảng cách lớn (lớn hơn khoảng 1 tỷ năm ánh sáng). Nếu k=1, độ cong là dương và Vũ trụ có thể tích hữu hạn.[123] Những vũ trụ như thế được hình dung là một mặt cầu 3 chiều nhúng trong một không gian bốn chiều. Ngược lại, nếu k bằng 0 hoặc âm, Vũ trụ có thể tích vô hạn.[123] Có một cảm nhận phản trực giác đó là dường như một vũ trụ lớn vô hạn được tạo ra tức thì từ thời điểm Vụ Nổ Lớn khi R=0 và mật độ vô hạn, nhưng điều này đã được tiên đoán chính xác bằng toán học khi k không bằng 1. Có thể hình dung một cách tương tự, một mặt phẳng rộng vô hạn có độ cong bằng 0 và diện tích lớn vô hạn, trong khi một hình trụ dài vô hạn có kích thước hữu hạn theo một hướng và một hình xuyến có cả hai đều là hữu hạn. Vũ trụ với mô hình dạng hình xuyến có tính chất giống với Vũ trụ thông thường với điều kiện biên tuần hoàn (periodic boundary conditions).

Số phận sau cùng của vũ trụ vẫn còn là một câu hỏi mở, bởi vì nó phụ thuộc chủ yếu vào chỉ số độ cong k và hằng số vũ trụ Λ. Nếu mật độ Vũ trụ là đủ đậm đặc, k sẽ có thể bằng +1, có nghĩa rằng độ cong trung bình của nó đa phần là dương và Vũ trụ cuối cùng sẽ tái suy sụp trong Vụ Co Lớn,[124] và có thể bắt đầu một vũ trụ mới từ Vụ Nẩy Lớn (Big Bounce). Ngược lại, nếu Vũ trụ không đủ đậm đặc, k sẽ bằng 0 hoặc −1 và Vũ trụ sẽ giãn nở mãi mãi, lạnh dần đi và cuối cùng đạt tới Vụ đóng băng lớn và cái chết nhiệt của vũ trụ.[117] Các số liệu hiện tại cho thấy tốc độ giãn nở của Vũ trụ không giảm dần, mà ngược lại tăng dần; nếu quá trình này kéo dài mãi, Vũ trụ cuối cùng sẽ đạt tới Vụ Xé Lớn (Big Rip). Trên phương diện quan trắc, Vũ trụ dường như có dạng hình học phẳng (k = 0), và mật độ trung bình của nó rất gần với giá trị tới hạn giữa khả năng tái suy sụp và giãn nở mãi mãi.[125]

Các thiên hà qua quy mô 3 chiều của ảnh chụp Hubble Ultra Deep Field

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://vh2.com.vn
Category: Trái Đất