PHÚT ĐẦU TIÊN CỦA VŨ TRỤ
Giáo sư Trịnh Xuân Thuận sinh 1948 tại Hà Nội, học giỏi toán, lý, văn, triết học. Ông đỗ tú tài suất sắc năm 1966 và được cấp học bổng của cả 3 trường Đại học lớn nhất thế giới. Ông chọn học tại Viện công nghệ California (Caltech) nghiên cứu đề tài cơ bản nhất của khoa học là Vật lý hạt cơ bản. Ông quan tâm cả 3 lĩnh vực khoa học tiên phong là Vật lý thiên văn, vật lý hạt cơ bản và sinh học. Ông là một nhà khoa học tài năng có khả năng diễn đạt được lịch sử hình thành vũ trụ 15 tỷ năm, với những con số to lớn đến choáng ngợp rất khó hình dung, nhưng ông đã chuyển tải được cho công chúng hiểu. Các cơ quan thông tấn phỏng vấn ông nhiều vấn đề về vũ trụ đăng tải trên rất nhiều các tạp chí khoa học hàng đầu. Sau đây là lược trích bài viết của một nhà khoa học thông thái về giờ phút đầu tiên của vụ nổ Bigbang hình thành vũ trụ.
Tại 10-43 giây: Lúc này chỉ có chân không lượng tử ngự trị, một chân không bên ngoài tĩnh lặng mà ẩn chứa sống động sôi sục năng lượng gồm các hạt và phản hạt xuất hiện và biến mất. Một lực nén toàn bộ năng lượng tập trung vào 1 điểm nhỏ 10-33cm, nhiệt độ 1032 độ nóng hơn tất cả nơi nóng nhất.
Tại 10-35 giây: Một năng lượng khổng lồ được giải phóng từ chân không và truyền cho vũ trụ sự giãn nở cực nhanh, vũ trụ có kích thước bằng quả táo, nhiệt độ hạ còn 1027 độ.
Tại 10-32 giây: Sự giải phóng năng lượng từ chân không. Vũ trụ choán đầy ánh sáng. May thay có sự chênh lệch cứ 1 tỷ hạt quark – phản hạt lại có thêm một hạt quark đã cho phép sự ra đời vật chất ở giai đoạn tiếp theo.
Tại 10-6 giây: Vũ trụ tiếp tục giãn nở bằng thể tích hệ mặt trời, nhiệt độ hạ xuống còn 10.000 tỷ độ, các hạt chuyển động chậm lại để có lực liên kết hạt nhân cứ 3 hạt quark tạo thành proton, nơtron.
Tại 100 giây: Nhiệt độ chỉ còn 1 tỷ độ, các proton được gắn kết bằng lực hạt nhân mạnh tạo thành hạt nhân nguyên tử đơteri. Cứ 14 proton thì có 2 proton gắn kết với 2 nơtron tạo thành hạt nhân Hêli. Còn 12 proton gắn kết thành hạt nhân Hyđrô. Vũ trụ có 2 nguyên tố đầu tiên là Hêli, Hyđrô. Khoảng ¼ vũ trụ là Heli, còn ¾ là Hyđrô,
Tại 3 phút: Sự giãn nở vũ trụ loãng đến mức các hạt khó có điều kiện gặp nhau. Các phản ứng hạt nhân đã dừng lại ở đây, vũ trụ chỉ có triền miên các đám mây khí Hêli, Hyđrô.
Vũ trụ không an bài ở đây, nó phát minh ra các ngôi sao để các phản ứng hạt nhân được tiếp tục.
Tại 3 tỷ năm: Các đám mây khí Hêli, Hyđrô có khối lượng lớn gấp hàng trăm tỷ lần mặt trời. Dưới tác dụng của lực hấp dẫn các đám mây này tự co lại thành hàng tỷ đám mây nhỏ hình cầu. Mật độ và nhiệt độ trong lòng tăng dần tới hàng chục triệu độ, các phản ứng hạt nhân bắt đầu diễn ra làm các quả cầu khí phát sáng, ra đời các ngôi sao đầu tiên. Sau 7 triệu năm lượng Hyđrô cạn kiệt, lực hấp dẫn làm ngôi sao co lại, nhiệt độ tăng dần tới hàng trăm triệu độ. Và điều thần kỳ đã xảy ra: Cứ 3 hạt nhân Heli liên kết lại để tạo thành hạt nhân Các bon. Quá trình hình thành Cácbon kéo dài trong 500.000 năm thì bức xạ yếu đi, lực hấp dẫn làm ngôi sao co lại. Nhiệt độ lại tăng và sự phân rã hạt nhân Cácbon tạo ra các liên kết hạt nhân mới, ra đời hơn 20 nguyên tố: nêon, ôxy, silic, phot pho, lưu huỳnh.
Cho đến khi Fe ra đời. Sự đốt cháy Fe phải trả giá bằng năng lượng cạn kiệt dần, các phản ứng hạt nhân dừng lại. Khi các phản ứng hạt nhân dừng lại, lõi các ngôi sao co lại rất mạnh, tạo ra sóng xung kích làm nổ tung các ngôi sao. Những mảnh vỡ được phóng vào không gian với vận tốc hàng ngàn km/giây, tạo ra các siêu sao mới. Chính trong lòng các siêu sao mới mà Tạo hoá tiếp tục các lò luyện hạt nhân. Và bảng 92 nguyên tố có trong tự nhiên đã hoàn tất.
Tại 10,4 tỷ năm: Bức thảm vũ trụ gồm 100 tỷ thiên hà. Mỗi thiên hà có 100 tỷ ngôi sao. Một thiên hà thuộc số đó có tên là giải Ngân hà, ở khoảng cách gần 2/3 từ mép của nó, có một đám mây khí, dưới tác động của lực hấp dẫn đám mây khí co đặc dần để cho ra đời một tinh tú có bầu đoàn gồm 9 hành tinh. Đó chính là hệ mặt trời. Và một trong số 9 hành tinh đó là trái đất của chúng ta.
Sau 15 tỷ năm vũ trụ đã đạt tới độ lớn rộng trong không gian và thời gian để chuẩn bị cho ý thức xuất hiện. Trên một hành tinh màu xanh xinh đẹp nhất vũ trụ, sự sống và ý thức xuất hiện, không ngừng tiến hóa tới đỉnh cao là con người.
Chúng ta đều là con đẻ của các vì sao.
Nhà khoa học cũng như đa số mọi người đều không thích thay đổi những thói quen của mình. Nhưng thường xuyên xảy ra chuyện một lý thuyết phải xem lại vì một phát minh mới. Đó là điều may mắn vì có như vậy khoa học mới phát triển được. Sự tác động qua lại giữa lý thuyết và quan sát trực tiếp là một động lực phát triển, khoa học dựa nhiều nhất vào sự quan sát. Quan sát gợi ý một lý thuyết. Lý thuyết được củng cố nhờ quan sát mới khẳng định được tính đúng đắn của nó. Thiên văn học đáp ứng một nhu cầu sâu xa của con người, đó là nhu cầu hiểu biết về nguồn gốc của mình. Nó giúp chúng ta đánh giá được vị trí của mình trong không gian và thời gian, thấy được vị thế của mình trong lịch sử tiến hoá lâu dài của vũ trụ và giúp chúng ta hiểu được mối liên hệ của chúng ta với vũ trụ. Tôi cho rằng một trong những nhiệm vụ thiêng liêng của nhà khoa học là thông tin cho công chúng biết những phát minh của mình. Công chúng có nhu cầu rất lớn về thông tin. Giám đốc văn học của tủ sách “Thời đại các khoa học”của nhà xuất bản Fayard (Pháp) đã liên lạc với tôi và đề nghị tôi viết cuốn sách điểm lại các lý thuyết về vũ trụ. Tôi viết bằng tiếng Pháp. Sau khi cuốn “Giai điệu bí ẩn” ra đời, tôi rất cảm động nhận được rất nhiều thư từ của độc giả đánh giá cao sự nỗ lực phổ biến khoa học của tôi.
Thiên văn học hiện đại đã phát hiện rằng: Con người và vũ trụ cộng sinh chặt chẽ với nhau. Sự tồn tại của con người đã được ghi sẵn trong tính chất từng nguyên tử, từng định luật vật lý chi phối vũ trụ “vũ trụ có rất chính xác những tính chất đòi hỏi để sinh ra con người có ý thức và trí tuệ ”. Vũ trụ học hiện đại đã phát hiện lại mối quan hệ khăng khít vốn đã tồn tại giữa con người và vũ trụ. Chúng ta đều là con đẻ của các vì sao. Con người cảm thấy gắn kết với vũ trụ vì biết rằng chính vũ trụ đã sinh ra mình. Không có các ngôi sao cũng không có sự sống. Những nguyên tử tạo nên chúng ta, hay con thú hoang dã, bông hoa đồng nội, tất cả đều được sản xuất bởi lò lửa hạt nhân tuyệt vời trong lòng rực cháy của các ngôi sao trong khoảng mênh mông của dải ngân hà. Tất cả sự sống đều là anh em cùng sinh ra từ các ngôi sao.
Đó là bài học thiên văn đầu tiên.
Bài học thứ hai là tính mong manh của hành tinh xanh của chúng ta. Năm 1960, tàu con tàu vũ trụ Applo đã nhìn thấy nó đang nổi trôi trong khoảng không gian màu đen của khí quyển trái đất. Nếu chúng ta tiếp tục thải khí ô nhiễm môi trường thì hiệu ứng nhà kính sẽ gây cho chúng ta rất nhiều tai hoạ.
Thứ ba là bí ẩn của vật chất tối vẫn còn nguyên vẹn. Vũ trụ còn 90% đến 98% vật chất tối không nhìn thấy được.
Vũ trụ đã đạt tới độ lớn rộng trong không gian và thời gian dài 15 tỷ năm để chuẩn bị cho ý thức xuất hiện. Đối mặt với phát hiện này, chúng ta có thái độ thế nào? Cách thứ nhất cho rằng chẳng có điều chỉnh nào hết, tất cả chỉ là ngẫu nhiên đã dẫn tới sự sinh sôi sự sống, ngầm chỉ sự vô nghĩa của con người và kéo theo sự tuyệt vọng. Nó hướng tới sự hao mòn và chết chóc. Cách lựa chọn thứ hai là nguyên lý “vị nhân”, theo nó vũ trụ đã điều chỉnh ngay từ ban đầu tiềm tàng khả năng sinh ra sự sống. Việc xuất hiện sự sống nhờ sự sắp đặt các điều kiện cực kỳ chính xác của môi trường và một số hằng số vật lý, có một sự điều chỉnh chính xác theo nguyên lý Đấng sáng tạo. Khoa học không thể quyết định được sự lựa chọn nào.
Quan niệm tuyệt vọng của thế kỷ 19 về con người cô đơn và lạc lõng trong vũ trụ đã thay đổi rất nhiều, bởi có một sự hài hoà sâu xa trong vũ trụ. Tôi không nói về Thượng đế theo nghĩa tôn giáo, tôi không thể hình dung có Thượng đế với bộ râu dài mà theo nghĩa một Nguyên lý sáng tạo, để xắp xếp và điều chỉnh Vũ trụ chúng ta, tạo ra sự thống nhất, hài hoà cho cả vũ trụ mênh mông có bán kính 15 tỷ năm ánh sáng. Khoa học sẽ không bao giờ chứng minh được sự tồn tại của Thượng Đế hay không. Tôi không tin rằng các nhà khoa học có thể chứng minh sự tồn tại Thượng đế bằng một phương trình hay phát hiện ra ngài ở đầu ngắm kính thiên văn. “Cái căn bản thì mắt không nhìn thấy được. Người ta chỉ có thể thấy nó bằng trái tim”. Tôi quan niệm Nguyên lý sáng tạo mang tính trực giác. Ngày nay nhiều nhà khoa học đã thừa nhận sự tồn tại của Nguyên lý sáng tạo và không thấy có sự mâu thuẫn nào.
Tôi thường tới các đài thiên văn để thu thập ánh sáng từ vũ trụ. Để thu thập được ánh sáng quý giá này, mắt của chúng ta chưa đủ, nếu chúng ta chỉ giam mình trong vùng ánh sáng mắt nhìn thấy được thì điều này chẳng khác gì ta chỉ biết 1 món ăn trong cả đời, do đó con người đã tạo ra những con mắt ngày càng to hơn: Đó là các kính thiên văn, nhà thiên văn có thể nhìn được độ sáng yếu hơn 40 triệu lần con mắt ta nhìn thấy, do vậy mà nhìn được xa về quá khứ, cả không gian và thời gian, vì ánh sáng phải đi một thời gian mới tới chúng ta. Ví dụ ánh sáng từ mặt trăng tới ta hết hơn 1 giây, từ mặt trời đến ta là 8 phút, từ thiên hà Andromede gần chúng ta nhất, đi mất 2 triệu năm. Do vậy nhà thiên văn có thể lần ngược dòng thời gian đến tận thời kỳ 2 – 3 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang. Nghiên cứu cái vô cùng lớn khiến cho chúng ta chóng mặt, nó làm cho trực giác và lẽ phải thông thường của chúng ta phải choáng ngợp. Ngay cả một nhà thiên văn như tôi suốt ngày vật lộn với những con số mà cũng còn khó cảm nhận trực giác, nhưng điều đó không hề cản trở việc tiếp nhận bằng trí tuệ. Tương lai 4,5 tỷ năm nữa mặt trời sẽ hết nhiên liệu Hyđro của nó. Hậu thế xa xôi của chúng ta do mất nguồn năng lượng chỉ còn cách đi tìm hành tinh khác, cuộc du hành như thế mất hàng trăm năm, kéo dài nhiều đời người mới đi đến được ngôi sao gần nhất. Đó là chưa kể tới chuyện đi thám hiểm tìm kiếm môi trường sống ở vùng biên của dải Ngân hà, cách chúng ta 90.000 năm ánh sáng, bằng 10 triệu đời người liên tiếp. Chúng ta không có quyền tự sát, làm ô nhiễm hay phá hoại hành tinh xanh của chúng ta, cũng như không thể sáng tạo ra những điều vô nghĩa, dù là khoa học hay triết học.
Tôi cũng cảm thấy một tình cảm sâu xa về vẻ đẹp của vũ trụ, đã tạo ra sự sống và ý thức với độ chính xác kỳ diệu của các hằng số vật lý và môi trường. Chỉ cần thay đổi một sai số một phần tỷ thì cũng không có sự sống ngày hôm nay. Độ chính xác tuyệt đối để hình thành sự sống, tương đương với việc bắn trúng tấm bia 1 cm2 đặt cách xa 15 tỷ năm ánh sáng. Độ chính xác cao đến mức khó tưởng tượng đó phải chăng là do ngẫu nhiên? Tôi nghĩ rằng phải có một nguyên lý sáng tạo siêu việt, tạo ra trên cả sự sống là sự hiện hữu của sinh vật có ý thức là con người. Toàn bộ vẻ đẹp ấy, sự hài hoà ấy của vũ trụ để làm gì nếu không có một ý thức nào để đánh giá nó.
Tôi cũng từng suy ngẫm về vị trí và vai trò của chúng ta trong vũ trụ bao la này. Con người có vị thế trung tâm của vũ trụ. Tôi luôn kinh ngạc khi nghĩ rằng 100 tỷ nơron trong não bộ chúng ta đã có thể đạt tới trình độ tổ chức phức tạp để phát hiện ra các định luật vật lý và toán học chi phối vũ trụ và các định luật chúng ta phát hiện tại cái xó xỉnh nhỏ nhoi của trái đất lại có thể giải thích được các hiện tượng diễn ra cách xa hàng tỷ năm sánh sáng.
Kính Hubbler đã cho phép chúng ta có thể nhìn vũ trụ với tất cả độ nét, khi quan sát được các ánh sáng sâu thẳm của vũ trụ sẽ làm thay đổi quan niệm của chúng ta về thế giới. Các thiên thể phát ra tất cả các ánh sáng, gọi là “phổ điện từ”, ánh sáng được đặc trưng bởi hạt photon và năng lượng của hạt đó. Các hạt có năng lượng cao là tia gamma, tia X, rồi tới tia tử ngoại, may mắn các photon này bị khí quyển chặn lại vì chúng rất độc hại với sự sống – sau đó là những photon của ánh sáng mắt ta nhìn thấy, rồi đến photon hồng ngoại và những photon sóng ngắn và cực ngắn, sóng vô tuyến. Kính thiên văn trong không gian có khả năng thu đựơc tất cả ánh sáng khoa học hiện nay có thể biết tới. Tất nhiên còn có ánh sáng mờ mà kính thiên văn chưa phân giải được. Những kính thiên văn lớn và hiện đại rất tinh xảo và đắt tiền, mất hàng chục triệu đôla mới xây dựng nổi, một số được các nhà tỷ phú tài trợ. Thế giới có tới hàng chục kính thiên văn đường kính lớn hơn 3m. Đường kính gương thiên văn lớn nhất hiện nay đạt tới 10m, xây dựng năm 1991 trên đỉnh núi lửa Mauna Kea đã tắt trên đảo Haoai, giá tiền lên tới hàng trăm triệu Đô la.
Giáo sư Spitzer cũng chính là người khởi đầu nghiên cứu sự tổng hợp hạt nhân nhằm cung cấp cho loài người một nguồn năng lượng vô tận. Nghiên cứu này cực kỳ quan trọng đối với hành tinh chúng ta, bởi vì sự tổng hợp hạt nhân là một nguồn năng lượng sạch, trái lại với sự phân hạch hạt nhân ở nhà máy điện nguyên tử là năng lượng cực kỳ nguy hiểm cho nhân loại khi bị rò rỉ. Sự tổng hợp năng lượng hạt nhân chính là năng lượng làm các ngôi sao toả sáng, tạo ra nguồn năng lượng vô hạn. Nhưng tổng hợp proton không phải là việc dễ dàng. Cần phải đốt nóng nhiên liệu tới hàng chục triệu độ, vật chất sẽ tan rã thành một đám mây mù các proton, notron, electron mà ta gọi là “plama”. Chúng ta hiện chưa tạo được năng lượng một cách có hiệu quả từ sự tổng hợp hạt nhân, vì chưa biết cách nhốt vật chất ở nhiệt độ cực cao trong thời gian dài.
Tôi hoàn toàn không đồng ý khi nói rằng chúng ta gần như đã biết tất cả. Máy móc hữu hạn của chúng ta không bao giờ hiểu hết cái vô hạn của vũ trụ. Cái kích thích nhất đối với tôi đó là tất cả các hiện tượng chưa được phát minh, vũ trụ vẫn còn giữ kín nhiều điều bí mật.
Vấn đề vật chất bí ẩn, được phát hiện từ năm 1933, một bài toán đau đầu các nhà thiên văn học hiện đại, không ngừng ám ảnh họ. Vật chất bí ẩn có mặt khắp mọi nơi, nó thâm nhập vào mọi cấu trúc, tuy nhiên sau hơn 60 năm làm việc cật lực, bản chất vật chất tối vẫn còn là một bí ẩn, là một thách thức ghê gớm đối với trí tuệ con người. “Cái căn bản thì mắt không nhìn thấy được”. Nói một cách ngắn gọn thì bí ẩn của vật chất tối vẫn còn nguyên vẹn. Vũ trụ còn 90% đến 98% vật chất tối không nhìn thấy được. Điều này lại càng gây thất vọng vì vấn đề này liên quan tới tương lai của vũ trụ.
Con người cảm thấy gắn kết với vũ trụ vì biết rằng chính vũ trụ đã sinh ra mình.
(Trích: Trò chuyện với nhà Vật lý thiên văn Giáo sư Trịnh Xuân Thuận. Tia sáng – NXB Trẻ 2005 ).
ĐOÀN THANH HƯƠNG
