Phát hiện chấn động: Thời gian có mối liên hệ với năng lượng tối

Năng lượng bí ẩn nhất vũ trụ: Năng lượng tối

Năng lượng tối bí ẩn. Ảnh minh họa.

Những năm gần đây, các nhà khoa học cố gắng giải thích bản chất của năng lượng tối, một dạng năng lượng bí ẩn nhất của vũ trụ, chiếm phần lớn vũ trụ. Thế nhưng hiểu biết của chúng ta vô cùng hạn hẹp.

Năng lượng tối có khuynh hướng làm tăng tốc độ giãn nở của vũ trụ và thống trị vũ trụ với hơn 74 % trong tổng số toàn bộ các dạng năng lượng vũ trụ.

Không chỉ đi tìm kiếm câu trả lời: Chúng là gì? Các nhà khoa học còn muốn biết chúng đã được tạo ra như thế nào?

Hơn 74 % năng lượng tối trong vũ trụ. Ảnh Internet.

Các nhà vật lý và thiên văn đã đi tìm kiếm bí ẩn sau vụ nổ Big Bang từ những năm 1990, theo đó nếu bạn ném một quả bóng vào không trung, nó sẽ nhanh chóng chậm lại rồi rơi xuống do trọng lực Trái Đất.

Nhưng nếu bạn ném nó với đủ nhanh và mạnh (11 km/s), nó sẽ không chậm lại và rơi xuống mà vẫn tiếp tục di chuyển theo quán tính.

Các nhà khoa học hy vọng tìm được điều gì đó tương tự như vậy sau vụ nổ Big Bang, một sự kiện đặc biệt làm vật chất bị "ném" theo mọi hướng như quả bóng trên vậy.

Bên cạnh một số vật chất bị kéo lại như Trái Đất làm với trái bóng, có một lực vô hình lại tiếp tục di chuyển ra xa, trải rộng khắp vũ trụ, lực này kéo các vật chất ra xa nhau nhanh hơn lực hấp dẫn có thể kéo chúng lại.

Chính lực này đã khiến cho vũ trụ giãn nở và vật chất ngày càng xa nhau hơn, điều này rất khó phát hiện khi quan sát gần, các nhà khoa học phải hướng tầm quan sát vào các vật thể xa nhất có thể để thấy được sự giãn nở xảy ra.

Chính năng lượng này đã làm vũ trụ giãn nở theo mọi hướng và các nhà khoa học gọi nó là "năng lượng tối" bởi vì không ai biết nó như thế nào.

Tuy không thể biết nó như thế nào (như một lực vô hình) nhưng bằng cách gián tiếp chúng ta biết rằng nó tồn tại.

Không chỉ vậy, các nhà khoa học còn tìm mối liên hệ giữa lực vô hình đang kéo toàn bộ vũ trụ ra xa nhau này với thời gian.

Tính một chiều của thời gian

Thời gian như một mũi tên chỉ có một chiều. Ảnh minh họa.

Thời gian chỉ có một chiều duy nhất (cho đến nay được biết đến) đó là từ quá khứ đến hiện tại và tương lai.

Do sự vận động không ngừng của thế giới vật chất từ vi mô đến vĩ mô (và kể cả trong ý thức, nhận thức) mà trạng thái và vị trí (xét theo quan điểm động lực học) của các vật không ngừng thay đổi, biến đổi.

Không có thời điểm "tĩnh", vật chất luôn thay đổi theo thời gian, hay nói cách khác không có thời điểm nào giống thời điểm nào. Mọi thời điểm là duy nhất và không thể quay lại (tính một chiều của thời gian).

Quan điểm triết học này còn được thể hiện trong câu nói nổi tiếng: "Không ai có thể tắm hai lần trên cùng một dòng sông" của triết gia Heraclitus.

Sự liên hệ giữa vật chất và thời gian còn được Albert Einstein mô tả trong lý thuyết tương đối với tên gọi "không - thời gian".

Còn theo nhà vật lý nổi tiếng đương thời Stephen Hawking, thời gian có liên quan đến entropi (trạng thái động lực học) vĩ mô.

Không thời gian của Einstein. Ảnh minh họa.

Hay nói cách khác thời gian là một đại lượng mang tính vĩ mô. Nó luôn luôn gắn với mọi mọi vật, không trừ vật nào.

Thời gian gắn với từng vật là thời gian riêng, và thời gian riêng thì có thể khác nhau tùy thuộc vào bản chất của vật đó và hệ quy chiếu gắn với nó.

Ví dụ với mỗi hệ chuyển động có vận tốc khác nhau thời gian có thể trôi đi khác nhau. Thời gian của vật này có thể ảnh hưởng đến vật khác.

Mối liên hệ giữa vật chất - năng lượng và thời gian

Sau vụ nổ, vật chất và năng lượng bị "ném" ra theo mọi hướng. Ảnh minh họa.

Mối liên hệ năng lượng - vật chất - thời gian khiến nhiều nhà khoa học tin vào một sự liên hệ giữa năng lượng tối và thời gian: Liệu năng lượng tối có phải lý do thời gian di chuyển về phía trước?

Theo đó, chính tính một chiều của thời gian (chỉ di chuyển về phía trước) khiến cho vật chất luôn giữ quán tính một chiều khi di chuyển (khi không thay đổi lực và hướng tác động).

Ví dụ: Một vệ tinh quay quanh một hành tinh theo một chiều chỉ duy trì một hướng nhất định, nếu thời gian có thể quay ngược lại, vị trí (quỹ đạo) của vệ tinh này vẫn không đổi tại thời điểm nhất định. Điều duy nhất thay đổi là hướng quay.

Vũ trụ sơ khai "trật tự" hơn dù mọi thứ vẫn còn hỗn độn. Ảnh minh họa.

Như vậy, việc thời gian chỉ di chuyển theo một chiều từ quá khứ hiện tại và tương lai khiến cho vật chất không thay đổi hướng (khi không bị lực tác dụng). Thực tế, vũ trụ đang giãn nở theo chiều tăng của thời gian.

Mặt khác việc giãn nở này có liên quan trực tiếp tới năng lượng tối, do đó hướng của thời gian và năng lượng tối chắc chắn phải có mối liên hệ tương hỗ nào đó.

Nghiên cứu gián tiếp qua mối liên hệ nhiệt động lực học và năng lượng tối

Mức độ hỗn loạn tăng theo thời gian. Ảnh minh họa.

Theo định luật thứ 2 của nhiệt động lực học, Saibal Mitra, giáo sư vật lí tại Đại học Missouri, cho rằng định luật thứ hai là hấp dẫn nhất trong bốn định luật của nhiệt động lực học.

"Ở cấp độ rất vi mô, nó đơn giản phát biểu rằng nếu bạn có một hệ cô lập, thì mọi quá trình tự nhiên trong hệ đó diễn tiến theo hướng làm tăng mức hỗn loạn, hay entropy, của hệ."

Chính thực tế về việc vũ trụ ngày càng trở nên "hỗn loạn", điều này yêu cầu thời gian chỉ có thể di chuyển theo một hướng (quá khứ, hiện tại và tương lai).

Do đó, nhà vật lý A. E. Allahverdyan tới từ viện Vật lý Yerevan (Armenia) và V. G. Gurzadyan từ Đại học Yerevan (Armenia) đã nghiên cứu mối liên hệ giữa năng lượng tối và định luật thứ 2 của nhiệt động lực học.

Bằng việc quan sát các hành tinh quay quanh các ngôi sao chủ và khối lượng thay đổi của chúng, họ nhận thấy nếu năng lượng tối không tồn tại thì quỹ đào này sẽ vô cùng "tẻ nhạt" (dully orbit) vì chẳng có gì làm thay đổi chúng.

Mô tả sự hỗn loạn và phức tạp theo thời gian của định luật 2. Ảnh minh họa.

Nhưng năng lượng tối làm vũ trụ giãn nở và chiếm phần lớn vũ trụ, do đó chắc chắn sẽ tác động làm thay đổi quỹ đạo này. Dù rất khó phát hiện vì chúng ta chỉ quan sát được các vật thể ở gần (sự thay đổi diễn ra mạnh mẽ hơn khi quan sát càng xa).

Năng lượng tối đã "dẫn đường" cho mũi tên thời gian chỉ di chuyển theo một hướng mà không quay lại (thông qua việc nghiên cứu mối liên hệ giữa nhiệt động lực học và năng lượng tối).

Nghiên cứu được công bố trên Physical Review E.

Nguồn: Sciencealert