Vũ trụ có 3 chiều không gian là một sự thật cơ bản mà hầu như chưa ai từng đặt câu hỏi phản biện. Nhưng con số này có vẻ hơi tùy ý, tại sao vũ trụ không có 4, hoặc 5, hay thậm chí là 11 chiều? Sau 5 năm nghiên cứu, một nhóm các nhà vật lý quốc tế vừa phát triển thành công một lý thuyết không chỉ giải thích điều đó, mà còn giải quyết được một số bí ẩn khác về sự ra đời và phát triển của vũ trụ.

Điểm then chốt chính là một thành tố khá phổ biến trong Mô hình Chuẩn của Vật lý hạt gọi là “ống thông”.

Ống thông là các “sợi” năng lượng linh hoạt, kết hợp các hạt cơ bản với nhau – liên kết các hạt quark và antiquark lại dưới sự trợ giúp của gluon. Khi các hạt này có xu hướng trượt khỏi nhau, chúng có thể phá vỡ ống thông liên kết này, gây nên một vụ bùng phát năng lượng kiến tạo ra một cặp hạt quark-antiquark mới, kết hợp với các hạt hiện có để tạo thành 2 cặp hoàn chỉnh.

Các ống thông là một hiện tượng nổi tiếng, nhưng đối với lý thuyết mới, các nhà vật lý nhận thấy rằng khi đưa chúng vào những mức năng lượng cao hơn, họ có thể giải thich một số bí ẩn về lý do tại sao vũ trụ có hình dạng như những gì chúng ta thấy.

Trong buổi sơ khai, vũ trụ chỉ là một đám mây nguyên sơ, nóng và dày đặc vật chất, được gọi là plasma quark-gluon. Với rất nhiều hạt cơ bản ở gần nhau, chúng sẽ tạo ra một mớ hỗn độn các ống thông. Tuy vậy hầu hết các ống này sẽ nhanh chóng bị phá hủy vì vật chất và phản vật chất tiêu diệt lẫn nhau khi chúng gặp nhau và hủy luôn ống thông.

Nhưng cũng có những lúc ống thông có thể tồn tại lâu hơn so với các hạt nguyên tử mà chúng liên kết. Nếu những hạt này di chuyển đúng cách, chúng có thể xoắn các ống dẫn thông thành các mối buộc đủ ổn định để tồn tại. Và nếu nhiều ống thông này kết nối với nhau, chúng thậm chí còn có thể tạo thành một mạng lưới các mối buộc ổn định hơn nhanh chóng tràn ngập vũ trụ buổi sơ khai.

Nhóm nghiên cứu nhanh chóng nhận ra ý tưởng này giải thích 2 vấn đề tồn tại từ lâu về lý thuyết nguồn gốc của vũ trụ đang được chấp nhận rộng rãi hiện nay. Thuyết này cho rằng trong khoảng thời gian đầu, vũ trụ trải qua giai đoạn mở rộng cực nhanh – từ kích thước của một proton đến cỡ một quả bưởi trong chưa đầy một phần nghìn tỉ giây. Sau đó, việc mở rộng diễn ra chậm hơn, mặc dù hiện tại việc này đang gia tăng.

Nhưng lý thuyết này vẫn còn tồn tại 2 câu hỏi chưa có câu trả lời thỏa đáng: điều gì đã kích hoạt sự bùng nổ đột ngột của việc mở rộng, và tại sao nó lại chậm lại? Khi nhóm nghiên cứu tính toán được bao nhiêu năng lượng bị giữ lại trong mạng lưới các mối buộc, họ nhận ra rằng việc này đã đưa ra một lời giải thích cho cả hai câu hỏi trên.

Thomas Kephart, đồng tác giả của nghiên cứu, chia sẻ: “Không chỉ hệ thống ống thông cung cấp năng lượng cần thiết để thúc đẩy việc mở rộng, nó cũng giải thích lý do tại sao việc mở rộng dừng lại đột ngột. Khi vũ trụ bắt đầu giãn nở, mạng lưới ống thông bắt đầu phân rã và cuối cùng sụp đổ hoàn toàn, làm triệt tiêu đi nguồn cung năng lượng cho việc mở rộng.”

Lý thuyết này phù hợp với những ý tưởng hiện nay về nguồn gốc của vạn vật. Khi hệ thống ống thông sụp đổ, nó phóng ra các hạt phân tử và bức xạ vào vũ trụ, sau đó tiếp tục mở rộng và tiến hóa như các lý thuyết khác đã giải thích.

Điều này cũng giúp chúng ta trở lại câu hỏi tại sao vũ trụ có 3 chiều.

Theo lý thuyết nút (knot theory), các mối buộc chỉ có thể tồn tại trong 3 chiều không gian: ngay khi ta thêm vào một không gian thứ 4, chúng nhanh chóng bị tách ra. Nghĩa là trong giai đoạn đầu, các ống tuýp được kết nối sẽ chỉ mở rộng nhanh chóng trong 3 chiều hướng. Thời điểm mạng lưới ống thông sụp đổ chính là nền tảng được dựng sẵn cho một vũ trụ 3 chiều phát triển, và bất kỳ không gian nào khác nếu có tồn tại sẽ rất nhỏ đến nỗi về cơ bản sẽ không thể phát hiện được.

Mặc dù lý thuyết này rất hấp dẫn, nó vẫn đang trong quá trình hoàn thiện. Trước khi ý tưởng này có thể được đệ trình chính thức lên giới khoa học, các nhà nghiên cứu vẫn cần phải phát triển nó hơn nữa để đưa ra được các tiên đoán có thể kiểm chứng về tính chất của vũ trụ.

Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Vật lý châu Âu.

Theo New Atlas

BÌNH LUẬN

Please enter your comment!
Please enter your name here