Lý thuyết vũ trụ song song không chỉ là mô hình toán học thuần túy, mà đó là khoa học có thể kiểm chứng

Sự tồn tại của các vũ trụ song song gần như là điều không thích hợp với vật lý lý thuyết hiện đại, nó giống như điều gì đó được tưởng tượng ra trong các tiểu thuyết viễn tưởng. Nhưng ý tưởng về việc con người đang sống trong ‘đa vũ trụ’ được tạo ra từ vô số các vũ trụ song song từ lâu đã được xem là có tính khoa học – mặc dù đây vẫn là vấn đề tranh luận gay gắt giữa các nhà vật lý học. 

Miaaaaultiverse, chiếc hộp có ghi chữ cảnh báo: “con vật bên trong hộp có thể sống hoặc chết” (Nguồn: Robert Couse-Baker/CC BY 2.0)

Với góc nhìn từ lý thuyết dây

Lý thuyết dây là một trong những hướng đi hứa hẹn nhất hiện nay, nếu không muốn nói là hứa hẹn nhất để có thể hợp nhất cơ học lượng tử và lực hấp dẫn. Điều này vô cùng khó bởi vì quá khó miêu tả lực hấp dẫn ở mức vi mô như kích cỡ nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử – vốn thuộc về khoa học của cơ học lượng tử. Nhưng lý thuyết dây tuyên bố rằng tất cả các hạt cơ bản đều được tạo ra từ những dây một chiều, nó có thể miêu tả tất các lực tự nhiên (từng được biết) cùng một lúc: lực hấp dẫn, trường điện từ, và tất cả các lực hạt nhân.

Tuy nhiên, muốn lý thuyết dây có ý nghĩa về mặt toán học thì cần đến ít nhất là mười chiều vật lý. Vì chúng ta chỉ có thể quan sát bốn chiều: cao, rộng, sâu (tất cả không gian) và thời gian, do đó các chiều bổ sung của lý thuyết dây phải bị ẩn giấu theo cách nào đó nếu nó thực sự tồn tại. Để có thể sử dụng lý thuyết dây cho việc giải thích các hiện tượng vật lý mà chúng ta nhìn thấy, những chiều bổ sung này phải “được compact hóa” bằng cách bị xoắn lại sao cho chúng rất nhỏ, đến mức không thể nhìn thấy được. Có lẽ nào với mỗi điểm trong bốn chiều lớn của chúng ta còn có tồn tại sáu phương nữa, nhưng khó phân biệt?

Một vấn đề, hay một số gọi là đặc tính của lý thuyết dây, là có rất nhiều cách để tạo ra sự “compact hóa” này – 10500 là số khả năng compact hóa vẫn luôn được đưa ra. Mỗi một khả năng sẽ dẫn tới một vũ trụ với những quy luật vật lý khác nhau – như là khối lượng khác nhau của điện tử và hằng số hấp dẫn khác nhau. Tuy nhiên cũng có những phản đối gay gắt tới phương pháp luận compact hóa, nên vấn đề này chưa hoàn toàn được giải quyết.

Nhưng nếu như thế thì câu hỏi hiển nhiên là: vậy chúng ta đang tồn tại trong khả năng nào trong vô số khả năng kia? Lý thuyết dây tự nó không đưa ra một cơ chế dự đoán điều đó, điều này khiến nó trở nên vô dụng vì chúng ta không thể kiểm tra. Nhưng may mắn là một ý tưởng từ nghiên cứu của chúng tôi về vũ trụ thuở sơ khai đã chuyển vấn đề này thành đặc tính của [lý thuyết dây].

Vũ trụ thuở sơ khai

Trong thuở đầu của vũ trụ, trước vụ nổ Big Bang, vũ trụ trải qua một thời kì giãn nở rất nhanh chóng gọi là sự thổi phồng của vũ trụ. Thổi phồng là từ ban đầu được dùng để giải thích tại sao vũ trụ quan sát được hiện nay lại hầu như là phân bố đều về nhiệt độ. Tuy nhiên, lý thuyết thổi phồng này cũng dự đoán một phổ dao động nhiệt độ xung quanh sự cân bằng này, điều này sau đó đã được xác nhận bởi một số tàu vũ trụ như tàu Cosmic Background Explorer, tàu Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, và tàu  PLANCK spacecraft.

Trong khi những chi tiết chính xác của thuyết này vẫn còn trong tranh luận sôi nổi, thì sự thổi phổng của vũ trụ đã được các nhà vật lý chấp nhận rộng rãi. Tuy nhiên, một hệ quả của lý thuyết này là phải có những phần khác của vũ trụ vẫn đang gian nở ngày càng nhanh. Tiếp nữa, do những dao động lượng tử của thời–không, một số phần của vũ trụ thực sự không bao giờ kết thúc quá trình thổi phồng. Điều này có nghĩa là vũ trụ vĩnh viễn giãn nở, ít nhất là theo sự hiểu biết hiện tại của chúng ta. Do đó, một số phần có thể cuối cùng trở thành các vũ trụ khác, rồi nhiều vũ trụ khác nữa v.v. Cơ chế này tạo ra vô số các vũ trụ.

Bằng việc kết hợp lý thuyết thổi phồng với lý thuyết dây, ta thấy một khả năng là mỗi vũ trụ sở hữu một kiểu compact hóa các chiều bổ sung (ngoại trừ 4 chiều mà chúng ta cảm thụ được) khác nhau và do đó có các quy luật vật lý khác nhau.

Nền sóng vi ba vũ trụ. Được sử dụng để lùng sục các sóng trọng lực và dấu hiệu va chạm với các vũ trụ khác (Nguồn: NASA / WMAP Science Team/wikimedia)

Kiểm nghiệm lý thuyết

Kết hợp lý thuyết dây và lý thuyết thổi phồng, chúng ta sẽ dự đoán được rằng vũ trụ [là tổng hợp những vật thể] tồn tại trong cùng một không gian vật lý (không như nhiều vũ trụ trong cơ học lượng tử, chúng tồn tại trong một không gian toán học), chúng có thể gối chồng lên nhau hoặc va chạm với nhau. Thực vậy, chúng chắc chắn phải va chạm với nhau, do đó có thể để lại những dấu hiệu trên bầu trời thiên thể mà chúng ta có thể tìm kiếm.

Các chi tiết chính xác của các dấu hiệu thì phụ thuộc mật thiết vào các mô hình – từ cácđiểm nóng hoặc lạnh trong nền sóng vi ba vũ trụ, tới các khoảng trống dị thường trong sự phân bố giữa các thiên hà. Dù vậy, vì những va chạm với các vũ trụ khác phải xảy ra theo một hướng cụ thể, nên các nhà khoa học có chung dự tính là bất kỳ dấu hiệu nào cũng sẽ phá vỡ quy luật phân bố đều của vũ trụ mà chúng ta quan sát được.

Những dấu vết này cũng được các nhà khoa học tìm kiếm tích cực. Một số đang tìm kiếm trực tiếp qua các dấu vết trong nền sóng vi ba vũ trụ, lưu ảnh của vụ nổ Big Bang. Tuy nhiên, không có dấu hiệu nào như vậy được tìm thấy. Những người khác đang tìm kiếm qua sự hỗ trợ gián tiếp như là sóng trọng lực, là những gợn lăn tăn trong thời–không khi có các vật thể khổng lồ đi ngang qua. Những sóng như vậy có thể trực tiếp chứng minh sự tồn tại của sự thổi phồng vũ trụ, cuối cùng củng cố sự ủng hộ cho lý thuyết đa vũ trụ.

Cũng khó dự đoán trước liệu chúng ta có thể chứng minh sự tồn tại của đa vũ trụ hay không. Nhưng những ý nghĩa to lớn được gợi ý từ sự tìm kiếm này khiến nó rất đáng được thực hiện.

Eugene Lim là một giảng viên về vật lý hạt lý thuyết và vũ trụ học ở trường King’s College London. Bài báo gốc được đăng tải ở trang TheConversation.com

Theo Đại Kỷ Nguyên