Ba cái chết cho ngôi sao

Chúng ta hãy theo dõi định mệnh của một ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 1,4 lần khối lượng  Mặt trời. Nó tắt một cách thanh thản. Khi hết nhiên liệu, ngôi sao chuyển từ kích thước  của các sao khổng lồ  đỏ (bán  kính 50 triệu km ) đến kích thước của trái Đất (bán  kính khoảng 6000 km). Ngôi sao trở thành sao lùn (H. 1). Nó rất nóng vì năng lượng của chuyển động sụp đổ biến đổi ra nhiệt. Nhiệt độ ở bề mặt của nó cấp6000° . Nhiệt được bức xạ ra không gian. Màu trắng của bức xạ giống bức xạ Mặt trời nên nó có tên là  sao "sao lùn trắng". Mật độ của nó rất lớn: 1cm³  sao sao lùn trắng nặng 1 tấn. Nhưng cái gì đã ngăn cản sao lùn trắng không sụp đổ thêm nữa? Ai chống lại trọng lực? Chắc chắn không  phải là  bức xạ, vì  nó đã trở nên rất yếu. Nhà vật lý người Đức Wolfang Pauli, một trong những người sáng  lập ra Cơ học Lượng tử, cho chúng ta câu trả lời. Vào năm 1925, ông  khám phá ra rằng  hai electron không thể  bị  nén  lại với nhau được: chúng loại trừ nhau (khám phá của Pauli được biết dưới tên"Nguyên  lý ngoại trừ".)

 Trong lúc sụp đổ, ngôi sao nén các electron mà nó chứa trong một thể tích càng ngày càng nhỏ. Càng bị nén chặt, các electron càng chống cự và tìm cách trốn thoát. Sự kháng cự này tạo nên một áp lực chống lại trọng lực, làm cho sao lùn không sụp đổ. Sự đẩy lẫn nhau giữa các electron này không phải là do lực điện từ đẩy các điện tích cùng dấu mà là một trong những biểu lộ của Cơ học lượng tử. 

Sự ra đời, đời sống và cái chết của một ngôi sao. Hình vẽ này cho ta cái nhìn bao quát về những chặng khác nhau của đời sống một ngôi sao như Mặt trời, sau từng chặng 100 triệu năm: ra đời từ sự sụp đổ của đám mây liên sao, ngôi sao đốt hydrogen trong suốt 9 tỉ năm, rồi biến thành khổng lồ đỏ đốt helium trong suốt 2 tỉ năm trước khi sụp đổ để trở thành sao lùn trắng. Vào cuối đời của nó, nó thành sao lùn đen, xác sao lạc trong bóng tối mênh mông của vũ trụ

Đồng thời với sự sụp đổ của tâm ngôi sao, các lớp tầng bên trên tách ra khỏi ngôi sao. Được chiếu sáng bởi sao lùn trắng, chúng có dạng như một vành đai khí màu vàng và đỏ gọi là "tinh vân hành tinh", (từ ngữ gây hiểu lầm vì những tinh vân hành tinh và hành tinh không liên hệ gì với nhau) (h. 2). Cái chết êm đềm này là số phận dành cho đa số các sao (trong đó có Mặt trời của chúng ta): những ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 1,4 khối lượng Mặt trời thống trị dân số của các thiên hà.

Cần phải có một kính thiên văn lớn mới xác định vị trí các sao sao lùn trắng bởi vì chúng sáng một cách yếu ớt. Sirius, ngôi sao sáng nhất trong bầu trời đêm, có sao lùn trắng làm bạn. Sao lùn trắng sẽ mất hàng tỉ năm sức mới hết nhiệt. Lúc cuối khi trở thành"sao lùn đen" vô hình, nó sẽ nhập vô hàng ngũ của vô số xác sao chết đang rải rác trong sự bao la của các thiên hà. Về phần tinh vân hành tinh, nó sẽ phân tán trong không gian vừa gieo trong đó những nguyên tố nặng đã được chế tạo trong những lò luyện của sao.



Hình này là tinh vân hành tinh Lyre. Đó là lớp vỏ bị đẩy bật ra bởi một sao đang hấp hối có khối lượng 1,4 khối lượng Mặt trời . Sao này vì cạn nhiên liệu, sụp đổ để thành sao lùn trắng (điểm sáng ở trung tâm của tinh vân). Chính bức xạ của sao lùn trắng chiếu sáng tinh vân hành tinh (ảnh, Hale Observatoires)



Tinh vân hành tinh IC 418. Sao ở giữa biến thành tinh vân hành tinh cách đây vài ngàn năm ánh sáng. Đường kính của tinh vân hiện nay lên tới 0,2 năm ánh sáng. Hình của NASA/STScI


Chuyện gì sẽ xảy ra với ngôi sao có khối lượng lớn hơn 1,4 khối lượng Mặt trời?

Nó có quyền có một cơn hấp hối dữ dội hơn rất nhiều. Nhưng còn nữa, số phận cuối cùng sẽ đi hướng khác nhau tùy theo ngôi sao nặng hơn hay ít hơn năm lần Mặt trời.

Trước hết chúng ta hãy quan tâm tới sự kết thúc của một ngôi sao có khối lượng nằm giữa 1,4 và 5 lần khối lượng Mặt trời. Khối lượng gia tăng của ngôi sao làm nó nén lại mạnh hơn. Sự sụp đổ xảy ra quá nhanh (chỉ một phân số của giây) đến nỗi các electrons di chuyển nhanh hơn, không có thời gian để tổ chức sự kháng cự chống lại trọng lực. Giới hạn 6000 km của bán kính sao lùn được vượt qua một cách nhanh nhẹn. Bán kính của lõi sao thu lại chỉ còn 10 km. Mật độ cuối cùng cực kỳ lớn, có thể đạt tới 1 tỷ tấn cho 1cm3. Như thể bạn nén khối lượng của 100 cái tháp Eiffel vào một thể tích bằng đầu bút bi của bạn. Các nhân cũng không thể kháng cự lại sự nén này và bị bể thành proton và neutron. Các electron bị ép gần quá sức vào các proton đến nỗi chúng buộc phải kết hợp với proton để sanh ra neutron và neutrino. Các neutrino mà chúng ta đã gặp trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ, trung thành với tiếng tăm của chúng. Không tương tác với vật chất, chúng lập tức phân tán. Tâm của sao trở thành một "nhân" neutron khổng lồ. Chúng chỉ sống được 15 phút ở trạng thái tự do, mất đi ý định chết khi bị cầm tù. Bây giờ, chính chúng chống lại trọng lực và làm cho sao neutron không sụp đổ nữa. Như trong trường hợp các electron, có nguyên lý loại trừ cho các neutron và chúng không thể ép sát với nhau quá.

Vào thời kỳ cuối của sự sụp đổ tâm sao, một vụ nổ chớp nhoáng xảy ra. Những lớp giống vỏ củ hành giàu nguyên tố nặng bị bắn tung vào không gian với tốc độ hàng ngàn km/giây. Sự nổ đạt một độ sáng bằng 100 triệu Mặt trời. Một điểm sáng xuất hiện trong bầu trời, sáng gần như nguyên cả một thiên hà. Đó là sao siêu mới. Sự ngưng sụp đổ đột ngột của tâm sao gây bởi sự kháng cự các neutron là nguồn gốc của sự nổ khủng khiếp này. Một sóng xung kích được tạo ra, truyền tới bề mặt và đẩy những lớp bên trên của ngôi sao, gây ra sự nổ.

Trong các thiên hà, những cái chết nổ như vậy xảy ra khoảng mỗi thế kỷ một lần. Con người từ khi bắt đầu ghi lại những quan sát của mình đã thấy khoảng một chục cái chết như vậy trong giải Ngân Hà . Năm 1571, chàng tuổi trẻ Tycho Brahe đã quan sát được một "ngôi sao mới" trong chòm sao Cassiopée. Sự khám phá đã gieo vào trí óc ông sự nghi ngờ về những bầu trời bất biến của Aristote. Cái còn lại của vụ nổ supernova hiện nay mang tên ông. Ngày 23 tháng 2 năm 1987, một supernova trong một trong số các thiên hà sao lùn vệ tinh của Ngân Hà , đám mây Magellan lớn ở cách khoảng 150 000 năm ánh sáng, đã làm lung lay thế giới thiên văn học. Tất cả các phương tiện quan sát hiện đại (kính thiên văn lớn đặt trên mặt đất, vệ tinh không gian và những dụng cụ khác mà Tycho Brahe không thể tưởng tượng nổi) đã đóng góp với nhau để nghiên cứu hiện tượng lạ lùng này. Ngay cả những neutrino thoát ra từ tâm sụp đổ của ngôi sao chết cũng đã được thu nhận bởi các máy dò đặt sâu tới vài cây số dưới đất, trong các mỏ vàng đã được dùng vào việc khác.

Nhưng một trong số những supernova nổi tiếng nhất trong các annales (quyển sách ghi những sự kiện từ năm này qua năm khác) thiên văn học, chắc chắn là sao có nguồn gốc là phần còn lại của một vụ nổ sao mà ngày nay người ta gọi là "Tinh vân Cua". Ngôi sao khách này (đây là một tên rất đẹp mà các nhà thiên văn học Trung quốc đã đặt) xuất hiện buổi sáng ngày 4 tháng 7 năm 1054. Nó sáng như sao Vénus, ngay cả ban ngày cũng thấy được và kéo dài hàng mấy tuần lễ. Tuy nhiên, trong những ghi chép Thiên văn học ở phương Tây vào thời kỳ đó, người ta không tìm thấy ghi chú về nó. Các tác giả chắc tin vào vũ trụ bất biến, không đổi của Aristote hơn là tin vào chính mắt họ.



Hình chụp những gì còn lại của ngôi sao đã nổ trong Giải Ngân hà ngày 04/07/1054. Trung tâm ngôi sao sụp đổ thành sao neutron có bán kính 10 km, ở gần tâm của tinh vân. Sao neutron này gởi cho chúng ta các tín hiệu vô tuyến một cách định kỳ và được biết dưới tên pulsar (xem thêm hình 4). Lớp vỏ bị xé rách của sao tiếp tụ giãn nở, bị năng lượng của sự nổ đầu đẩy ra, hiện nay trải rộng ra hàng trăm tỉ cây số. Nhờ vậy nó gieo rắc vô môi trường liên sao những nguyên tố nặng đã chế ra trong đời sống của sao và trong khi nổ


Đã khá lâu rồi " sao chủ" đã không còn được nhìn thấy bằng mắt trần nữa. Với kính thiên văn, người ta có thể phân biệt được phần còn lại của vụ nổ sao, sáng một cách yếu ớt và có dạng giống như một con cua nên từ đó nó có tên như vậy. Nhưng cái làm cho nó nổi tiếng là , người ta khám phá ra một ngôi sao neutron bên trong lòng nó vào năm 1967. Sao này đã được các nhà thiên văn Mỹ Walter Baade và Fritz Zwicky tưởng tượng ra từ năm 1934, thực sự là kết quả từ cái chết của một ngôi sao. Nó được thể hiện dưới dạng một ngôi sao sáng rồi tắt 30 lần trong 1 giây, do đó nó còn có tên là pulsar.

Hành vi kỳ lạ này trước hết là do sao neutron không phát xạ hết toàn bộ bề mặt của nó. Ánh sáng (mà nhiều nhất là loại radio, vô tuyến) ló ra thành hai chùm tia giống như chùm tia sáng phát ra từ đèn pha. Hơn nữa, sao neutron tự quay quanh nó rất nhanh, do đó tạo cảm giác là nó sáng rồi tắt mỗi khi chùm tia sáng của nó quét đến trái đất. Pulsar sắp đóng vai trò ngọn đèn pha của bầu trời trong nhiều triệu năm. Nguồn năng lượng dự trữ của nó được tích trữ trong quá trình sụp đổ rồi sẽ cạn dần. Nó quay càng ngày càng chậm và cuối cùng sẽ không còn bức xạ nữa. Được bao bọc bởi sự im lặng của những cái chết, xác sao chết này không thể được thấy cũng như nghe nữa. Trong giải Ngân Hà, cứ một ngàn ngôi sao là có một ngôi sao kết thúc cuộc đời mình thành một pulsar.

Cuối cùng, chúng ta nói đến cái chết của ngôi sao quyết định nhất . Đây là số phận của sao có khối lượng lớn hơn khoảng 5 lần khối lượng của Mặt trời phải chịu. Khối lượng rất lớn gây sự sụp đổ vô cùng dữ dội. Lần này, không chỉ những electron mà ngay cả những neutron cũng bị bất ngờ. Chúng không có thời gian để tổ chức kháng cự lại trọng lực. Trọng lực này không thể dừng lại được nữa. Nó ép vật chất ở tâm ngôi sao vào một thể tích nhỏ đến mức trọng trường sinh tra trở nên vô cùng lớn. Tâm của sao trở thành một lỗ đen.

Cũng như trong trường hợp trước, sự sụp đổ dữ dội tạo ra vụ nổ khổng lồ làm văng ra các lớp trên cùng của sao vào không gian: sự ra đời của một lỗ đen cũng được chào mừng bằng sự bùng nổ supernovae. Lần này, ngôi sao chết cũng chẳng còn để lại xác chết có thể nhìn thấy được. Từ nay về sau, như chúng ta đã biết, nó chỉ thể hiện sự có mặt của nó bằng những hiệu ứng trọng lực mà nó tác dụng lên các vất chất đi qua gần nó. Nó làm chậm thời gian. Nó biến các nhà vũ trụ quá táo bạo thành những cộng mì sợi spaghetti Ý và sẽ nghiền nát họ. Đối với người quan sát trên trái đất, lỗ đen rất khó dò ra. Trừ khi, như chúng ta đã biết, nếu nó cặp đôi với một ngôi sao khác đang còn sống.

Lỗ đen lúc đó sẽ cuốn hút khí quyển của ngôi sao thấy được về phía nó. Các nguyên tử khí trong khí quyển này phát ra tia X trong lúc rơi vào lỗ đen và sẽ tiết lộ sự hiện diện của nó. Người ta nghĩ rằng có tồn tại một lỗ đen theo hướng chòm sao Cygne, chỗ có một nguồn tia X rất sáng. Trong giải Ngân Hà, các lỗ đen có các sao sao lùn và pulsar ít hơn rất nhiều: các sao nặng là thiểu số trong dân số của thiên hà.

Hệ mặt trời sẽ sụp đổ như thế nào?

Cũng như mọi thiên thể khác, một ngày nào đó mặt trời sẽ lụi tàn. Theo kết quả tính toán bằng mô hình, nghiên cứu các bầu khí quyển hành tinh và các chu kỳ sinh địa hóa, thì vào khoảng 8 tỷ năm nữa, hệ mặt trời sẽ chấm dứt sự tồn tại.

Trong 8 tỷ năm ấy, hệ mặt trời sẽ có những biến động gì? Mô hình nói trên của các nhà khoa học Mỹ cho thấy:

- Sau 400 triệu năm, trái đất sẽ tắm trong một độ sáng mặt trời mạnh hơn 5% so với hiện nay. Từ thời điểm đó, nhiệt độ trung bình trên bề mặt trái đất lên tới 20 độ C (hiện nay là 15 độ C), và đặc biệt, tỷ lệ CO2 trong khí quyển giảm đến mức làm cho hơn 60% thực vật và động vật biến mất, số còn lại buộc phải tiến hóa để thích nghi.

- Sau 800 triệu năm, trên bề mặt trái đất, độ chiếu sáng của mặt trời tăng 8%. Tỷ lệ CO2 trong khí quyển chỉ còn 10-20 ppm (10 đến 20 phần triệu), do đó chỉ còn sót lại một số rất ít thực vật (có lẽ chỉ còn các loài cây cần ít CO2 cho quang hợp như các họ cây bắp, cây mía…) và rất ít động vật. Nhiệt độ trung bình bấy giờ là 25 độ C.

- Sau 1 tỷ năm, nhiệt độ và sự bay hơi của nước gia tăng nhanh hơn, hiệu ứng nhà kính do hơi nước gây ra khiến trái đất nóng hơn nữa. Các dạng sống cuối cùng sẽ bị hủy diệt.

- Sau 1,4 tỷ năm, nhiệt độ vượt quá 50 độ C. Sau 1,6 tỷ năm, trên trái đất sẽ không còn một dấu vết nào của sự sống nữa. Nhiệt độ tăng lên trên 100 độ C làm bay hơi toàn bộ sông ngòi và đại dương. Hơi nước trong khí quyển cũng biến mất vì bị phân ly bởi bức xạ mặt trời. Vài trăm triệu năm sau đó, khí hydro cũng sẽ biến mất trong không gian.

- Sau 7,65 tỷ năm, mặt trời bước vào giai đoạn hấp hối. Ban đầu, trong tâm mặt trời xảy ra hiện tượng càng ngày càng thiếu hydro, loại khí quý giá vẫn giúp nó chiều sáng từ ngày chào đời cách đây 4,5 tỷ năm. Để bù lại, tâm mặt trời bèn thu nhỏ bớt, gây ra phản xạ phồng to thêm của các lớp bên ngoài, mặt trời sẽ lớn gấp 100 lần so với mức hiện tại. Về sau, do cứ lớn lên như vậy, mặt trời làm cho nhiệt độ trên bề mặt của nó giảm mạnh, bấy giờ sẽ có những ánh màu cam, rồi những ánh màu đỏ.

Kích thước của mặt trời tăng rất nhanh, chỉ sau 60 triệu năm, bán kính của nó vượt qua quỹ đạo sao Thủy (58 triệu kilomét) và nuốt chửng hành tinh này. Sau đó đến lượt sao Kim (cách mặt trời 108 triệu kilomét). Tiếp theo sẽ là trái đất...

Nhưng rất may lúc ấy, nguồn dự trữ hydro trong mặt trời bị cạn kiệt hoàn toàn. Mặt trời chỉ còn có khí helium là chất đốt duy nhất mà nó sẽ biến đổi dần thành carbon và oxy. Sự thay đổi vật chất đột ngột này làm cho mặt trời bỗng nhiên xẹp xuống, trở nên bé chỉ bẳng 1/100 so với hiện nay, đường kính chỉ còn khoảng 10 triệu kilomét. Nhờ thế, trái đất có thể thoát khỏi tai họa bị nuốt như sao Thủy, sao Kim, và có thể tồn tại thêm 100 triệu năm. Sau đó, việc đốt cháy lại bùng phát, mặt trời phồng lên với tốc độ còn nhanh hơn lần trước.

Lần này thì số phận của trái đất sẽ bị định đoạt. Hoặc là vào thời điểm ấy, một số hậu duệ của loài người - trước đó đã di tản sang một hành tinh khác ngoài hệ mặt trời - có thể nhìn thấy cố hương (bấy giờ chỉ còn là một hồ dung nham mênh mông, với nhiệt độ bề mặt 1.000 độ C) biến mất cùng với tất cả những gì gọi là nền văn minh sau vài tỷ năm xây dựng.

Hoặc may mắn hơn, trái đất vẫn tồn tại sau cái chết tất yếu của mặt trời, tương tự như hiện tượng hy hữu mà các nhà thiên văn mới phát hiện được và thông báo tại đại hội tháng 1/2002 của Hội Thiên văn Mỹ: Họ xác định được sự hiện diện của một hành tinh vẫn tồn tại trong khi ngôi sao Iota Draconis của hệ thống này sắp tàn lụi (hy vọng trái đất cũng sẽ gặp may mắn ấy).

Thật vậy, theo tính toán năm 1993 của ba nhà vật lý thiên văn Juliana Sackmann (California), Arnold Boothroyd (Toronto) và Kathleen Kraemer (Boston), thì hiện tượng mất khối lượng của mặt trời làm cho nó không thể phồng lên nhanh và to đến mức có thể nuốt chửng cả trái đất. Hơn nữa, đến thời điểm ấy, trái đất có thể xa dần mặt trời tới một khoảng cách an toàn.

Tháng 12/2001, ba nhà thiên văn người Anh là Peter Schroder, Robert Smith và Kevin Apps thuộc trường Đại học Sussex thông báo một tia vui: Trái đất có thể thoát hiểm một cách sát nút trong những cú giãy giụa cuối cùng của mặt trời. Bởi vì trong lần phồng lên đầu tiên, mặt trời phải mất 20% thể tích, đạt đường kính 168 triệu kilomét, trong khi quỹ đạo của trái đất lùi ra xa tới 150-185 triệu kilomét. Nhưng 17 triệu kilomét nhỏ nhoi ngăn cách bề mặt của trái đất với bề mặt của mặt trời liệu có đủ ngăn cản cuộc va chạm hủy diệt hay không?

Sau 7,8 triệu năm, nếu trái đất may mắn thoát khỏi cái chết do bị mặt trời hút đi nữa, thì nó cũng chỉ là một tiểu hành tinh bị bao bọc bởi dung nham đông lạnh. Và lúc ấy, chỉ còn ánh sáng cực tím mờ mờ phát ra từ mặt trời hấp hối - bấy giờ đã biến thành một ngôi sao lùn màu trắng nằm giữa cảnh tranh tối tranh sáng.

Hệ Mặt Trời hình thành từ sự suy sụp hấp dẫn của một đám mây phân tử khổng lồ cách đây 4,568 tỷ năm trước.^[106] Đám mây tổ tiên này có kích cỡ vài năm ánh sáng và có khả năng một vài ngôi sao đã sinh ra từ đám mây này.^[107] Tinh vân Mặt Trời có khả năng hình thành từ mảnh vụn của vụ nổ sao siêu mới thế hệ trước.^[108]

Khi vùng mà trong tương lai sẽ trở thành hệ Mặt Trời, gọi là tinh vân tiền Mặt Trời,^[109] suy sụp, theo định luật bảo toàn động lượng thì đĩa tinh vân này sẽ quay nhanh hơn. Vùng trung tâm, nơi tập trung nhiều khối lượng nhất, sẽ trở lên nóng hơn so với đĩa quay xung quanh.^[107]Khi tinh vân này co lại và quay nhanh hơn, nó trở lên phẳng hơn và hình thành đĩa tiền hành tinh quay quanh tâm với đường kính gần 200AU^[107] và một vùng trung tâm nóng, đậm đặc chứa tiền sao.^[110][111] Ở thời điểm này trong sự tiến hóa của nó, Mặt Trời được cho là ngôi sao thuộc kiểu sao T Tauri. Việc nghiên cứu sao T Tauri cho thấy chúng thường đi kèm với một đĩa tiền hành tinh với khối lượng đĩa bằng 0,001–0,1 khối lượng Mặt Trời, và phần lớn khối lượng của tinh vân thuộc về ngôi sao.^[112] Các hành tinh hình thành từ sự bồi tụ từ đĩa này.^[113]

Trong vòng 50 triệu năm, áp suất và mật độ của hiđrô trong lõi của tiền sao trở lên đủ lớn để bắt đầu thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân.^[114] Nhiệt độ, tốc độ phản ứng, áp suất và mật độ tăng cho đến khi đạt đến sự cân bằng thủy tĩnh, trong đó nhiệt năng cân bằng với lực hút hấp dẫn của chính ngôi sao. Ở giai đoạn này, Mặt Trời trở thành một ngôi sao thuộc dãy chính.^[115]

Hệ Mặt Trời như chúng ta biết ngày nay sẽ còn tồn tại cho đến khi Mặt Trời kết thúc sự tiến hóa của nó trong dãy chính của biểu đồ Hertzsprung-Russell. Khi Mặt Trời bị giảm hiđrô nhiên liệu, nhiệt năng từ các phản ứng tổng hợp hạt nhân bị giảm khiến cho Mặt Trời bắt đầu bị suy sụp. Sự suy sụp này làm tăng áp suất tại lõi, giúp cho quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra nhanh hơn. Kết quả là Mặt Trời tăng độ sáng với tốc độ khoảng 10 phần trăm trong mỗi 1,1 tỷ năm.^[116]

Trong vòng khoảng 5,4 tỷ năm tới, hiđrô tại lõi Mặt Trời sẽ bị biến đổi toàn bộ thành heli, và Mặt Trời kết thúc giai đoạn ở dãy chính. Khi phản ứng tổng hợp hiđrô ngừng lại, lõi sẽ tiếp tục co lại, làm tăng áp suất và nhiệt độ, gây ra phản ứng tổng hợp heli. Heli bị tổng hợp trong một lõi nóng hơn và năng lượng giải phóng từ quá trình tổng hợp này sẽ lớn hơn so với quá trình tổng hợp hiđrô. Ở giai đoạn này, lớp bên ngoài của Mặt Trời sẽ mở rộng gấp 260 lần so với đường kính hiện tại; Mặt Trời sẽ trở thành sao khổng lồ đỏ. Vì sự tăng diện tích bề mặt khổng lồ của nó, bề mặt Mặt Trời sẽ lạnh hơn đáng kể so với khi nó ở dãy chính (lạnh nhất với nhiệt độ 2600).^[117]

Thậm chí, heli tại lõi cũng sẽ cạn kiệt với tốc độ nhanh hơn so với hiđrô, và thời gian Mặt Trời tổng hợp heli chỉ bằng phần nhỏ so với thời gian của giai đoạn tổng hợp hiđrô. Mặt Trời có khối lượng không đủ lớn để tiếp tục thực hiện phản ứng tổng hợp các nguyên tố nặng hơn, và phản ứng hạt nhân tại lõi sẽ tắt. Các lớp bên ngoài sẽ bị thổi vào không gian, để lại sao lùn trắng, một thiên thể rất đậm đặc, có khối lượng bằng một nửa khối lượng Mặt Trời nhưng kích thước chỉ bằng kích thước của Trái Đất.^[118] Những lớp vật chất bị thổi vào không gian sẽ hình thành tinh vân hành tinh, trả lại môi trường liên sao vật liệu đã hình thành lên hệ Mặt Trời.

Số phận của vũ trụ

Vũ trụ sẽ nở rộng mãi mãi

Cách đây không lâu, các nhà khoa học Mỹ đã đưa ra kết luận, vũ trụ sẽ mở rộng mãi mãi. Họ đưa ra các kết qủa sau:

- Vũ trụ được hình thành cách đây 13,7 tỷ năm (với sai số 0,1 tỷ năm), và quá trình này kéo dài khoảng 200 triệu năm từ Vụ nổ lớn (Bib Bang).

- Chỉ xấp xỉ 4% vũ trụ được tạo bởi các nguyên tử (loại “vật chất thường” – Ordinary matter mà chúng ta nhận thấy hiện nay). Khoảng 23% là “vật chất lạnh, tối” – Dark matter mà các nhà khoa học đã biết chút ít, và 73% còn lại là “năng lượng tối” – Dark energy kỳ lạ mà con người hầu như chưa hiểu gì về chúng.

- Những ngôi sao đầu tiên phát sáng trong khoảng 200 triệu năm sau Vụ nổ lớn, sớm hơn nhiều so với các phỏng đoán trước đây.

- Vũ trụ là dẹt và sẽ mở rộng không ngừng. Nó sẽ không quay trở lại trạng thái ban đầu và bị sụp đổ trong cái gọi là Vụ co lớn (Big Crunch).

Vũ trụ co lại, dừng, nở ra mãi mãi

Do vũ trụ tạo thành từ Vụ nổ lớn nên đến ngày nay chúng ta quan sát được sự dãn nở của vũ trụ. Nhưng vũ trụ có dãn nở mãi mãi như vậy hay không là tuỳ thuộc vào mật độ của vũ trụ hiện thời. Bởi vì đến một thời điểm nào đó, lực hấp dẫn sẽ làm cho vũ trụ co lại với nhau. Nếu mật độ đó lớn hơn một mật độ tới hạn nào đó thì vũ trụ sẽ co lại trong một cái gọi là Vụ co lớn. Nếu mật độ bằng đúng mật độ tới hạn thì vũ trụ sẽ dừng, còn nếu mật độ nhỏ hơn mật độ tới hạn thì vũ trụ sẽ nở ra mãi mãi. Những kết quả nghiên cứu gần đây nhất cho thấy, mật độ của vũ trụ chỉ bằng khoảng 20% mật độ tới hạn nói trên. Do đó để tiên đoán số phận của vũ trụ, chúng ta tạm thời chấp nhận rằng vũ trụ sẽ nở ra mãi mãi. Chúng ta giả thiết rằng những định luật vật lí hiện thời sẽ luôn đúng trong tương lai vì nó đã từng đúng trong thời gian 13,7 tỉ năm trong quá khứ.

Trái đất và mặt trời trong 7 tỉ năm nữa

Trong vòng 4,5 tỉ năm nữa, chúng ta không cảm thấy nhiều lắm sự biến đổi của vũ trụ nhưng đến mốc khoảng 4,5 tỉ năm thì có một sự kiện quan trọng sẽ xảy ra vì nó liên quan đến sự tồn tại của loài người. Mặt trời sẽ đốt hết nguồn nhiên liệu Hydrogen của nó, nguồn nhiên liệu mà làm cho nó đang phát sáng như ngày nay nhờ vào phản ửng nhiệt hạch tổng hợp Helium từ Hydrogen. Lúc đó, những phản ứng nhiệt hạch để tạo ra những nguyên tố nặng hơn từ Helium bắt đầu và do việc này làm cho lớp bao bên ngoài của mặt trời phồng to ra tới kích thước cỡ 100 lần hiện nay và mặt trời (MT) sẽ biến thành một ngôi sao kềnh đỏ khổng lồ. Lúc này Hành tinh Thuỷ sẽ lọt vào trong vỏ phát sáng đó của MT. Từ trái đất nếu ta nhìn MT thì nó chiếm một phần rất lớn bầu trời (khoảng 1% diện tích bầu trời). MT sẽ đốt nóng trái đất đến khoảng 1200°C một nhiệt độ quá cao để có thể có một sinh vật náo sống sót. Nước sẽ bay hơi, rừng sẽ cháy trụi và đất đá sẽ nóng chảy. Lúc này muốn tồn tại thì hậu duệ của chúng ta phải sơ tán ra phía rìa của MT, đến tận những Hành tinh Hải Vương, Diêm Vương. Nhưng sự tạm trú đó cũng không thể kéo dài mãi được. Hai tỉ năm sau nguồn Helium cũng cạn kiệt, MT sẽ tắt đi và biến thành một ngôi sao lùn trắng và lạnh dần đến khi thành một ngôi sao lùn đen. Lúc này loài người phải tìm một ngôi sao khác như MT để cung cấp năng lượng.

Đêm dài

Sau một khoảng thời gian lâu hơn nữa, tất cả các sao đều không phát ra ánh sáng nhìn thấy nữa khi chúng cạn kiệt nguồn năng lượng Hydrogen. Lúc này trong vũ trụ nằm đầy rẫy những sao không phát sáng nhìn thấy như các hố đen, các sao Neutron, các sao lùn đen. Một bóng đêm dày đặc bao trùm vũ trụ trong thời gian 1000 tỉ năm (10¹² năm). Khoảng các trung bình của các thiên hà tăng từ 1 triệu năm ánh sáng như hiện nay lên 20 triệu năm ánh sáng. Tuy rằng không phát ra ánh sáng nhìn thấy, nhưng các ngôi sao trong một thiên hà vẫn chịu tác dụng của lực hấp dẫn. Và lực hấp dẫn sẽ làm cho một số sao có thêm năng lượng bằng việc tăng tốc độ cho chúng và một số khác thì mất đi năng lượng. Những ngôi sao có thêm năng lượng sẽ có vận tốc lớn và có thể thoát khỏi thiên hà, những sao bị mất đi năng lượng sẽ bị rơi vào tâm của thiên hà và tạo ra một tâm thiên hà ngày càng đặc hơn. Và khi thời gian khoảng 1 tỉ tỉ năm (10¹⁸ năm) thì những ngôi sao rơi vào tâm thiên hà (chiếm 1% khối lượng của thiên hà ban đầu) sẽ va chạm với nhau và phát sáng, quá trình này kéo dài 1 tỉ năm và sao đó sẽ chấm dứt để tạo ra các hố đen khổng lồ gọi là hố đen thiên hà có khối lượng khoảng 1 tỉ khối lượng của mặt trời có bán kính chân trời sự kiện khoảng một nửa bán kính của hệ MT hiện nay. Việc tạo thành hố đen thiên hà là do sự biến đổi do hấp dẫn của một thiên hà mang lại. Chúng ta cũng biết rằng, các thiên hà cũng phân bố không đồng đều mà tập trung thành từng đám gọi là đám thiên hà gồm khoảng 1 tỉ thiên hà. Những thiên hà trong đám thiên hà này cũng giống như các ngôi sao trong một thiên hà, một số mất năng lượng, mộ số tăng năng lượng. Số mất năng lượng cũng sẽ tạo thành một hố đen, nhưng lớn hơn nhiều hố đen thiên hà gọi là hố đen siêu thiên hà, có khối lượng gấp 1000 tỉ khối lượng MT. Việc tạo thành hố đen siêu thiên hà sẽ hoàn tất tại thời điểm 1 tỉ tỉ tỉ năm (10²⁷ năm). Lúc đó vũ trụ sẽ gồm các tiểu hành tinh, các hành tinh như trái đất, các hố đen cỡ vài MT, các hố đen thiên hà và các hố đen siêu thiên hà.

Các hố đen bay hơi

Việc tại sao các hố đen bay hơi là hệ quả của cơ học lượng tử. Tuy vậy, hố đen chỉ bay hơi khi nhiệt độ của nó cao hơn nhiệt độ của vụ trụ xung quanh nó mà thôi. Nhiệt độ của hố đen cỡ MT là 10^-7 độ, của hố đen thiên hà là 10^-16 độ, của hố đen siêu thiên hà là 10^-19 độ. Như vậy phải dợi đến năm 10²⁰ năm thì vũ trụ mới lạnh hơn hố đen cỡ MT, và lúc này nó mới bay hơi thành ánh sáng. Các hố đen thiên hà bay hơi vào năm 10³⁴, còn các hố đen siêu thiên hà sẽ bay hơi vào năm 10³⁹. Việc bay hơi nay kéo dài trong rất nhiều tỉ năm vào đến năm 10⁶⁵ thì các hố đen cỡ MT mới bay hơi hết còn các hố đen thiên hà và siêu thiên hà thì phải đợi đến năm thứ 10⁹² và 10¹⁰⁰. Lúc này vũ trụ sẽ chỉ có các tiểu hành tinh, các hành tinh, các sao nơ tơ rôn, sao lùn đen cùng với vũ trụ lạnh giá 10^{-60 độ} vào năm 10¹⁰⁰.

Sắt, đứa con cưng của tự nhiên

Đến thời điểm này chúng ta hãy dừng quan sát vũ trụ ở nấc vĩ mô một chút để chuyển sang quan sát chúng ở tầng vi mô. Chúng ta biết, cơ học lượng tử có tác dụng mạnh ở tầng vi mô. Vào thời điểm 10⁶⁵ năm, lúc mà nhiệt độ của vũ trụ rất gần với nhiệt độ không tuyệt đối, tại nhiệt độ đó, các nguyên tử sẽ đứng yên một chỗ và tạo thành một khối vĩnh cửu. Lúc này hệ quả của cơ học lượng tử là một nguyên tử có năng lượng thấp vẫn có thể nhảy qua hàng rào thế năng bao xung quanh nó. Xác suất để xảy ra điều này rất thấp nhưng với khoảng thời gian lớn không thể tưởng tượng nổi của 10⁶⁵ năm thì nó là đủ dài để các nguyên tử của bất kì nguyên tố nào cũng có thể di chuyển để có dạng hình cầu. Vật chất không chỉ biến thành dạng cầu không đâu mà còn biến dạng về bản chất. Trong tự nhiên, vật chất bền vững nhất là sắt, với hạt nhân của nó gồm 30 neutron và 26 proton. Tất cả các nguyên tố nhẹ hơn thì sẽ bị tổng hợp thành sắt và các nguyên tố nặng hơn cũng sẽ bị phân rã thành sắt. Sắt là đứa con cưng của vũ trụ. Và thời gian để biến tất cả vật chất tồn tại ở dạng các nguyên tố mà ta đã biết phải cần một thời gian rất rất dài cỡ khoảng 10¹⁵⁰⁰ năm mới có thể biến hoàn toàn thành sắt được. Vậy là vào năm 10¹⁵⁰⁰ năm vũ trụ của chúng ta gồm các hố đen cỡ MT, các sao nơ tơ rôn, các sao lùn đen và tất cả phần còn lại của vũ trụ là những quả cầu sắt lang thang vào một vũ trụ với thời gian vô tận phía trước. Nhiệt độ vũ trụ lúc này là 10^-1000 độ.

Neutron - hố đen

Sắt là nguyên tố bền vững nhất trong các nguyên tố nhưng nếu so sánh với neutron thì nó cũng chưa phải là bền nhất. Các proton của sắt sẽ kết hợp với điện tử để chuyển thành neutron và neutrino và tất cả các quả cầu sắt trong vũ trụ đều biến thành các quả cầu neutron. Đến lượt mình, các quả cầu neutron cũng bị thay thế thành các hố đen. Việc chuyển hoá này cũng giải phóng năng lượng và chúng ta có thể hình dung trong đêm tối hoàn hảo của vũ trụ, thỉnh thoảng có một ánh sáng loé lên rồi lại tắt ngấm trong đêm lạnh. Tất cả những điều xảy ra vô cùng chậm chạp, vào cuối giai đoạn này vũ trụ có tuổi là ₁₀10²⁶ (mười mũ mười mũ 26). Để hình dung con số này, chúng ta hãy tưởng tượng là viết chúng lên trên các trang giấy, thì số con số không sau số 1 bằng tất cả số nguyên tử Hydrogen trong hàng trăm tỉ thiên hà mà chúng ta quan sát được. Vũ trụ lúc này chỉ toàn hố đen và neutro còn sót lại.

Loài người tồn tại lâu nhất trong bao nhiêu năm

Chúng ta giả thiết rằng, chúng ta sẽ không chết vì chiến tranh, không bị tuyệt diệt vì một thảm hoạ do va chạm với một tiểu hành tinh nào đó và chúng ta vô cùng thông minh thì loài người tồn tại trong bao nhiêu năm nữa? Cái chết của MT sẽ làm cho hậu duệ của chúng ta phai đi lang thang trong vũ trụ để tìm một MT khác dùng nó làm nguồn năng lượng cung cấp cho sinh hoạt của chúng ta. Và cứ thế, hết MT này đến MT khác loài người sẽ chu du trong vũ trụ. Nhưng những MT cuối cùng trong vũ trụ sẽ hết vào thời điểm 1000 tỉ năm. Lúc này loài người chỉ còn một nguồn năng lượng duy nhất là các hố đen. Các hố đen lúc đó quay rất nhanh, khoảng 1000 vòng/giây. Nếu chúng ta vứt vào hố đen một hạt của nguyên tố phóng xạ thì trước khi rơi vào chân trời sự kiện, hạt đó bị tách thành hai, một hạt sẽ rơi vào hố đen, hạt khác sẽ có thể thoát ra khỏi hố đen với năng lượng lớn hơn năng lượng ban đầu. Chúng ta có thể sử dụng năng lượng này. Việc bù năng lượng này sẽ làm cho hố đen quay chậm đi một chút. Thời kì này đúng vào thời kì mà có rất nhiều ngôi sao thoát ra khỏi thiên hà như đã nói ở trên nên chúng ta, để tránh khỏi bị văng ra khỏi thiên hà, phải tìm những hố đen khác nằm sâu trong thiên hà hơn. Và cái đích cuối cùng chính là hố đen thiên hà, với khối lượng bằng một tỉ khối lượng MT. Hố đen này có kích thước bằng hệ MT hiện nay. Và sau đó cái hố đen này cũng sẽ hết năng lượng, chúng ta phải dùng đến hố đen siêu thiên hà, khối lượng bằng 1000 tỉ khối lượng MT. Nhưng cái hố đen này cũng không quay mãi, nó chậm dần và dừng hẳn. Nhưng vào khoảng năm 10¹⁰⁰ thì chúng ta sẽ không có cơ may nào có thể sống sót được nữa.

Phần kết cho số phận của vũ trụ thật buồn thảm, một vũ trụ nở ra mãi mãi và sẽ lạnh đến nhiệt độ tuyệt đối. Tuy vậy, những suy đoán đó là dựa vào hiểu biết hiện nay của chúng ta về vũ trụ. Nếu mật độ vũ trụ lớn hơn mật độ tới hạn thì chúng ta có thể có một vũ trụ luân hồi, và kịch bản về số phận của vũ trụ sẽ thú vị hơn nhiều, đó là kịch bản mà tôi ưa thích hơn là cái mà tôi đã trình bày trên đây. Nhưng dù là một vũ trụ luân hồi, một vũ trụ dừng hay một vũ trụ giãn nở mãi thì thời gian vẫn là vô tận, và con người vẫn tồn tại, nếu vậy thì mục đích và ý nghĩa của sự tồn tại của con người như thế nào? Phần tiếp sau tôi sẽ trình bày ý kiến cá nhân của tôi về vấn đề đó, và liên hệ nó đến tất cả các hoạt động đang điều khiển hành vi của chúng ta ngày nay.

Những dạng khác của sự sống

Phần trên đã trình bày, sẽ đến một lúc nào đó, năng lượng của thiên nhiên không đủ để loài người duy trì sự tồn tại của mình như ngày nay. Sự sống mà chúng ta chứng kiến cho đến bây giờ là duy nhất, dựa vào phần tử hữu cơ và chuỗi xoắn kép ADN. Liệu dạng sống đó là duy nhất trong vụ trụ? Từ khi xuất hiện thực thể sống đầu tiên đến nay, tuy kéo dài hàng tỉ năm nhưng thời gian đó cũng chỉ là chớp mắt của vũ trụ vì vũ trụ có khoảng thời gian dài vô tận phía trước. Trong thời gian đó, chúng ta thấy được sự tiến hoá, thích nghi đến ngạc nhiên của các thực thể sống. Do vậy chúng ta có cơ sở để hi vọng rằng, với thời gian đủ dài, các thực thể sống hiện nay có thể thích nghi với một vụ trụ có ít năng lượng hơn. Nhà vật lí Dyson cho rằng sự sống của sinh vật có trí tuệ không nhất thiết phải dựa vào một vật liệu cụ thể. Sự sống hiện nay dựa vào các phần tử hữu cơ chủ yếu tạo thành từ carbon, oxygen, hydrogen là do đó là các nguyên tố có nhiều nhất trong vùng vũ trụ của chúng ta và chúng là những nguyên tố có thể tạo ra nhiều hợp chất nhất. Vời thời gian 13,7 tỉ năm sau vụ nổ lớn, chúng ta được chiêm ngưỡng vũ trụ vô cùng đa dạng và phong phú thì không có lí do gì để không tưởng tượng rằng, trong tương lai sẽ có rất nhiều điều tuyệt vời khác mà vũ trụ sẽ đem lại như một dạng thức khác của sự sống mà có thể thích nghi với những điều kiện hoàn toàn xa lạ với những điều kiện mà chúng ta có.

Bóng ma Copernicus

Từ thủa bình minh của loài người, từ khi con người thống trị các loài vật khác, con người tự cho rằng trái đất, vũ trụ này là của mình, để phục vụ mình. Rất nhiều mô hình về vụ trụ ra đời để giải thích vai trò trung tâm của con người trong vũ trụ. Trong số các mô hình đó phải kể đến mô hình địa tâm của Aristotle với giả thuyết trái đất tròn và các hành tinh như MT, Mặt trăng, vòm cầu bằng pha lê điểm những ngôi sao quay xung quanh trái đất là mô hình tồn tại lâu nhất trong lịch sử loài người, kéo dài từ thế kỉ thứ 3 trước công nguyên cho đến thế kỉ thứ 16 sau công nguyên. Trong gần hai ngàn năm đó, cái mô hình đó đã thành chính thống, ăn sâu trong tâm khảm của hàng trăm thế hệ các nhà khoa học. Ấy vậy mà có một nhà khoa học, một người được đánh giá là thiên tài nhất trong tất cả các nhà khoa học từ trước đến nay, đã phá bỏ lối mòn xưa cũ đó đê xây dựng một mô hình mới về vũ trụ, hạ bệ vai trò trung tâm của con người trong vũ trụ, nhà khoa học đó là Copernicus. Việc hạ bệ vai trò con người trong vũ trụ được gọi là bóng ma Copernicus. Rất dũng cảm, Copernicus nêu giả thuyết rằng, trái đất không phải đứng yên mà là trái đất quay xung quay MT, nên nhớ rằng lúc đó người ta chưa biết gì về lực hấp dẫn cả, nên chuyện trái đất quay mà những vật thể trên mình nó không bị rơi ra ngoài vũ trụ mà một điều cực kì vô lí. Sau Copernicus, con người không chỉ biết rằng trái đất quay quanh MT mà bản thân MT cũng chỉ là một ngôi sao bình thường như tỉ tỉ nhũng ngôi sao khác trong thiên hà, và thiên hà này cũng chỉ là một thiên hà bình thường trong hàng tỉ thiên hà trong một đám thiên hà. Đám thiên hà của chúng ta cũng không có gì đặc biệt trong hàng triệu tỉ đám thiên hà của vụ trụ. Bóng ma Copernicus được lặp đi lặp lại nhiều lần, và cuối cùng vai trò của con người sẽ trở thành vô nghĩa trong vũ trụ.

Nguyên lí vị nhân

Bóng ma Copecnic không lặp lại một lần mà lặp lại rất nhiều lần, đang từ vị trí trung tâm của vũ trụ, con người dần bị thu nhỏ lại so với khoảng không bao la của vũ trụ. Sự xuất hiện của sinh vật có trí tuệ chỉ là sự may mắn đầy ngẫu nhiên trong quá trình hình thành và phát triển của vũ trụ mà thôi. Vũ trụ không nhất thiết cần đến sự tồn tại của chúng ta chứ không phải vũ trụ sinh ra để phục vụ chúng ta như chúng ta đã từng nghĩ. Và việc này khiến con người cực kì thất vọng. Nhà bác học Pháp Pascal phải kêu lên lo lắng trước sự im lặng vĩnh cửu của không gian vô hạn. Còn nhà vật lí Mĩ Weinberg nói: "Càng hiểu về vũ trụ thì càng cảm thấy nó vô nghĩa". Cuộc khủng hoảng về vai trò của con người trong vũ trụ cũng tương tự cuộc khủng hoảng về tôn giáo khi con người phải lựa chọn giữa khoa học và tôn giáo. Mỗi người đều có niềm tin tưởng sâu sắc vào khoa học, nhưng khoa học không thể giải thích hết tất cả nên chúng ta đều có một niềm tin tôn giáo, hay đúng hơn có một tín ngưỡng nhất định. Chúng ta hành động như vậy giống như Pascal đã làm trong một cái gọi là sự đánh cuộc của Pascal. Ông nói, "nếu việc tin vào thượng đế mà chẳng mất gì thì tôi sẽ tin vào thượng đế". Đứng trước sự thờ ơ lạnh lẽo của vũ trụ như vậy, chúng ta một lần nữa lại viện ra một giả thuyết để đề cao lại vai trò và vị trí của con người, lấy lại cái mà chúng ta đã bị khoa học là mất đi, đó là nguyên lí vị nhân, nguyên lí chỉ mới phát triển trong vài chục năm gần đây mà thôi. Nguyên lí vị nhân cho rằng, vũ trụ không thờ ơ với sự tồn tại của con người mà có quan hệ chặt chẽ, mật thiết với nhau. Nếu vũ trụ như ngày hôm này mà chúng ta quan sát thì đó là bởi vì đó là do có sự hiện diện của con người ở đây để quan sát nó và đặt ra câu hỏi về nó. Do vậy việc vũ trụ mà chúng ta thấy và sự tồn tại của con người là không thể tách rời. Nguyên lí vị nhân mạnh cho rằng nếu không có con người thì không có vũ trụ, nguyên lí vị nhân yếu cho rằng sự phát triển của vũ trụ là để tiến đến một cấu trúc vật chất mà ở đó vật chất có thể tự ý thức được sự tồn tại của mình.

Cá nhân tôi, khi tìm hiểu về nguyên lí vị nhân mạnh, tôi thấy có vẻ vô lí nhưng khi tìm hiểu về nguyên lí vị nhân yếu thì thấy đây là cái phao để cứu cuộc khủng hoảng niềm tin của mình. Và lúc đó mới nhớ đến vụ đánh cuộc của pascal, và thôi thì hiện tại chưa có gì chắc chắn cho các giả thuyết khác, và nếu tin vào nguyên lí vị nhân mà không mất mát gì nên tôi tin vào nguyên lí vị nhân. Để thấy nguyên lí vị nhân có thể đáng tin hay không, chúng ta hãy lược qua một số các hằng số trong tự nhiên, phần này nói khá rõ trong chương 7 cuốn "Giai điệu bí ẩn" của Trịnh Xuân Thuận. Tôi chỉ có nhiệm vụ lược thuật lại cái mà GS. Thuận viết trong đó mà thôi.

Các hằng số trong tự nhiên

Một vấn đề vật lí được đưa ra, để giải được nó người ta cần hai loại tham số, tham số thứ nhất là giá trị của một số hằng số nhất định, tham số thứ hai thể hiện các điều kiện biên. Ví dụ khi ném một quả bóng, thì muốn biết chuyển động của quả bóng như thế nào thì người ta cần phải biết hằng số hấp dẫn (tham số loại một) và vận tốc, phương hướng, sức cản của không khí (tham số loại hai). Vấn đề cần bàn ở đây là, có bao nhiêu hằng số cơ bản? Số các hằng số cơ bản lại phụ thuộc vào trí tuệ của con người. Ban đầu thì số các hằng số rất nhiều, càng phát triển con người càng giảm số các hằng số đó đi vì một số hằng số không còn là hằng số nữa mà có thể được tính từ các mô hình tổng quát hơn. Nhiệm vụ của các nhà vật lí là phải giảm số các hằng số nói trên. Ví dụ có thể tính toán được tốc độ ánh sáng chẳng hạn. Chúng ta tạm thời chấp nhận chưa trả lời câu hỏi về một lí thuyết không cần dựa trên một hằng số nào mà có thể tính được tất cả các hằng số khác trong vũ trụ thì một câu hỏi khác mà chúng ta cần phải đặt ra là tại sao các hằng số đó lại có giá trị như vậy mà không thể là mớn hơn hay nhỏ hơn. Tại sao con người cao khoảng 1,6 m, tại sao các đỉnh núi trên trái đất lại không có đỉnh núi nào vượt quá 10 km? câu trả lời đó là các hằng số tự nhiên có giá trị như thế chứ không phải thế khác. Số pi là 3,14159 chứ không phải là 10, tốc độ ánh sáng là 300.000 km/s chứ không phải là 3 km/s. Chúng ta sẽ thấy, nếu giá trị của các hằng số tự nhiên mà thay đổi chút xíu thôi thì vũ trụ sẽ không như bây giờ nữa và chúng ta sẽ không thể có mặt trên đời để đặt ra câu hỏi về nó nữa.

Các hằng số của tự nhiên đã điều khiển cuộc sống hàng ngày của chúng ta, chúng xác định kích thước và khối lượng của vật thể , chúng làm cho thế giới như nó đang tồn tại. Điều tưởng như là hiển nhiên này lại phản ánh khả năng lựa chọn vô hạn đối với kích thước và khối lượng mà tự nhiên có trong tay để dựng nên mọi vật trong vũ trụ. Cho tới ngày nay, người ta biết đến 15 hằng số trong vũ trụ, 15 hằng số đó quyết định đến tất cả các thứ bậc trong vũ trụ, từ nguyên tử bé nhỏ cho đến cá thiên hà, cũng chính những hằng số này qui định chiều cao của con người, chiều cao của các ngọn núi, sự di chuyển của trái đất tạo ra ngày và đêm.

Thăng tiến của vật chất - sinh vật có trí tuệ

Chúng ta bị giới hạn về nhận thức ở lân cận Vụ nổ lớn, sự giới hạn đó, giống như giới hạn về nhận thức cảm giác, đó là do nguyên lí bất định trong ơ học lượng tử. Đó là giới hạn 10^-43 giây. Từ khi Vụ nổ bắt đầu cho đến lúc đó, chúng ta không thể biết được. Chấp nhận như vậy nên chúng ta tìm hiểu vũ trụ từ 10^-43 giây trở đi, nhiệt độ (T) của vũ trụ mà 10³² K và kích thước của nó bằng đầu chiếc kim. Ở 10^-35 đến 10^-32 giây là giai đoạn lạm phát của vũ trụ, là giai đoạn mà vũ trụ tăng kích thước lên nhanh nhất. Sự giãn nở của vũ trụ ở giai đoạn lạm phát nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Tuy vậy nó cũng chỉ to bằng quả cam mà thôi. Lúc này vũ trụ gồm quark, điện tử, neutrino, ánh sáng, tất cả chúng đều được tạo từ chân không mà ra. Sau đó là các quá trình rất phức tạp diễn ra giữa ánh sáng, quark, neutrino và các hạt-phản hạt để tạo ra helium, hydrogen, những nguyên tố đầu tiên trong vũ trụ. Do helium rất bền vững nên việc tổng hợp các nguyên tố nặng hơn để có thể hình thành sự sống rất khó khăn. Nhưng tự nhiên đã làm được điều đó, sau khi các nguyên tố nặng được tạo thành trong tâm các ngôi sao do lực hấp dẫn cung cấp năng lượng để làm điều đó. Nhưng các nguyên tố nặng mà bị trói chặt trong các ngôi sao thì cũng chẳng thể có sự sống được vì nhiệt độ quá cao. Và lần nữa vụ trụ lại tạo ra vụ nổ của các sao siêu mới (supernova), hất tung những nguyên tố nặng này vào vũ trụ, các đám bụi gồm các nguyên tố nặng sau đó sẽ tạo thành các hành tinh như trái đất mà trên đó, sau hàng tỉ năm, với sự tiến hoá tuyệt vời các loài vật được sinh ra trong đó có con người, sinh vật phát triển cao nhất.

Chúng ta tin tưởng hơn?

Chúng ta đã từng tin rằng, thế giới này tạo ra cho chúng ta, của riêng ta, ta là trung tâm. Niềm tin đó bị lung lay tận gốc rễ khi bóng ma Copernicus cứ lảng vảng chập chờn và làm cho ta thất vọng, chán nản khi biết rằng chúng ta chỉ là con rơi con vãi của vụ trụ và sự hiện diện của chúng ta không được người cha quan tâm chú ý dẫn đến cuộc khủng hoảng niềm tin vào mục đích và ý nghĩa của toàn bộ loài người. Nhưng may thay, đã có một cứu cánh, đó là nguyên lí vị nhân, nêu lên rằng, chúng ta không phải là con rơi, con vãi, tự nhiên làm tất cả những điều kì diệu đó là để có chúng ta bởi vì tất cả các qui luật của vụ trụ, càc hằng số đều được tạo ra với một hiệu chỉnh cực kì chính xác, độ chính xác của chúng, đến bây giờ tôi vẫn thấy ngỡ ngàng. Và nếu vậy chúng ta có thể tìm hiểu sâu hơn về vấn đề đó và những phương pháp trước đây của phương Tây không còn áp dụng được nữa, tư duy phương Đông sẽ tìm thấy chỗ đứng của mình. "Vũ trụ được tạo ra như vậy là để có chúng ta" đó phải chăng là mục đích của vũ trụ? Tuy chưa chắc nhưng tôi tin vào điều đó.

BY DA TRACH

Ảnh đẹp vũ trụ

Hình ảnh mô phỏng của chuẩn tinh ULAS J1120 0641, với lỗ đem lớn gấp 2 tỷ lần so với Mặt trời của chúng ta. Chuân tinh này được cho là tồn tại những lỗ đen đang hoạt động mạnh mẽ, phát ra những luồng sáng cực mạnh.

Hình ảnh bắc cực quang được ghi lại ở Yukon, Canada vào đầu tháng 5 vừa qua. Ảnh:TWAN.

Kính thiên văn Hubble chụp lại hai vật thể sáng – một phần của một tinh vân vừa mới được sinh ra, được cơ quan vũ trụ châu Âu gọi là IRAS 13208-6020. Ảnh: ESA/NASA.