Các Thế giới Song song

Vũ trụ học nghiên cứu vũ trụ như một khối tổng thể, bao gồm sự ra đời của nó và có lẽ cả số phận cuối cùng của nó. Không có gì đáng ngạc nhiên là nó đã trải qua nhiều biến đổi trong sự phát triển chậm chạp và gian truân của mình, một sự phát triển thường bị giáo điều và mê tín dị đoan che phủ.

Cuộc cách mạng đầu tiên trong vũ trụ học gắn liền với sự phát minh ra kính viễn vọng vào thế kỷ 17. Với sự trợ giúp của kính viễn vọng, Galileo Galilei, tiếp bước các nhà thiên văn lớn như Nicolaus Copernicus và Johannes Kepler, lần đầu tiên đã mở cánh cửa trời cao cho những khám phá khoa học nghiêm túc. Đỉnh cao thành tựu trong giai đoạn đầu tiên này của vũ trụ học là công trình của Isaac Newton, với các định luật cơ bản chi phối sự chuyển động của các thiên thể. Giờ đây các quy luật của các thiên thể không còn được gán cho các thế lực tà thuật và thần bí, mà tuân theo các lực có thể tính toán được và có thể tái lập được.

Cuộc cách mạng thứ hai trong vũ trụ học đã được khởi đầu bằng việc phát minh và xây dựng các kính viễn vọng đồ sộ trong thế kỷ 20, chẳng hạn như kính viễn vọng trên núi Wilson có một chiếc gương phản chiếu rất lớn với đường kính 2,5 m. Trong thập niên 1920, nhà thiên văn Edwin Hubble đã sử dụng kính viễn vọng khổng lồ này để lật đổ hàng thế kỷ giáo điều từng tuyên bố rằng vũ trụ là tĩnh tại và vĩnh cửu, bằng cách chứng minh rằng các thiên hà trên bầu trời đang rời xa Trái Đất với vận tốc khủng khiếp - điều đó có nghĩa là vũ trụ đang dân nở. Điều này đã xác nhận các kết quả của thuyết tương đối rộng của Einstein, trong đó cấu trúc của không-thời gian, tưởng như là phẳng và tuyến tính, lại là động và cong. Điều này đã đưa ra giải thích hợp lý đầu tiên về nguồn gốc của vũ trụ, rằng vũ trụ đã khỏi đầu bằng một vụ nổ cực kỳ mãnh liệt được gọi là “vụ nổ lớn" (big bang), đã làm bắn các ngôi sao và thiên hà ra phía ngoài trong không gian. Với công trình tiên phong của George Gamow và các cộng sự của ông về thuyết vụ nổ lớn và Fred Hoyle về nguồn gốc của các nguyên tố, những bộ khung nền tảng phác thảo nên sự tiến hóa của vũ trụ đã được xây dựng.

Cuộc cách mạng thứ ba đang diễn ra hiện nay (2004 - năm xuất bản cuốn sách Các thế giới song song). Nó chỉ mới khoảng năm năm tuổi. Nó đã được mở ra bằng một bộ các công cụ mới với công nghệ cao, như vệ tinh không gian, thiết bị laser, thiết bị dò sóng hấp dẫn, kính viễn vọng tia X và siêu máy tính tốc độ cao. Bây giờ chúng ta còn có các dữ liệu có căn cứ nhất về bản chất của vũ trụ, bao gồm cả tuổi của nó, thành phần của nó, và có lẽ thậm chí cả tương lai và kết cục của nó.

Các nhà thiên văn hiện nay cho rằng vũ trụ đang dãn nở theo phương thức tản ra xa, đang tăng tốc vô hạn định và đang trở nên ngày càng lạnh lẽo hơn theo thời gian. Nếu điều này tiếp tục, chúng ta phải đối mặt với một viễn cảnh của một “vụ đóng băng lớn”, khi ấy vũ trụ rơi vào tăm tối và giá lạnh, và toàn bộ sự sống có trí tuệ sẽ biến mất.

Cuốn sách này viết về cuộc cách mạng lớn thứ ba này. Nó khác với hai cuốn sách trước đó của tôi về vật lý, Beyond Einstein (Vượt lên trên Einstein) và Hyperspace (Siêu không gian), đã giúp giới thiệu với công chúng những khái niệm mới về các chiều bậc cao và thuyết siêu dây. Trong Các thế giới song song, thay vì tập trung vào không-thời gian, tôi tập trung vào các phát triển mang tính cách mạng trong vũ trụ học đang diễn ra trong vài năm gần đây, dựa trên bằng chứng mới từ các phòng thí nghiệm trên thế giới và các phạm vi không gian xa nhất vươn tới được, cùng với những đột phá mới trong vật lý lý thuyết. Ý định của tôi là độc giả có thể đọc và nắm bắt nó mà không cần bất kỳ sự làm quen trước đó nào với vật lý hay vũ trụ học.

Trong phần một của cuốn sách, tôi tập trung vào việc nghiên cứu vũ trụ, tổng kết các tiến bộ đã thực hiện trong giai đoạn đầu của vũ trụ học, mà đỉnh cao là một thuyết được gọi là “vũ trụ lạm phát", là thuyết tới nay cung cấp cho chúng ta hiểu biết rõ ràng và tiên tiến nhất của thuyết vụ nổ lớn. Trong phần hai, tôi đặc biệt tập trung vào thuyết đa vũ trụ đang nổi lên, theo đó một thế giới được tạo thành từ nhiều vũ trụ, trong đó vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong số đó, và thảo luận về khả năng có những lỗ giun, các độ cong của không gian và thời gian, và các chiều bậc cao có thể kết nối chúng như thế nào. Thuyết siêu dây và thuyết M đã cho chúng ta những bước tiến quan trọng đầu tiên vượt xa thuyết ban đầu của Einstein; chúng đưa ra bằng chứng thêm nữa rằng vũ trụ của chúng ta có thể chỉ là một trong số rất nhiều vũ trụ. Cuối cùng, trong phần ba, tôi thảo luận về vụ đóng băng lớn và điều mà hiện nay các nhà khoa học coi như là sự kết thúc của vũ trụ của chúng ta. Tôi cũng đưa ra một thảo luận nghiêm túc, mặc dù chỉ có tính chất suy đoán, về việc một nền văn minh tiên tiến trong tương lai xa xăm có thể sử dụng các định luật vật lý để rời bỏ vũ trụ của chúng ta sau hàng nghìn tỉ năm nữa và tiến vào một vũ trụ khác, hiếu khách hơn để bắt đầu quá trình tái sinh, hoặc để đi ngược trở lại thời gian khi vũ trụ từng ấm áp hơn như thế nào.

Với sự tràn ngập các dữ liệu mới mà chúng ta đang thu nhận ngày nay, với các công cụ mới như các vệ tinh không gian có thể quét qua bầu trời, các thiết bị dò sóng hấp dẫn mới và với các cỗ máy đập vỡ nguyên tử mới có kích thước cỡ một thành phố sắp sửa hoàn thành, các nhà vật lý cảm thấy rằng chúng ta đang tiến vào giai đoạn có thể coi là thời kỳ hoàng kim của vũ trụ học. Nói tóm lại, đó là thời gian tuyệt vời để vừa là một nhà vật lý vừa là một nhà du hành trong cuộc truy tìm này để hiểu rõ nguồn gốc của chúng ta và số phận của vũ trụ.