Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học không ngừng mở rộng tầm hiểu biết về vũ trụ bằng những công nghệ quan sát tiên tiến.
Theo BBC Science Focus, khi quan sát những thiên hà xa xôi, nơi ánh sáng của chúng phải mất hàng tỷ năm mới đến được Trái Đất, họ thực chất đang nhìn lại thời kỳ sơ khai của vũ trụ.
Tuy nhiên, con người chỉ có thể nhìn ngược về quá khứ đến một giới hạn nhất định.
Những ngôi sao đầu tiên chỉ bắt đầu tỏa sáng sau hàng trăm triệu năm kể từ khi vũ trụ ra đời.
Càng nhìn xa hơn, dấu vết của những gì xảy ra trước đó càng bị "xóa nhòa" bởi ánh sáng của các vụ nổ sao và va chạm thiên hà diễn ra sau này.
Đi xa hơn nữa, ngay cả những dấu vết ấy cũng biến mất trong chính Vụ Nổ Lớn (Big Bang) đã khai sinh ra vũ trụ.
Vụ Nổ Lớn xảy ra cách đây khoảng 13,8 tỷ năm trước (Ảnh minh họa).
Thay vì tìm kiếm trong quá khứ, có lẽ câu trả lời lại nằm ở tương lai.
Bằng cách hiểu được sự kết thúc của vũ trụ, chúng ta có thể lần ra manh mối về khởi nguyên của nó.
Khi tương lai tiết lộ quá khứ
GS Henry Tye (ĐH Cornell, Mỹ) một trong những nhà vật lý lý thuyết đang cố gắng dự đoán số phận cuối cùng của vũ trụ.
Dựa trên những quan sát mới nhất, ông và các cộng sự đã xây dựng mô phỏng chi tiết, rồi "chạy ngược thời gian" hàng tỷ năm để xem điều gì sẽ xảy ra.
Mô phỏng bắt đầu từ Vụ Nổ Lớn, sự kiện khởi sinh vũ trụ cách đây 13,8 tỷ năm.
Theo hiểu biết hiện nay, không gian từ đó đến nay không ngừng giãn nở, đẩy các thiên hà ngày càng xa nhau.
Ban đầu, giới khoa học tin rằng sự giãn nở này sẽ dần chậm lại khi năng lượng cạn dần, dẫn đến hai kịch bản có thể xảy ra:
"Vụ Co Lớn" (Big Crunch), khi lực hấp dẫn đủ mạnh để kéo mọi thứ co lại, khiến vũ trụ sụp đổ về một điểm duy nhất.
"Vụ Đóng Băng Lớn" (Big Freeze), khi vũ trụ giãn nở mãi, các thiên hà và vật chất tách rời đến mức không còn hình thành sao hay hành tinh mới, dẫn đến cái chết lạnh lẽo vĩnh cửu.
Vào cuối thập niên 1990, các nhà thiên văn phát hiện điều ngược lại khi vũ trụ không hề chậm lại mà đang giãn nở nhanh hơn bao giờ hết.
Một thứ gì đó bí ẩn đang đẩy không gian ra xa hơn và khái niệm "năng lượng tối" (dark energy) ra đời.
Năng lượng tối hoạt động đối lập với lực hấp dẫn và chịu trách nhiệm thúc đẩy sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ (Ảnh: Shutterstock).
"Khoảng 70% vật chất trong vũ trụ của chúng ta là năng lượng tối", GS Tye nói.
Giới vũ trụ học vẫn chưa biết chính xác năng lượng tối là gì, nhưng giả thuyết hàng đầu cho rằng nó liên quan đến đặc tính cơ bản của không gian trống rỗng.
Trong các phương trình, họ đưa năng lượng tối vào dưới dạng "hằng số vũ trụ học" (cosmological constant), biểu thị mức năng lượng của không gian ngay cả khi dường như chẳng có gì trong đó.
Khái niệm bất biến bị thách thức
Theo lý thuyết, hằng số vũ trụ học phải bất biến.
Nếu vậy, ảnh hưởng của năng lượng tối phải giống nhau trong suốt lịch sử vũ trụ, nhưng những quan sát mới lại cho thấy điều ngược lại.
Dự án khảo sát Năng lượng Tối (DES) và Thiết bị Quang phổ Năng lượng Tối (DESI) đã đo vị trí của hàng triệu thiên hà để lập bản đồ 3D vũ trụ.
Kết quả cho thấy năng lượng tối có thể đã thay đổi theo thời gian.
Điều đó có nghĩa là hằng số vũ trụ không phải lúc nào cũng bất biến như chúng ta nghĩ, hoặc có điều gì đó khác đang tác động.
Giả thuyết axion và "vũ trụ lật ngược"
Để lý giải điều này, nhóm của Tye đã sử dụng dữ liệu DES và DESI để phát triển giả thuyết riêng, gọi là axion có thể là "động cơ" thực sự đằng sau sự giãn nở của vũ trụ.
Hạt axion cực kỳ khó phát hiện vì chỉ tương tác với vật chất thông qua trọng lực.
Hạt axion có thể tạo nên hầu hết vật chất trong vũ trụ của chúng ta, tạo thành bộ xương vô hình của các thiên hà (Ảnh: Scitechdaily).
Theo mô hình của nhóm, hằng số vũ trụ học vẫn là một hằng số, nhưng axion cũng tham gia vào quá trình giãn nở.
Trong giai đoạn đầu của vũ trụ, axion chiếm ưu thế. Khi không gian giãn ra, chúng bị "kéo dãn" và ảnh hưởng yếu dần, khiến năng lượng tối có vẻ như đang thay đổi theo thời gian.
Điều thú vị là nhóm Tye cho rằng hằng số vũ trụ học có giá trị âm, nghĩa là nó không đẩy vũ trụ ra xa mà đang cố kéo mọi thứ lại gần.
Khi axion bị phân tán đến mức không còn chi phối, hằng số này sẽ "phản công", kéo toàn bộ vũ trụ co lại.
"Trong lý thuyết của chúng tôi, vũ trụ vẫn đang giãn nở với tốc độ tăng", đồng tác giả nghiên cứu cho biết.
Giai đoạn "co lại" chỉ bắt đầu sau khoảng 11 tỷ năm nữa, và Vụ Co Lớn có thể xảy ra khoảng 8 tỷ năm sau đó.
Sau Vụ Co Lớn, điều gì xảy ra tiếp theo?
Khi mọi vật chất bị nén lại, cơ học lượng tử bắt đầu đóng vai trò quan trọng không kém thuyết tương đối.
Tuy nhiên, cho đến nay các nhà vật lý vẫn chưa tìm ra cách để hai lý thuyết này "hòa hợp".
Không có sự kết nối đó, con người không thể biết chính xác điều gì sẽ xảy ra sau khi vũ trụ co lại.
Một số nhà vũ trụ học đưa giả thuyết "Vụ Nảy Lớn" (Big Bounce), sau mỗi lần co sụp, vũ trụ lại bùng nổ lần nữa, hình thành một chu kỳ nở ra, co lại bất tận.
