Vào thế kỷ 17, Isaac Newton đã đặt nền móng cho lý thuyết trọng lực đầu tiên với định luật vạn vật hấp dẫn. Theo đó, mọi vật thể có khối lượng đều thu hút lẫn nhau bằng một lực tức thời. Tuy nhiên, khi thuyết tương đối hẹp ra đời, giới khoa học nhận ra rằng những quan sát viên khác nhau sẽ có những góc nhìn khác nhau về khoảng cách, khiến lý thuyết của Newton không còn hoàn chỉnh.
Đến năm 1915, Albert Einstein công bố thuyết tương đối tổng quát, tạo ra một cuộc cách mạng thực sự. Ông chỉ ra rằng không gian và thời gian không hề cố định mà gắn kết chặt chẽ với nhau thành không-thời gian, và thực thể này sẽ uốn cong dựa trên sự hiện diện của vật chất và năng lượng. Thế nhưng, khi Einstein áp dụng lý thuyết này vào quy mô toàn vũ trụ, một vấn đề lớn đã nảy sinh.
Trọng lực và bài toán về một vũ trụ không ổn định
Trọng lực là một lực có xu hướng kéo mọi thứ lại gần nhau một cách không kiểm soát. Hãy tưởng tượng những tảng đá lớn nằm chênh vênh trên đỉnh những tháp đá hẹp ở hẻm núi Bryce Canyon. Nếu tảng đá bị xê dịch dù chỉ một chút khiến trọng tâm không còn nằm trên tháp đá, nó sẽ đổ sập ngay lập tức.
Vũ trụ không chỉ giãn nở đồng đều mà còn có những sự không đồng nhất nhỏ về mật độ bên trong, cho phép chúng ta hình thành các ngôi sao, thiên hà và cụm thiên hà theo thời gian. Việc thêm các sự không đồng nhất về mật độ vào một nền đồng nhất là điểm khởi đầu để hiểu được vũ trụ trông như thế nào ngày nay.
Vũ trụ cũng hoạt động theo cách tương tự. Nếu bạn rải vật chất một cách hoàn hảo trong không gian, bạn sẽ tạo ra một trạng thái cân bằng không ổn định. Chỉ cần một tác động nhỏ nhất, vật chất sẽ bắt đầu tụ lại và dẫn đến sự sụp đổ không thể ngăn cản. Điều này xảy ra vì trọng lực luôn là lực hút. Một vùng không gian có mật độ cao hơn sẽ hút vật chất xung quanh mạnh hơn, và quá trình này sẽ không bao giờ dừng lại cho đến khi tạo thành một hố đen.
Bản thân Einstein vào thời điểm đó chưa biết nhiều sự thật về vũ trụ mà chúng ta coi là hiển nhiên ngày nay. Ông không biết rằng những tinh vân mờ nhạt thực chất là các thiên hà độc lập, hay dải Ngân Hà không phải là toàn bộ vũ trụ.
Trong tâm trí ông, vũ trụ là một sự phân bố vật chất gần như đồng nhất và luôn tĩnh lặng theo thời gian. Đây chính là mâu thuẫn lớn. Nếu thuyết tương đối tổng quát đúng, một vũ trụ tĩnh lặng và đồng nhất sẽ không thể tồn tại ổn định. Để giải quyết vấn đề này, Einstein đã đưa thêm một thành phần vào phương trình của mình, đó là hằng số vũ trụ.
Sự ra đời của hằng số vũ trụ và cơ hội bị bỏ lỡ
Einstein đã sử dụng hằng số vũ trụ như một công cụ hỗ trợ để tạo ra một loại áp suất âm, đẩy không gian ra xa nhằm chống lại lực hút của trọng lực. Bằng cách điều chỉnh hằng số này đến một giá trị chính xác, ông có thể tạo ra sự cân bằng để giữ cho vũ trụ đứng yên.
Sự tiến hóa của cấu trúc quy mô lớn trong Vũ trụ, từ trạng thái đồng nhất ban đầu đến Vũ trụ phân bố thành các cụm mà chúng ta biết ngày nay. (Sự giãn nở mà chúng ta biết được thể hiện theo tỷ lệ). Khi chúng ta di chuyển từ thời kỳ đầu (bên trái) đến thời kỳ sau (bên phải), bạn có thể thấy sự sụp đổ hấp dẫn đã định hình Vũ trụ như thế nào.
Tuy nhiên, đây là một giải pháp không thỏa đáng vì nó vẫn không bền vững. Chỉ cần một biến động nhỏ, sự cân bằng này sẽ bị phá vỡ và dẫn đến sự sụp đổ hoặc giãn nở không kiểm soát. Thực tế là không phải Einstein mà chính Alexander Friedmann cùng những nhà khoa học khác như Georges Lemaître đã tìm ra lời giải chính xác vào những năm 1920.
Dựa trên dữ liệu dịch chuyển đỏ của Vesto Slipher và các phép đo khoảng cách của Edwin Hubble, chúng ta nhanh chóng nhận ra rằng các thiên hà đang rời xa chúng ta. Vũ trụ thực sự đang giãn nở. Nếu vũ trụ giãn nở, nó không hề tĩnh lặng, và do đó không cần đến một hằng số vũ trụ để ngăn nó sụp đổ.
Chính nhà thiên tài Einstein đã thừa nhận giả định về một vũ trụ tĩnh lặng là một sai lầm và gọi hằng số vũ trụ là “sai lầm lớn nhất đời tôi”. Nếu ông tin tưởng vào những gì các phương trình ban đầu của mình mách bảo, ông đã có thể tiên đoán về sự giãn nở của vũ trụ trước khi nó được quan sát thấy.
Ý nghĩa của hằng số vũ trụ trong bối cảnh hiện đại
Ngày nay, cộng đồng khoa học đồng ý rằng có một hiệu ứng đang thúc đẩy sự giãn nở của vũ trụ nhanh dần theo thời gian, đó là năng lượng tối. Dù năng lượng tối có những đặc tính tương đồng với hằng số vũ trụ của Einstein, nhưng ý nghĩa lịch sử vẫn không thay đổi. Einstein không hề đúng theo cách mà nhiều người thường ca ngợi.
Hằng số vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay không phải để giữ cho vũ trụ ổn định như ý định ban đầu của ông. Thay vào đó, nó đang phá vỡ sự cân bằng và đẩy các thiên hà ra xa nhau với tốc độ ngày càng lớn.
Hình minh họa này thể hiện lịch sử Vũ trụ của chúng ta, từ Vụ Nổ Lớn đến hiện tại, trong bối cảnh Vũ trụ đang giãn nở. Hình dạng “sừng” ở cuối tượng trưng cho tốc độ giãn nở gia tốc do năng lượng tối gây ra, ảnh hưởng đến sự giãn nở của Vũ trụ một cách tổng quát; nó không chấp nhận một Vũ trụ tĩnh.
Vũ trụ của chúng ta vốn dĩ không ổn định; nó đã phát triển từ một trạng thái ban đầu cực nóng, đậm đặc sang một không gian lạnh lẽo và đầy rẫy các thiên hà như hiện nay. Einstein đã bỏ lỡ toàn bộ bức tranh vĩ đại đó chỉ vì ông khăng khăng muốn vũ trụ phải đứng yên. Ông đã ép các phương trình phải phục vụ cho những giả định sai lầm của mình thay vì lắng nghe sự thật từ chúng. Sự trở lại của hằng số vũ trụ trong vật lý hiện đại thực chất là để giải thích một hiện tượng mà Einstein đã vô tình che lấp trong quá khứ.
Nguồn: Forbes
Nguồn: https://kenh14.vn/sai-lam-lon-nhat-cua-einstein-215261403223717886.chn
