Đại Sử – Từ Vụ Nổ Lớn Đến Hiện Tại – Đọc sách online ebook pdf

1. Sự hình thành vũ trụ

(cách đây 13,7 – 4,6 tỉ năm)

Tất cả chúng ta đang quay tròn trong không gian trên một hành tinh nhỏ bé, mỗi ngày ta được tắm nắng và sưởi ấm bởi ngôi sao gần bên mà người ta vẫn gọi là Mặt trời. Mỗi ngày, chúng ta du hành 3,2 triệu km quanh trung tâm dải Ngân hà, trong khi chính dải Ngân hà cũng di chuyển trong vũ trụ bao gồm hơn 100 tỉ thiên hà, mỗi thiên hà có khoảng 100 tỉ ngôi sao.

Vũ trụ mà chúng đang trôi dạt trên đó khởi đầu cách đây 13,7 tỉ năm như một cái chấm nhỏ; kể từ lúc ấy, nó nở to dần trong khi nhiệt độ thì liên tục giảm xuống. Vũ trụ của chúng ta bao gồm ít nhất bốn chiều, ba chiều không gian và một chiều thời gian, điều đó có nghĩa rằng không gian và thời gian có liên hệ với nhau. Tại thời điểm này, kích thước của vũ trụ mà chúng ta quan sát được là 13,7 tỉ năm ánh sáng trên mỗi chiều không gian và 13,7 tỉ năm đối với chiều thời gian, vẫn tiếp tục tăng lên trong khi tôi viết và lúc các bạn đang đọc những dòng chữ này.

Kể từ khi loài người hình thành, con người luôn ngước nhìn những đốm sáng trên bầu trời đêm với lòng khâm phục và sùng kính. Họ tìm hiểu xem có thể làm gì khi quan sát trực tiếp bầu trời và sử dụng kiến thức này để tính toán khi di chuyển trên đất liền hoặc trên biển. Tuy nhiên, nếu không có công cụ đặc biệt, con người không thể biết nhiều điều về nguồn gốc của vũ trụ bao la cũng như bản chất của vật chất, bởi vì kích thước của vũ trụ và vật chất khác biệt rất xa so với những đồ vật cụ thể mà họ tiếp xúc hàng ngày. Đến cuối thế kỷ 20, các nhà khoa học đã chế tạo ra những công cụ để chúng ta có thể bắt đầu quan sát không gian vô tận cũng như thế giới vật chất nhỏ bé. Kiến thức về hai thế giới này gần đây tăng lên vô cùng nhanh chóng. Ngày nay, ai cũng có thể hiểu rõ về vũ trụ kỳ diệu, ngôi nhà của chúng ta, nếu chúng ta phát huy trí tưởng tượng và nghiên cứu những tấm ảnh chụp hoặc sơ đồ sẵn có.

Mù mờ và sáng tỏ, mờ ảo và rõ ràng

TẤT CẢ BẮT ĐẦU bằng một sự kiện phi thường: vụ nổ lớn (the big bang). (Cái tên này do nhà vật lý thiên văn người Anh Fred Hoyle đưa ra trong một chương trình phát thanh trên đài BBC vào năm 1952). Vũ trụ bùng phát từ một điểm duy nhất, có lẽ bằng kích thước của một nguyên tử, trong đó tất cả vật chất, năng lượng, không gian và thời gian được dồn nén đậm đặc ngoài sức tưởng tượng. Không gian đang bị nén lan ra như sóng thuỷ triều, trải rộng về mọi phía và nguội dần, mang theo vật chất và năng lượng cho đến tận ngày nay. Sức mạnh của vụ nổ đầu tiên đủ để thổi bay một trăm tỉ thiên hà qua 13,7 tỉ năm và ảnh hưởng của nó vẫn còn tiếp tục. Vũ trụ mở vẫn đang tiếp tục thành hình.Sự bùng phát này diễn ra ở đâu? Mọi nơi, kể cả nơi mỗi chúng ta đang tồn tại. Lúc ban đầu, mọi điểm mà chúng ta thấy phân cách hiện nay đều khởi nguồn từ một nơi.

Vũ trụ khởi đầu là “plasma vũ trụ”, một chất đồng nhất vô cùng nóng đến nỗi người ta chưa biết được cấu trúc của nó. Vật chất và năng lượng chuyển hoá qua lại ở nhiều triệu tỉ độ C; chưa ai biết đó là năng lượng gì, nhưng vật chất là năng lượng ở trạng thái nghỉ. Khi vũ trụ nguội đi, những phần tử nhỏ nhất của vật chất mà hiện nay chúng ta biết đến, quark, bắt đầu liên kết lại với nhau thành từng nhóm ba hạt một, tạo thành cả proton và neutron (xem Hình 1.2). Việc này xảy ra vào khoảng một phần trăm ngàn giây sau vụ nổ lớn, khi nhiệt độ đã xuống đến mức nóng hơn nhân của Mặt trời khoảng một triệu lần. Một phần trăm giây sau đó, những proton và neutron bắt đầu kết hợp lại với nhau để hình thành cái mà sau này là nhân của hai nguyên tố nhẹ nhất, hydrogen và helium.Chưa hết một giây, bốn lực căn bản tác động lên vật chất ra đời: lực hấp dẫn, lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu. Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong bốn lực vừa kể. Newton mô tả nó bằng Định luật Vạn vật hấp dẫn, còn Einstein dùng Thuyết Tương đối rộng, nhưng hiện vẫn chưa thể định nghĩa được chắc chắn. Lực điện từ là tổng hợp của lực điện và từ lực. Lực hạt nhân mạnh, mạnh nhất trong số bốn lực, có nhiệm vụ nhốt quark bên trong proton và neutron, và giữ proton và neutron ở bên trong hạt nhân nguyên tử. Lực hạt nhân yếu điều khiển sự phân rã hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ. Các nhà khoa học tin rằng tất cả bốn lực trên đều là thành phần của một lực chung, nhưng họ vẫn chưa thể xây dựng được một lý thuyết thống nhất.