Vũ trụ bắt nguồn từ hố đen, không phải Big Bang?

Từ lâu, con người vẫn tin rằng Big Bang – vụ nổ lớn cách đây hơn 13,8 tỷ năm – chính là khoảnh khắc khai sinh ra toàn bộ vũ trụ. Thế nhưng, một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Physical Review D đã đặt ra một giả thuyết đầy táo bạo: có thể vũ trụ của chúng ta không bắt đầu từ Big Bang, mà là từ một hố đen.

Theo bài phân tích đăng trên The Conversation, nhóm các nhà khoa học đề xuất ý tưởng rằng vũ trụ thực chất là kết quả của một hiện tượng gọi là cosmic bounce (vũ trụ nảy bật). Thay vì bắt đầu từ một điểm kỳ dị (singularity) với mật độ và nhiệt độ vô hạn như trong lý thuyết Big Bang, vũ trụ được cho là đã trải qua một pha co sập cực mạnh – tương tự như cách các ngôi sao sụp đổ để trở thành hố đen. Nhưng nhờ vào cơ học lượng tử, quá trình sụp đổ không tiếp diễn mãi mà dừng lại và… nảy bật ra.

Nảy bật thay vì nổ tung

Cốt lõi của lý thuyết mới nằm ở nguyên lý loại trừ Pauli, một nguyên lý cơ bản trong vật lý lượng tử, vốn nói rằng không thể có hai hạt fermion giống hệt nhau cùng tồn tại trong một trạng thái lượng tử. Điều này đặt ra một giới hạn tự nhiên cho sự co sập của vật chất. Khi đạt tới giới hạn ấy, vũ trụ không thể tiếp tục sụp đổ, buộc phải đảo chiều và giãn nở trở lại.

Các nhà nghiên cứu khẳng định, “hiện tượng nảy bật không chỉ có thể xảy ra, mà còn không thể tránh khỏi nếu đủ điều kiện.” Đây chính là điểm khác biệt căn bản với khái niệm kỳ dị của Big Bang, nơi mọi định luật vật lý đều… bó tay.

Mô hình này phân tích sự sụp đổ của một khối lượng lớn M, với kích thước ban đầu χ_* nằm trong một không gian cong được xác định bởi tham số k ≡ 1/χₖ² ≤ 1/χ_*². Bên trong khối vật chất này, mọi thứ được giả định như một chất lỏng hoàn hảo, chuyển từ trạng thái bụi không áp suất (P = 0) sang một mật độ năng lượng ổn định ρG. Kết quả là vũ trụ “nảy bật” ở bán kính R_B = (8πGρG / 3)^−1/2.

Sau cú nảy bật, vũ trụ bước vào giai đoạn giãn nở cực nhanh, giống với thời kỳ lạm phát (inflation) trong mô hình chuẩn của vũ trụ học. Thậm chí, áp suất P(ρ) trong mô hình mới đóng vai trò tương tự như thế năng lạm phát, tạo ra sự giãn nở và về sau là năng lượng tối (dark energy) chi phối vũ trụ ngày nay.

Bằng chứng nào cho ý tưởng táo bạo?

Mô hình “vũ trụ hố đen” dự đoán không gian có độ cong dương nhẹ, cụ thể giá trị Ωₖ được tính ra trong khoảng −0,07 ± 0,02. Đây có thể là manh mối quan trọng để các sứ mệnh vũ trụ tương lai kiểm chứng, như Euclid – dự án đang được ESA triển khai nhằm đo lường chính xác hình học vũ trụ và bản chất của năng lượng tối.

Bên cạnh đó, các dự án như Arrakihs sẽ quan sát những cấu trúc mờ nhạt trong vũ trụ, bao gồm quầng sao và các thiên hà vệ tinh. Các nhà khoa học tin rằng, một số vật thể đặc tồn tại trong vũ trụ hiện nay, có thể chính là tàn dư của những hố đen đã “sống sót” qua pha nảy bật.

Vũ trụ tuần hoàn?

Nếu giả thuyết trên chính xác, Big Bang không phải khởi đầu tuyệt đối. Thay vào đó, vụ nổ lớn chỉ là khoảnh khắc bắt đầu một chu kỳ mới của vũ trụ, bên trong một hố đen được hình thành từ một vũ trụ lớn hơn. Nói cách khác, “chúng ta không chứng kiến sự khai sinh của tất cả từ hư vô, mà chỉ đang nhìn thấy sự tiếp diễn của một chu kỳ vũ trụ,” The Conversation viết.

Dù còn nhiều tranh cãi, ý tưởng này đã mở ra một hướng nhìn mới mẻ: Vũ trụ có thể không hề bắt đầu từ hư không, mà từ những quy luật vật lý sâu sắc của không gian và thời gian. Và biết đâu, đằng sau các hố đen bí ẩn mà chúng ta quan sát ngoài vũ trụ, chính là những vũ trụ khác đang chờ ngày nảy bật để tiếp tục chu kỳ vô tận của sự tồn tại.