Tìm dấu vết vô thường của vũ trụ thuở ban sơ

Nhà vật lý thiên văn Nguyễn Trọng Hiền góp phần vào công cuộc nghiên cứu khoa học đầy khó khăn ấy: tìm dấu vết vô thường của vũ trụ thuở ban sơ. Là người con của Đà Nẵng, anh sinh năm 1963, hiện làm việc tại Cơ quan Hàng không và vũ trụ Mỹ (NASA).

TS Nguyễn Trọng Hiền (bìa phải) nghe Trung tướng Phạm Hồng Cư kể chuyện về Đại tướng Võ Nguyên Giáp (Trung tướng Phạm Hồng Cư là anh em đồng hao với Đại tướng).

Tháng 12-1993, Hà Nội rét căm căm. Rét vì thời tiết. Càng rét hơn vì người dân quá nghèo, đất nước bị bao vây, cấm vận. Tôi được mời dự Gặp gỡ Việt Nam lần thứ I tại Nhà khách Bộ Quốc phòng, phố Phạm Ngũ Lão, nơi có phòng nghỉ vào loại “sang” thời ấy.

“Hữu duyên thiên lý năng tương ngộ”. Do cái “duyên” nào đó, đến nay, tôi dự đủ 11 lần Gặp gỡ Việt Nam, chưa vắng một lần nào. Cái “duyên” ấy không hẳn do “trời định”, mà một phần do tôi tự tạo ra, vì biết… “lo xa”! Năm 1975, đất nước thống nhất, tôi sớm lặng thầm rèn luyện kỹ năng đọc, nghe, nói, viết tiếng Anh, tiếng Pháp và tiếng Hán, ba thứ ngoại ngữ thời trẻ tôi đã học, nhưng chỉ ở mức “phất phơ tài tử”, nay cần học “tử tế” hơn để có thể làm việc nghiêm túc, một khi nước ta hội nhập thế giới.

Năm 1993, tôi nghe TS Nguyễn Trọng Hiền giới thiệu - tất nhiên bằng tiếng Anh - kết quả chuyến anh đi khảo sát ở châu Nam Cực, dưới vòm trời đông 6 tháng liền đen kịt, rét tới -120⁰C để khám phá bí ẩn của bức xạ nền vi ba vũ trụ (CMB) - vết tích hóa thạch (fossil) của vũ trụ thuở ban sơ. Nếu không biết “lo xa” thì làm sao tôi có thể nghe “thủng” bản báo cáo của anh Hiền?

Những năm sau, tôi gặp lại anh nhiều lần, lúc ở Việt Nam, khi ở Pháp, tại một số hội nghị quốc tế. Lần mới đây nhất là vào sáng 4-8-2014 tại Trường Vật lý Thiên văn Việt Nam ở Quy Nhơn. Trường mang tên tiếng Anh Vietnam School of Astrophysics (VSOA) và hoàn toàn dùng tiếng Anh, dành cho học viên sau đại học và nghiên cứu sinh.

Để “chắc tay” khi cầm bút - “biết mười chỉ để viết một; chứ không phải chỉ biết một, rồi bôi ra thành mười” - tôi không ngượng ngùng ghi tên theo học, ngồi cạnh các thạc sĩ trẻ măng, nghe thầy Hiền giảng bài tại VSOA. Không phải là nhà vật lý thiên văn chuyên nghiệp, tôi không cần đi sâu vào diễn toán phức tạp, mà chỉ cốt nắm các khái niệm, ý tưởng và rèn luyện kỹ năng nghe hiểu tiếng Anh chuyên ngành.

Chủ đề bài giảng của TS Hiền là về Thuở ban sơ. Anh sinh ra bên sông Hàn, Đà Nẵng; học tiểu học, rồi trung học tại đây. Đến năm 18 tuổi, anh sang Mỹ học lên. Anh mê thơ Nguyễn Trãi, Nguyễn Du, yêu nhạc Trịnh, chăm chút nâng niu tiếng Việt, cho nên mới chọn cụm từ “Thuở ban sơ” gợi cảm, chứ không muốn diễn đạt theo sách giáo khoa là “Vũ trụ sơ khai” (early Universe).

Khi sinh cô con gái đầu lòng ở Mỹ, anh đã đặt tên con là Nguyễn Thuở Ban Sơ - cái tên tiếng Việt tôi tin rằng chỉ có một không hai! Qua cái tên ấy, anh gửi gắm ước nguyện nghiên cứu thuở ban sơ của vũ trụ.

Vũ trụ không hằng thường

Về buổi nói chuyện sau đó với công chúng Bình Định, TS Hiền đưa cho tôi xem văn bản tóm tắt:

“Vũ trụ bắt nguồn từ đâu? Đó là một trong những câu hỏi dai dẳng tưởng chừng sẽ không bao giờ có được câu trả lời thỏa đáng. May thay, gần đây, đã hé lộ những chứng cứ giúp chúng ta tiếp cận vấn đề một cách nghiêm túc.

Bài nói chuyện sẽ nhắc lại những quy luật thiên văn cơ bản dẫn đến những khám phá hào hứng của vũ trụ học và sẽ trình bày phát hiện về bức xạ nền của nhóm BICEP2. Những quan sát thiên văn của BICEP2, nếu được kiểm chứng, sẽ thiết lập bằng chứng đầu tiên về sóng hấp dẫn lưu lại từ thời khắc ban sơ, khi “tuổi” của vũ trụ chỉ mới chừng một phần tỷ tỷ tỷ tỷ giây! Đó là di chỉ cổ xưa nhất trong vũ trụ”.

Một phần tỷ của một giây đã là quãng thời gian cực ngắn, đến mức không tưởng tượng nổi! Huống chi một phần tỷ tỷ tỷ tỷ giây (sau một phần là bốn chữ tỷ liền nhau) thì ngay cả các nhà vật lý chuyên nghiệp cũng khó hình dung!

“Tuổi” của vũ trụ, nay được tính chi li tới mức: 13,798 tỷ  năm. Nhiều bộ óc nổi tiếng trước kia cho rằng, vũ trụ là hằng thường, có nghĩa từ thuở nào đến nay vẫn thế! Tuy nhiên, vật lý học hiện đại chứng tỏ điều ngược lại: vũ trụ là vô thường, biến đổi không ngừng.

Cách đây hơn 25 thế kỷ, Thái tử Tất Đạt Đa, sau này được gọi là Thích Ca Mâu Ni - tức “bậc trí giả của dòng họ Thích Ca” -  đã thấu tỏ chân lý đó, khi Ngài nhập định dưới gốc cây bồ đề ở Bodhi-Gaya (Bồ Đề Đạo Tràng), gần biên giới Ấn Độ - Nepal ngày nay, và đạt tới mức giác ngộ hoàn toàn, khi mới 35 tuổi.

Vô thường, vô ngã và Niết Bàn tịch tịnh là ba nguyên lý cơ bản của Phật giáo. Ngay cả Albert Einstein, bậc thiên tài vật lý vĩ đại nhất của mọi thời đại, cũng ngạc nhiên trước sư thông tuệ siêu phàm của Thích Ca!

Một thuyết hiện đại, nghe rất “khó tin”, cho rằng vũ trụ sinh ra từ Vụ nổ lớn (Big Bang). Không gian và thời gian từ đấy mới bắt đầu có và hiện nay, chúng ta vẫn đang sống trong không-thời gian đó. Người bình thường dễ tưởng không gian và thời gian giống như một cái sân khấu, trên đó các “diễn viên” vật chất tha hồ trình diễn mọi tiết mục.

Nếu các “diễn viên” kia rút ra sau hậu trường, thì “sân khấu” vẫn còn đó. Thế nhưng, A.Einstein cho biết: Không gian và thời gian gắn liền với vật chất; một khi vật chất biến mất, thì không gian và thời gian cũng chẳng còn! Ngược lại, khi vật chất vừa xuất hiện, vào thời điểm Big Bang, thì không-thời gian liền “hiện hữu”!

Một thuyết tiếp theo, có lẽ còn “khó tin” hơn, là thuyết Lạm phát (Inflation), cho rằng vũ trụ bùng lên từ Hư không (Nothing), hay chính xác hơn, từ một “chất điểm” bé hơn một hạt nhân nguyên tử, nổ tung với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng, chỉ trong… 10-32 giây!

Sinh ra từ Hư không, thế mà nay vũ trụ có tới 80 tỷ thiên hà, 300 nghìn tỷ tỷ ngôi sao - giống như Mặt trời của chúng ta. Còn số hành tinh cỡ Trái đất thì không sao đếm xuể!

TS Nguyễn Trọng Hiền khảo sát thiên văn học tại châu Nam Cực.

Trắc nghiệm khoa học ở châu Nam Cực lạnh - 120⁰C

Nguyễn Trọng Hiền cùng nhóm BICEP2 muốn tìm chứng cứ cho thuyết Lạm phát cũng như thuyết Vụ nổ lớn, để các thuyết ấy không còn  “khó tin” nữa.

Bức xạ nền là di chỉ của vũ trụ thuở ban sơ còn sót lại cho tới hôm nay, dù đã nguội đi rất nhiều, chỉ còn 3⁰K (độ Kelvin), trong khi điều kiện quan trắc trên mặt đất là 300 0K. Gọi là “nền” bởi lẽ bức xạ này gần như đồng nhất và đẳng hướng như một cái “nền” trong vũ trụ, quan trắc ở đâu, kết quả vẫn thế. Bức xạ nền chỉ phát ra mạnh ở bước sóng vi ba, nhưng hơi nước trong khí quyển lại hấp thụ sóng vi ba.

Bởi thế, muốn thăm dò thuận lợi loại bức xạ ấy, cần chọn châu Nam Cực, một nơi lạnh và khô, nhiệt độ cực thấp. Hơn nữa, nơi đây mùa đông đêm dài sáu tháng, vòm trời suốt 24 tiếng đồng hồ luôn lấp lánh những ngôi sao. Sau đó, mới tới mùa hè ngày dài 6 tháng…

Thiết lập bằng chứng đầu tiên về sóng hấp dẫn Thuở ban sơ

Vũ trụ vào thời kỳ lạm phát giống như một lỗ đen cực nhỏ, do mật độ bị nén chặt, bởi thế, phát ra bức xạ Hawking dưới dạng sóng hấp dẫn. Biển sóng hấp dẫn ấy tương tác với photon của bức xạ nền, làm cho bức xạ có nơi nóng lên, có nơi nguội đi, tùy lúc photon bay vào hay bay ra khỏi trường hấp dẫn.

Những gì mà TS Hiền và nhóm BICEP2 ghi lại được ở châu Nam Cực, nếu được kiểm tra kỹ, sẽ thiết lập bằng chứng đầu tiên về sóng hấp dẫn lưu lại từ thời khắc đầu tiên của Vũ trụ.

BICEP2 là một nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm Thiên văn Harvard - Smithsonian mà TS Hiền là thành viên. Giữa tháng 3-2014, nhóm này công bố tại Đại học Harvard một kết quả vang dội: ghi lại được hình ảnh của sóng hấp dẫn - một khám phá được đánh giá xứng đáng giải thưởng Nobel, nếu được kiểm chứng.

GS M.Kaminonskowki ở Đại học Johns Hopkins (Mỹ) nói: “Hiếm khi thức dậy vào buổi ban mai, bạn bỗng biết được một điều mới toanh và rất cơ bản về vũ trụ, nhận được một bức điện tín từ vũ trụ thuở ban sơ (…). Đây thật sự là một thành tựu lớn, một bước ngoặt, đặc biệt là trước thềm lễ kỷ niệm 100 năm thuyết Tương đối rộng của A. Einstein”.  

Nhà vật lý huyền thoại người Anh S.Hawking đánh giá: “Việc tìm ra sóng hấp dẫn đã khẳng định tính đúng đắn của thuyết Vũ trụ hình thành từ Vụ nổ lớn, không những thế, nó còn là bằng chứng chắc chắn nhất cho thuyết ấy”.

Tuy vậy, TS Hiền vẫn thận trọng dặn tác giả bài báo này: “Còn phải chờ kiểm chứng, có lẽ còn khá lâu, anh ạ. Kiểm chứng là công việc không dễ làm, và không thể nhanh. Vả chăng, tôi chỉ là một thành viên của nhóm BICEP2. Thành tựu này thuộc về cả nhóm”.

HÀM CHÂU