Vũ trụ có thể bên trong một hố đen khổng lồ?

[Nguyễn Hoàng]

Một nhóm nhà khoa học vừa đặt ra một giả thuyết đầy táo bạo: thay vì bắt đầu từ một vụ nổ Big Bang, vũ trụ của chúng ta có thể đã hình thành bên trong một hố đen khổng lồ thuộc về một vũ trụ mẹ lớn hơn.

Khi vũ trụ không phải khởi đầu từ “không”​

Lý thuyết Big Bang từ lâu được xem là lời giải thích chính thống cho nguồn gốc vũ trụ. Nó giải thích được các hiện tượng lớn như bức xạ nền vũ trụ, cấu trúc không gian quy mô lớn hay sự giãn nở gia tốc của vũ trụ mà chúng ta quan sát được ngày nay. Tuy nhiên, lý thuyết này vẫn để lại nhiều câu hỏi lớn chưa có lời giải, chẳng hạn như bản chất của vật chất tối, năng lượng tối, hay cái gọi là “điểm kỳ dị” – nơi mọi định luật vật lý đều sụp đổ.

Thay vì tiếp tục vá víu các lý thuyết bằng những yếu tố chưa quan sát được như năng lượng tối, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Enrique Gaztañaga tại Đại học Portsmouth đã bắt đầu từ một câu hỏi khác: tại sao vũ trụ lại đang giãn nở ngày càng nhanh?

Theo Gaztañaga, nếu nhìn từ bên ngoài, toàn bộ vũ trụ có thể giống như một hố đen - bởi nó nằm gọn trong chính bán kính hấp dẫn của mình. Điều này dẫn đến một suy nghĩ táo bạo: nếu một ngôi sao có thể sụp đổ thành hố đen, thì liệu một khối vật chất khổng lồ ở vũ trụ khác có thể sụp đổ và tạo nên chính vũ trụ của chúng ta?

Thay vì nổ, vũ trụ có thể đã "nảy bật"​

Thay vì hình dung vũ trụ bắt đầu từ điểm kỳ dị với mật độ vô hạn, nhóm nghiên cứu gợi ý một quá trình khác: sự sụp đổ vật chất không dẫn đến kỳ dị, mà đến một “điểm nảy” (bounce) - nơi quá trình nén dừng lại và vũ trụ bắt đầu giãn nở. Họ đã mô phỏng các kịch bản và bất ngờ phát hiện ra rằng một mô hình toán học mô tả đầy đủ cơ chế này đã tồn tại sẵn, không cần đến giả định về các hạt hay lực chưa từng quan sát.

Một điểm đặc biệt trong mô hình là việc nó hoàn toàn dựa trên vật lý đã biết. Không cần thêm lực mới hay lý thuyết chưa kiểm chứng. Cơ chế “nảy” này được giải thích bằng hiệu ứng lượng tử gọi là áp suất suy biến - một lực phát sinh từ nguyên lý loại trừ Pauli trong cơ học lượng tử, vốn đã được biết đến trong các sao lùn trắng và sao neutron. Ở điều kiện cực đoan, lực này có thể chống lại sự sụp đổ do hấp dẫn gây ra, làm đảo chiều từ co vào sang giãn nở.

Liệu đây là manh mối kết nối hấp dẫn và lượng tử?​

Một trong những kỳ vọng lớn từ mô hình này là khả năng nối kết giữa thuyết tương đối rộng của Einstein và cơ học lượng tử – điều mà vật lý hiện đại vẫn đang vật lộn để thống nhất. Bằng cách đặt giả thuyết rằng lực hấp dẫn tương tác trực tiếp với trường Higgs (trường lượng tử chịu trách nhiệm tạo khối lượng cho hạt), mô hình gợi ý rằng ở mật độ năng lượng cực cao, hấp dẫn có thể trở nên “đẩy” thay vì “kéo”. Nếu đúng, điều này sẽ ngăn sự hình thành kỳ dị và tạo ra cú "nảy" vũ trụ.

Nhóm nghiên cứu cũng đưa ra dự đoán kiểm chứng được: nếu mô hình này đúng, chúng ta có thể tìm thấy các “vật thể cổ” như hố đen nguyên thủy hoặc sao neutron hình thành từ trước cú nảy. Một số quan sát từ kính James Webb gần đây cho thấy có những thiên hà già hơn nhiều so với thời điểm vũ trụ được cho là mới ra đời – điều có thể khớp với kịch bản này.

Việc đề xuất rằng vụ Big Bang không phải là điểm khởi đầu tuyệt đối của mọi thứ chắc chắn sẽ gây tranh cãi. Gaztañaga thừa nhận điều này, nhưng cũng nhấn mạnh rằng, trong khoa học, việc thách thức các giả định lâu đời là điều cần thiết để tiến bộ.

Nghiên cứu chi tiết đã được công bố trên tạp chí Physical Review D. Còn với phần còn lại của chúng ta, câu hỏi vẫn bỏ ngỏ: liệu thứ chúng ta gọi là vũ trụ chỉ là một “bong bóng” nhỏ trong một cỗ máy lớn hơn, đang âm thầm vận hành ở một cấp độ mà chúng ta vẫn chưa thể hình dung hết? (Space)