Vì sao phát hiện ra vũ trụ đang giãn nở nhanh lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Sau khi Edwin Hubble đưa ra thuyết giãn nở vũ trụ, người ta đã tranh luận hết sức sôi nổi: quá trình vũ trụ giãn nở có hậm dần đi không? Nếu như nó diễn ra một cách chậm chạp thì đến một lúc nào đó nó sẽ dừng lại, như vậy vũ trụ sẽ bắt đầu sụt lở. Saul Perlmutter phát hiện ra rằng trên thực tế vũ trụ khong ngừng mở rộng với tốc độ rất nhanh, và phát hiện của ông cũng phá vỡ những mô hình khoa học có liên quan đến sự chuyển động của vũ trụ đang tồn tại. So với trước đây, ngày nay tốc độ giãn nở của vũ trụ nhanh hơn nhiều. Trọng lực không làm chậm đi tốc độ giãn nở của vũ trụ, vũ trụ đang không ngừng mở rộng.

Phát hiện này đã làm thay đổi cách nhìn của các nhà khoa học đối với vũ trụ trong quá khứ và tương lại, ảnh hưởng đến những tính toán của vụ nổ vũ trụ (Big bang), thậm chí nó còn ảnh hưởng đến nhận thức của các nhà khoa học về cấu tạo vũ trụ. Tờ Tạp chí khoa học coi dây là phát hiện trọng đại của năm (nam 1998).

Vũ trụ đang giãn nở nhanh được phát hiện ra như thế nào?

Năm 1962, Edwin Hubble cho ra đời lý luận về sự giãn nở của vũ trụ. Các nhà khoa học đã thiết lập nên những mô hình mới, họ cho rằng, dưới tác động của lực kéo trọng lực, các ngôi sao và dải ngân hà sẽ bị kéo sát vào nhau do đó tốc độ giãn nở sẽ chậm lại.

Mô hình này xem ra rất phù hợp với logic, nhưng thực chất nó lại tồn tại một số vấn đề rất hóc búa về tính toán số học. Einstein đã thử tìm cách giải thích vấn đề hóc búa này và tự đưa ra khái niệm hằng số vũ trụ (lực tương phản với trọng lực). Nhưng sau này ông lại từ bỏ suy nghĩ đó và cho rằng đó là sai lầm nghiêm trọng trong khoa học của ông.

Năm 1986, sau khi nhận được bàng tiến sĩ vật lý, Saul Perlmutter làm việc tại phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và là người phụ trách dự án vũ trụ học siêu tân tinh (Supernova Cosmology Project). Nhóm nghiên cứu đã dùng kính viễn vọng vũ trụ Hubble để tìm kiếm và nghiên cứu các siêu tân tinh (sự nổ của ccs ngôi sao), lý do chọn siêu tân tinh đó là trong vũ trụ chúng sáng nhất. Lượng ánh sáng mà siêu tân tinh loại Ia phát ra là cố định, người ta cho rằng độ sáng của tất cả các siêu tân tinh loại Ia này như nhau, cho nên siêu tân tinh là sự lựa chọn lý tưởng của Saul Perlmutter.

Để xác định siêu tân tinh trong dải Ngân Hà xa xôi từ năm 1987 đến năm 1997, Saul Perlmutter đã không ngừng nâng cao kỹ thuật, cải tiến phương pháp để phân tích. Nhóm nghiên cứu của ông đã quan sát được hàng chục ngàn vân tinh, phát hiện ra sáu siêu tân tinh loại Ia.

Sau khi phát hiện ra siêu tinh loại Ia, Saul Perlmutter đã tiến hành đo độ sáng của nó, phán đoán khoảng cách giữa chúng và trái đất (độ sáng càng lớn thì khoảng cách càng gần). Ông còn sử dụng dịch chuyển Doppler làm cưn cứ để đo sự chuyển dịch đỏ trong ánh sáng của siêu tân tinh. Nếu ngôi sao di chuyển hướng về phía trái đất thì đường ánh sáng sẽ bị thu hẹp lại và chuyển dần sang màu xanh. Nếu ngôi sao di chuyển hướng về phía trái đất thì đường ánh sadngs sẽ bị thu hẹp lại và chuyển dần sang máu xanh. Nếu ngôi sao di chuyển rời xa trái đất thì đường ánh sáng sẽ bị kéo dài ra và chuyển sang màu đỏ. Các ngôi sao di chuyển càng nhanh thì sự biến đổi màu sắc càng lớn. Thông qua việc đo đạc dịch chuyển đỏ của siêu tân tinh, Saul Perlmutter đã tính được tốc độ di chuyển của ngôi sao khi chúng chuyển động rời xa trái đất.

Tuy nhiên, Saul Perlmutter gặp phải một vấn đề nan giải, đó là: nhứng nhân tố khác cũng có thể giải thích hiện tượng dịch chuyển đỏ này, do đó bằng mọi cách ông phải chứng minh được nhân tố duy nhất gây ra dịch chuyển đỏ là sự di chuyển rời xa khỏi trái đất của các ngôi sao. Những bụi bặm trong vũ trụ có thể hút những đường ánh sáng và làm thay đổi màu sắc của chúng. Một số ngân hà mang tất cả các dải màu, dải màu này có thể sẽ làm sai lạc màu sắc các tia sáng của siêu tân tinh. Saul Perlmutter đã nghiên cứu 12 loại nhân tố có thể gây ra nhầm lẫn, lần lượt kiểm nghiệm và loại trừ.

Đầu năm 1998, ông đã sưu tầm được những tài liệu đáng tin cậy về khoảng cách và tốc độ của 12 loại siêu tân tinh, những siêu tân tinh này có rải rác trong khắp vũ trụ và di chuyển với vận tốc cực nhanh rời xa trái đất.

Saul Perlmutter vận dụng mô hình toán học chỉ ra rằng, kể từ khi xảy ra vụ nổ lớn trong vũ trụ, các siêu tân tinh không thể vận động với tốc độ nhanh như hiện nay. Nếu chúng vận động với tốc nhanh như vậy thì vị trí của nó sẽ xa hơn rất nhiều so với hiện tại. Điều duy nhất có thể chứng minh những số liệu của ông là chính xác đó là tốc độ vận động khuếch tán ra bên ngoài của các Ngân Hà nhanh hơn trước đây.

Tốc độ khuếch tán của các Ngân Hà không hề chậm đi mà chúng đang tăng gia tốc. Vũ trụ đang ngày càng giãn nở ra.

Phát hiện của Saul Perlmutter giúp con người tiếp xúc với những sức mạnh mới chưa từng biết đến (vào năm 2000, Michael Turner gọi nó là năng lượng tối) đang thúc đấy quá trình khuếch tán của các thiên thể. Gần đây, những ứng dụng trong việc nghiên cứu vệ tinh nhân tạo loại mới đã chứng minh trong vũ trụ có vô vàn năng lượng tối (có người tính toán rằng năng lượng tối chiếm 2/3 năng lượng trong vũ trụ). Mấy năm sau đó, phát hiện mới này đã làm thay đổi những lập luận về nguồn gốc và cấu tạo vũ trụ của con người.

schoolnet