THỜI GIAN XUẤT HIỆN TỪ ĐÂU ?

 

  

11B

THỜI GIAN ĐÃ XUẤT HIỆN TỪ ĐÂU ?

Thời gian xuất hiện sau Big Bang. Khó lòng  tưởng tượng được chúng ta có thể quay lại lúc 10-31 s sau Big Bang để thấy thời gian đóng cứng , không quá khứ, không tương lai,không mũi tên, thời gian bỗng như cựa mình và bắt đầu chảy , biến một cách  không đảo ngược năng lượng nguyên thủy thành một plasma quarks +gluons rồi tiếp theo là nguyên tử , các sao , các hành tinh ,…   

Thời điểm tic-tac đó của vũ trụ đã được tái lập trong phòng thí nghiệm tại Đại học Heidelberg, Đức. Một chiến công của vật lý: diện kiến sự hình thành của Thời gian.

Lúc sơ thủy không tồn tại cái trước cái sau.Trước 13,7 tỷ năm,vũ trụ chỉ là một điểm kỳ dị, trong đó chưa có sự cố nào kịp xảy ra hết.Dẫu không gian có dãn nở vẫn chưa có hạt , chưa có ánh sáng .Thời gian chưa in dấu chân trong vũ trụ.

Vũ trụ chỉ là những bọt lượng tử , một trạng thái lạ giữa năng lượng và vật chất đang thăng giáng liên hồi.

Đột nhiên nhiều sự cố xảy ra và thời gian bắt đầu chảy, năng lượng đổi pha và từ động học đó xuất hiện những hạt cơ bản …Vũ trụ đã thay đổi một cách không đảo ngược: và lần đầu tiên thời gian bắt đầu chảy.

Vũ trụ trở thành một plasma gồm quarks + gluons, một loại chất lỏng đang dần tự hình thành cấu trúc của mình.

Vì các hạt bắt đầu tương tác với nhau: thời gian hiện đại đã sinh thành.Sau đó là sự xuất hiện của proton neutron , nguyên tử .Từ chuyển động hỗn độn của chúng xuất hiện những trạng thái cân bằng trong số trạng thái khác.Một chiều tiến triển không đảo ngược của vũ trụ được thiết lập , thời gian nhiệt động được sinh ra và tiếp tục còn chảy mãi hàng tỷ năm.

Vũ trụ bị dao động bởi chuyển động của các hạt, các hạt ngày càng va chạm nhau tích hợp thành những cấu trúc ngày càng phức tạp.

CHIẾN CÔNG CỦA NHÓM VẬT LÝ NĂNG LƯỢNG CAO ĐẠI HỌC HEIDELBERG (Germany). 

Kết quả của sự phát hiện của tập thể các nhà vật lý đại học Heidelberg là  to lớn.

“Chúng tôi đã quan sát được một điều gì đó đã xảy ra gần ngay lạm phát của vũ trụ,

đây là một hiện tượng mới mang tính phổ quát “ nhà vật lý Thomas Gasenzer , đại học Heidelberg đã phát biểu như vậy.

Các nhà vật lý năng lượng cao đã tái lập một sự cố quan trọng.Họ đã xác định bằng thực nghiệm một định luật mô tả sự tiến triển của vật chất lạ của vũ trụ ngay sau BigBang và mô tả động học  plasma của quarks và gluons lúc nguyên thủy sơ sinh của vũ trụ.

Định luật này xác định một thời điểm khóa của vũ trụ: ở thời điểm lúc mọi vật bắt đầu ,lúc mũi tên thời gian xuất hiện.Định luật mô tả xung ban đầu biến năng lượng cô đặc vũ trụ thành một vũ trụ chứa các hạt, sao, hành tinh …và các sinh vật.

Tập thể đó đã cho chúng ta hiểu biết về động học của năng lượng dưới dạng lượng tử, cho chúng ta hiểu về các sự cố xảy ra của vũ trụ nguyên thủy, một vấn đề lớn của vật lý nhiệt động học lượng tử : tại sao chúng ta không thể thoát khỏi hiện tượng nhiệt hóa (thermalisation), khỏi một quá trình tiến triển không đảo ngược.

MỘT SỰ CỐ TRONG ĐẠI DƯƠNG LƯỢNG TỬ 

Trước sự cố đó không tồn tại quá khứ và tương lai.Không lịch sử. Không sự kiện.Không-thời gian đã đột sinh từ một kỳ dị -  BigBang. Ban đầu là một không gian dãn nở còn thời gian còn cô đọng , và chưa có mũi tên thời gian.

Đến một lúc thời gian như cựa mình. Xuất hiện quá khứ , hiện tại và tương lai.Năng lượng biến thành hạt,…và dưới tác động liên hợp của hấp dẫn biến thành sao, thiên hà thành mọi thứ chúng ta cảm nhận hiện nay, thành cuộc sống đang trôi chảym các kim đồng hồ chuyển động và các cốc nước trà đang nguội dần. 

Các cốc trà nóng để trên bàn đều bị mũi trên thời gian xuyên qua. Mọi điều đó đều được phát hiện nhờ khoa học trao đổi giao nhiệt (một khoa học hình thành cách đây 130 năm).Khi nghiên cứu thống kê chuyển động các hạt Ludwig Boltzmann đã chứng minh rằng các chuyển động đó đã dẫn đến (một cách không đảo ngược) một cân bằng nhiệt.

Mọi hệ đều tiến đến một trạng thái cân bằng nhiệt: đó là nguyên lý thứ hai nhiệt động học.

Thomas Gasenzer, Jurgen Berges và các đồng nghiệp muốn tìm thấy nguồn gốc của quá trình nhiệt hóa tại các thời điểm của vũ trụ nguyên thủy.

MỘT TRẠNG THÁI MỚI CỦA VẬT CHẤT

Đây là một trạng thái chua có bóng dáng của hạt . Vũ trụ đang là một đại dương lượng tử ở đây các định luật lượng tử và nhiệt động chưa làm việc. Trạng thái đang nằm xa cân bằng thuộc phạm vi lý thuyết các trạng thái xa cân bằng . Sau quá trình nhiều mô hình nhiều tính toán các nhà vật lý đại học Heidelberg đã đưa ra một phương trình lần đầu tiên mô tả vật chất nguyên thủy, theo đó năng lượng của đại dương lượng tử đó khuếch tán  theo một « định luật thang-loi d’ échelle  phổ quát trong không và thời gian ».

Phương trình đó dẫn đến một động học fractal :dường như mọi việc lặp lại hình dáng khi thay đổi thang như trong hình học fractal .Các phép tính toán chứng minh rằng động học fractal này dẫn đến một « điểm không nhiệt động » ứng với một trạng thái « không tiến triển », « không thời gian ».Và mật độ năng lượng luôn không thay đổi trong mọi thang.

Song cấu trúc fractal đó nhạt  dần đến một lúc năng lượng đột nhiên chuyển pha. Vậy sau động học fractal vũ trụ đã chuyển pha và biến thành một plasma quarks + gluons. 

Chuyển pha  này là xung nguyên thủy .Vũ trụ không còn đảo ngược được nữa.Mũi tên thời gian xuất hiện và mọi lịch sử bắt đầu.

Vũ trụ đã bắt đầu con đường của vật chất kích động bởi hấp dẫn và các quá trình nhiệt động học  đó là « định luật thang Heidelberg » : một sự cố ban đầu tiến triển dần dần và cuối cùng dẫn đến khai sinh một trạng thái mới của vật chất : trạng thái có hạt.

    

                     Hình 1. Mũi tên thời gian đã xuất hiện trong một plasma gồm quarks+gluons. 

Giữa 10-32 và 10-6 s sau Big Bang vũ trụ nằm trong trạng thái plasma nóng với mật độ cao. Các lý thuyết lượng tử vật lý năng lượng cao đã mô tả trạng thái đó như một chất lỏng lý tưởng (parfait), trong chất lỏng đó dần hình thành quarks và gluons và sau đó nguyên tử hạt nhân. Những mô hình lý thuyết và các kết quả thực nghiệm chứng minh rằng từ trong tâm của trạng thái vật chất đó mũi tên thời gian đã sinh ra.

CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 

Làm thế nào để tạo ra những trạng thái « xa cân bằng » cực đậm đặc và cực nóng của thời Big Bang ?

Trong phòng thí nghiệm nhờ tập hùng hậu của các laser người ta có thể tạo nên một chất khí nguyên tử ở nhiệt độ gần không tuyệt đối , sau đó ( năm 2018) các nhà vật lý Heidelberg đã bắn một năng lượng lớn nhờ từ trường vào đó và họ đã thu dược một trạng thái xa cân bằng và tìm thấy động học fractal nổi tiếng, khẳng định sự tồn tại của « định luật thang phổ quát Heidelberg » trước  khi hệ kịp nhiệt hóa và xuất hiện mũi tên thời gian.

KẾT LUẬN 

Kết quả to lớn đầy ý nghĩa của các nhà vật lý năng lượng cao Heidelberg đã cho chúng ta biết đến một trạng thái mới của vũ trụ lúc sơ khai : một trạng thái nằm xa cân bằng tuân theo một động học fractal. Từ đó phát sinh trạng thái vật chất dạng plasma chứa quarks+gluons (sau đó các sao, hành tinh,…) và trong sự kết hợp của hấp dẫn với nhiệt động học thời gian cùng mũi tên thời gian xuất hiện.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 

[1] Kean Baptiste Veyrieras, On a vu naitre le temps Science et vie số tháng 1/2020

[2] Cao Chi , Những vấn đề mới trong vật lý hiện đại,NXB Tri thức,2018 ,trg 219 (fractal)