Vũ trụ là gì?

Hay nói cách khác, thế giới chúng ta đang sống là gì?

Một thế giới được hình thành theo cách nào, ở một mức độ nào đó, đã quyết định cách thức nó sẽ kết thúc.

Nếu một thế giới thực sự, như truyền thuyết, được một Thần linh toàn năng toàn tri tạo ra trong bảy ngày, thì cuối cùng nó cũng sẽ, như truyền thuyết, bị hủy diệt trong một trận đại kiếp nạn do sự phẫn nộ của Thần linh.

Nói cách khác, để một thế giới thực sự có thể được phân tích, thì phải đảm bảo rằng ngay từ khi hình thành, thế giới ấy đã mang tính lý trí, mọi thứ đều được tạo ra theo một quy tắc nhất định, chứ không phải do một ý nghĩ bất chợt của một thực thể không rõ nào đó.

Lấy một ví dụ, để hiểu rõ nguyên lý của cơ thể người, trước tiên phải đảm bảo rằng cơ thể người thực sự tiến hóa từng bước từ vượn người cổ đại, chứ không phải do một Thần linh nào đó sáng tạo.

Nếu không, quyền giải thích cuối cùng sẽ mãi mãi thuộc về Thần linh, còn con người sẽ vĩnh viễn không thể hiểu rõ những huyền bí của chính mình.

Như vậy, võng mạc bị lật ngược, dây thần kinh thanh quản quấn một vòng xa rồi mới trở về, khí quản và thực quản dùng chung một lối mở, huyệt thái dương – điểm yếu chí mạng thiếu sự bảo vệ cần thiết, núm vú hoàn toàn thừa thãi ở nam giới, hay xương cụt – một di tích thừa thãi ở nam giới, đều là những khiếm khuyết nhỏ mà Thần linh, do sơ suất, đã để lại trong quá trình tạo ra con người.

Chứ không phải là những lựa chọn chủ động hay bị động mà con người đã thực hiện trong quá trình tiến hóa để sinh tồn tốt hơn và thích nghi với hoàn cảnh.

Đối với Richard, điều hắn theo đuổi là phân tích thế giới hiện tại, để thế giới này, giống như Trái Đất, trở thành một vũ trụ phù hợp với lý tính, quy tắc và sự mạch lạc.

Vậy vũ trụ nơi Trái Đất tồn tại là một vũ trụ như thế nào?

Mọi thứ, đều đã được định đoạt ngay từ khoảnh khắc nó hình thành.

Theo kết quả nghiên cứu được nhất trí rộng rãi trên Trái Đất, vũ trụ nơi Trái Đất tồn tại đã ra đời từ một vụ nổ lớn có một không hai, hay còn gọi là lý thuyết Vụ Nổ Lớn.

Trong lý thuyết Vụ Nổ Lớn, trạng thái ban đầu của vũ trụ được gọi là điểm kỳ dị.

Đây là một điểm có thể tích vô cùng nhỏ, mật độ vô cùng lớn, lực hấp dẫn vô cùng mạnh và độ cong không thời gian vô cùng lớn. Tại thời điểm này, mọi định luật vật lý đã biết đều không thể áp dụng, không gian và thời gian đều không mang bất kỳ ý nghĩa nào.

Ở trạng thái này, nhiệt độ vũ trụ ước chừng là 10^32 độ, hay còn gọi là nhiệt độ Planck. Ở nhiệt độ như vậy, đừng nói đến nguyên tử – thành phần cơ bản cấu tạo vật chất, mà ngay cả các hạt trong hạt nhân nguyên tử như proton, neutron, và thậm chí cả các hạt cơ bản hơn nữa là quark cũng đều không tồn tại.

Lúc này, vũ trụ chỉ là một nồi canh năng lượng siêu nén ở áp suất cao.

Đột nhiên, vào một khoảnh khắc nào đó, điểm kỳ dị phát nổ, thể tích vũ trụ bắt đầu bành trướng dữ dội, tăng theo cấp số mũ.

Trong vài giây sau đó, quark kết hợp thành proton và neutron, tỷ lệ giữa chúng là 7:1, nhưng chúng lại không thể hình thành hạt nhân nguyên tử ổn định. Bởi vì chúng không ngừng chịu sự quấy nhiễu liên tục từ neutrino và phản neutrino, gây ra các phản ứng phân rã beta, ức chế mạnh mẽ quá trình tổng hợp hạt nhân.

Tình huống này tiếp tục cho đến khi vũ trụ đạt khoảng một giây tuổi, nhiệt độ vũ trụ hạ xuống đến mức 10^11 độ, tức là khoảng mấy chục tỷ độ. Neutrino và phản neutrino cuối cùng sẽ không còn tương tác với proton, và quá trình tổng hợp hạt nhân sau Vụ Nổ Lớn mới chính thức khởi động.

Về sau, khi vũ trụ đạt hai, ba phút tuổi, hydro, các đồng vị của hydro, heli và các đồng vị của heli lần lượt xuất hiện.

Trong đó, đồng vị của hydro là đơteri (một proton, một neutron), thuộc về sản phẩm trung gian trong chuỗi phản ứng hạt nhân. Lượng lớn đơteri cuối cùng tạo thành heli (hai proton, hai neutron) thông qua nhiều con đường khác nhau.

Đợi đến khi vũ trụ đạt 3 phút tuổi, hầu hết tất cả neutron đều đã chuyển vào heli. Bởi vì khi vũ trụ ra đời, tỷ lệ proton và neutron là 7:1, nên lúc này, tỷ lệ khối lượng giữa hydro và heli là 6:2, tức 3:1.

Nói cách khác, vào thời điểm này, vũ trụ có 75% là hydro, 25% là heli; số nguyên tử của chúng lần lượt là 1 và 2, còn khối lượng nguyên tử lần lượt là 1 và 4.

Sau đó, các phản ứng hạt nhân tiếp tục diễn ra. Trong môi trường nhiệt độ cao, các hạt không ngừng va chạm, tạo ra những hạt lớn hơn từ những hạt nhỏ, và tạo ra những nguyên tố có số nguyên tử cao hơn từ những nguyên tố có số nguyên tử thấp hơn. Tuy nhiên, do giới hạn của nguyên tắc vật lý, trong vũ trụ không tồn tại các nguyên tử ổn định với khối lượng nguyên tử là 5 và 8. Với nguyên tử lithium 6 ổn định có khối lượng nguyên tử là 6, tiết diện phản ứng lại rất nhỏ, do đó phản ứng hạt nhân tiếp tục tạo ra ion tiếp theo là đồng vị lithium 7.

Trong quá trình phản ứng hạt nhân này, do sự bành trướng dữ dội, vũ trụ ngày càng lớn về thể tích và nhiệt độ cũng giảm xuống nhanh chóng hơn. Khi các phản ứng hạt nhân sản sinh ra một lượng nhỏ lithium 7, vũ trụ đã trở nên cực kỳ lạnh, và quá trình tổng hợp hạt nhân gần như chấm dứt.

Khi vũ trụ đạt một giờ tuổi, quá trình tổng hợp hạt nhân hoàn toàn dừng lại. Lúc này, thành phần vật chất trong vũ trụ ước tính gồm 75% hydro, 25% heli, và một lượng cực nhỏ lithium 7, trông giống như một đám tinh vân khí khổng lồ ở trạng thái k��o đường.

Trạng thái này được duy trì từ khi vũ trụ đạt một giờ tuổi cho đến khoảng 1 tỷ năm tuổi.

Khi vũ trụ đạt 1 tỷ năm tuổi, ở một số vị trí trong tinh vân khí, do chứa lượng vật chất tương đối lớn, dưới tác dụng của lực hấp dẫn, nó không ngừng thu hút thêm vật chất xung quanh để tụ tập. Mật độ ngày càng tăng cao, cho đến khi lực hấp dẫn lớn hơn lực chống đỡ bên trong, gây ra sự sụp đổ trọng trường.

Sau sự sụp đổ trọng trường, một vùng tinh vân khí sẽ phân chia thành nhiều đoạn nhỏ dần. Trong mỗi đoạn nhỏ ấy, khí thể co lại sẽ giải phóng thế năng hấp dẫn dưới dạng nhiệt năng. Khi nhiệt độ và áp suất tăng lên, những đoạn nhỏ này sẽ dần ngưng tụ thành một khối khí nóng chảy xoay tròn được gọi là tiền sao. Cứ như vậy, thế hệ sao đầu tiên được hình thành.

Sau khi thế hệ sao đầu tiên hình thành, bên trong lõi của chúng, do môi trường nhiệt độ cao, quá trình tổng hợp hạt nhân được khởi động lại, các nguyên tố có số nguyên tử và khối lượng nguyên tử lớn hơn bắt đầu được tổng hợp tuần tự.

Đầu tiên, nguyên tố hydro quen thuộc thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân để tạo thành heli. Năng lượng sinh ra từ quá trình tổng hợp này cũng được dùng để chống lại lực hấp dẫn gây ra sự sụp đổ, đảm bảo thể tích sao ổn định.

Khi toàn bộ hydro cạn kiệt, trạng thái cân bằng giữa năng lượng tổng hợp và lực hấp dẫn bị phá vỡ, ngôi sao lại xảy ra một đợt sụp đổ hấp dẫn lần thứ hai, bản thân nó co lại, làm nhiệt độ và áp suất ở lõi tăng vọt, ��ạt điều kiện cho phản ứng tổng hợp heli. Thông qua quá trình tổng hợp heli, các nguyên tố như carbon, oxy, v.v., được tạo thành.

Khi heli cạn kiệt, đợt sụp đổ hấp dẫn thứ ba lại bắt đầu, ngôi sao lại một lần nữa sụp đổ. Nhiệt độ và áp suất lõi tiếp tục tăng cao, các nguyên tố carbon và oxy bắt đầu thông qua phản ứng tổng hợp để tạo thành silic.

Nếu khối lượng ngôi sao không đủ lớn, nó sẽ chết trong một quá trình sụp đổ nào đó, diễn biến thành sao lùn trắng (ngôi sao có khối lượng khoảng một phần mười Mặt Trời) hoặc sao khổng lồ đỏ (ngôi sao có khối lượng thấp hơn Mặt Trời mười lần). Còn nếu khối lượng ngôi sao đủ lớn, quá trình này tiếp tục kéo dài, các nguyên tố sau lithium không ngừng được tạo ra, như neon, magie, silic, lưu huỳnh, canxi...

Tuy nhiên, quá trình tổng hợp này vẫn có một giới hạn.

Giới hạn đó chính là nguyên tố sắt.

Trong lõi của những ngôi sao khối lượng cực lớn, sau nhiều lần sụp đổ và co lại, các nguyên tố tổng hợp hạt nhân đã tạo ra nguyên tố sắt.

Khi phần lớn khối lượng trong lõi sao đ�� chuyển hóa thành sắt, khi lõi sao trở thành lõi sắt, áp lực sinh ra đã cực kỳ lớn. Điều này khiến phần lớn electron ở trung tâm các nguyên tố sắt bị nén vào bên trong hạt nhân nguyên tử, kết hợp với proton để biến thành neutron, khiến cho phần lớn vật chất ở khu vực trọng yếu này gần như toàn bộ là neutron.

Các neutron cực kỳ chặt đặc, cho nên các nguyên tử sắt muốn tiếp tục phản ứng tổng hợp hạt nhân bị chặn lại khi cố gắng đi vào lớp vỏ neutron. Giống như quả bóng da đập vào tường, chúng bị bật ngược lại mạnh mẽ và không thể tiến vào lõi.

Cứ như vậy, dù cho ngôi sao cung cấp bao nhiêu năng lượng cho lõi, cũng không thể khiến sắt tiếp tục phản ứng tổng hợp hạt nhân ở bước tiếp theo, quá trình sống của ngôi sao bị khóa chặt. Lúc này, các nguyên tố từ ngoài vào trong cùng của ngôi sao lần lượt là hydro, heli, carbon, silic, sắt.

Tình trạng này tiếp diễn một thời gian ngắn, phản ứng tổng hợp hạt nhân dừng lại. Dưới tác dụng của lực hấp dẫn, ngôi sao lại bắt đầu sụp đổ một lần nữa.

Bởi vì lần này sẽ không còn phản ứng tổng hợp hạt nhân mới nào được khởi động, ngôi sao sẽ trải qua một vụ nổ cực lớn chưa từng có, tức là vụ nổ siêu tân tinh.

Trong trạng thái này, trong một thời gian rất ngắn, nhiệt độ và áp suất đều đạt đến một mức cao mới. Các nguyên tố sau sắt đều được tạo ra, chẳng hạn như niken, đồng, kẽm, v.v., cho đến nguyên tố urani.

Urani là nguyên tố có số nguyên tử lớn nhất tồn tại trong tự nhiên. Các nguyên tố có số nguyên tử lớn hơn urani chỉ có thể được tổng hợp nhân tạo, không thể tìm thấy trong tự nhiên.

Đây chính là vũ trụ nơi Trái Đất tồn tại.

Theo hiểu biết của chúng ta, mọi thứ hiện có trong vũ trụ nơi Trái Đất tồn tại đều được hình thành từ một nồi canh năng lượng ở điểm kỳ dị ban đầu, thông qua các vụ nổ và quá trình tổng hợp hạt nhân.

Trong vũ trụ này, thành phần cơ bản nhất cấu tạo nên mỗi sinh vật, mỗi vật thể, xét đến cùng, đều bắt nguồn từ một vụ nổ.

Trong vũ trụ này, tất cả sinh mệnh đều không hề thần thánh, bởi vì chúng đều có một quá khứ chung.

Số phận của chúng cũng nhất quán: cuối cùng rồi sẽ chết đi.

Sau đó, bụi trở về với bụi, đất trở về với đất, những hạt cấu thành chúng lại tạo nên những sinh mệnh mới.

Đây là một vòng tuần hoàn, một loại luân hồi của khoa học. Đầu của bạn có thể trở thành một con mèo trắng ở thế kỷ tới, và hai bàn tay của bạn có thể đến từ xương sống của một con hổ răng kiếm thời cổ đại.

Bạn, tôi, anh ấy, thực chất là một thể duy nhất.

Trong vũ trụ vật chất tuần hoàn này, hầu như không có gì là vĩnh hằng; điều duy nhất có thể tồn tại vĩnh hằng chính là entropy đang không ngừng gia tăng.

Vũ trụ sẽ tiếp tục bành trướng, và nhiệt độ, vốn đã giảm mạnh từ khoảnh khắc Vụ Nổ Lớn, sẽ không ngừng hạ thấp, cuối cùng tiến dần đến độ không tuyệt đối.

Dần dần, tất cả các ngôi sao sẽ cạn kiệt năng lượng và lần lượt tắt lịm, toàn bộ vũ trụ trở nên ngày càng tối tăm. Dần dần, các lỗ đen không ngừng hình thành và thống trị vũ trụ. Dần dần, các lỗ đen không ngừng phát ra bức xạ Hawking, và ngay cả bản thân chúng cũng bắt đầu biến mất.

Cuối cùng, toàn bộ vũ trụ đạt tới trạng thái entropy tối đa, tất cả vật chất được phân bố đều khắp vũ trụ. Vũ trụ trở nên đơn điệu và chết chóc, mất đi mọi sức sống, đạt đến cái kết "chết nhiệt" đã được định đoạt ngay từ khi nó ra đời. Ngay từ khi nồi canh năng lượng nóng rực ở điểm kỳ dị ấy phát nổ, số phận của vũ trụ đã được định đoạt rằng vào một thời điểm xa xôi trong tương lai, nó sẽ hoàn toàn nguội lạnh.

Canh nóng cuối cùng lạnh, Tử Thần vĩnh sinh!

Tất cả nội dung dịch thuật này được truyen.free giữ bản quyền.