Hiện nay năng lượng tối là thành phần áp đảo trong vũ trụ (70% so với vật chất tối 25% và vật chất thông thường 5%), năng lượng tối đang làm vũ trụ dãn nở với gia tốc. Song bản chất năng lượng tối là gì? Hiện nay chưa có câu trả lời duy nhất. Sau đây là bài viết về vấn đề này của hai tác giả Adam G.Riess (Đại học Johns Hopkins – giải Nobel Vật lý năm 2011 vì phát hiện sự dãn nở nhanh dần của vũ trụ) và Mario Livio (Hubble Space Telescope – tác giả cuốn sách nổi tiếng Brilliant Blunders: From Darwin to Einstein: Colossal Mistakes by Great Scientists) đăng trên tạp chí Scientific American, số tháng 3/2016.
Ba giả thuyết về năng lượng tối
1/ Giả thuyết thứ nhất
Giả thuyết thứ nhất gắn liền với chân không của không gian. Trong chân không các cặp hạt ảo sinh và hủy nhau liên tục trong tíc tắc. Chân không chứa năng lượng và năng lượng giống như khối lượng tạo ra hấp dẫn, song khác với khối lượng, năng lượng tối có thể gây nên lực đẩy hoặc lực hút tùy theo áp suất là âm hay dương. Theo lý thuyết thì áp suất của năng lượng tối phải là âm và đó là nguồn gốc của hiện tượng dãn nở có gia tốc của vũ trụ.
Ý tưởng trong giả thuyết này tương đương với ý tưởng về “hằng số vũ trụ λ – cosmological constant λ” của Einstein. Theo ý tưởng đó thì mật độ của năng lượng tối là constant (không thay đổi) theo không gian và thời gian.
Hình 1. Giả thuyết về hằng số vũ trụ
Hiện nay khi người ta ước tính tổng năng lượng tối theo các trạng thái lượng tử của chân không toàn vũ trụ người ta thu được một trị số lớn hơn trị số quan sát được đến 120 bậc.
Nếu đưa vào siêu đối xứng thì trị số lý thuyết vẫn còn cao hơn trị số quan sát đến 10 bậc. Do đó nếu giải thích năng lượng tối bằng năng lượng chân không thì tại sao năng lượng tối quan sát lại có trị số nhỏ đến như vậy?
Theo giả thuyết này thì vũ trụ sẽ dãn nở mãi làm cho các thiên hà sẽ càng tiến ra xa và trở nên càng khó quan sát được. Và ngay CMB (Cosmic Microwave Background – bức xạ nền vũ trụ) cũng sẽ trải rộng cho nên các bước sóng sẽ dần lớn hơn kích thước của vùng quan sát được và do đó chúng trở nên khó ghi đo được. Chúng ta may mắn ở vào thời đoạn khi còn ghi đo được CMB.
Năng lượng tối có trị số quan sát nhỏ. Các nhà vật lý đưa ra ý tưởng là trị số quan sát này là ngẫu nhiên trong số nhiều trị số thuộc về những vũ trụ khác của một đa vũ trụ. Steven Weinberg cho rằng chúng ta tồn tại vì chúng ta ở vào một vũ trụ với trị số năng lượng tối nhỏ thích hợp. Ý tưởng này được phát triển xa hơn bởi Alexander Vilenkin (Đại học Tuft), Martin Rees (Đại học Cambridge ), Mario Livio và được gọi là nguyên lý vị nhân (anthropic principle).
Vilenkin và Andrei Linde (Đại học Stanford) cho rằng lạm phát vũ trụ một khi đã xảy ra thì tiếp tục mãi và tạo ra nhiều bong bóng tách biệt nhau với nhiều đặc trưng và tính chất khác nhau. Giả thuyết đa vũ trụ cũng là hệ quả của Lý thuyết dây (LTD). Raphael Rousso và Joseph Polchinski trong lý thuyết M (mở rộng của LTD) gợi ý rằng có đến 10500 vũ trụ với các đặc trưng khác nhau và thậm chí với số chiều khác nhau. Các tác giả bài viết này (Riess & Livio) còn cho rằng CMB có thể chứa nhiều nếp nhăn kết quả của sự va chạm của vũ trụ chúng ta với các vũ trụ khác. –
