Thời đại thế kỷ 17 chứng kiến Isaac Newton đặt nền tảng cho định lý trọng lực với định luật vạn vật hấp dẫn. Theo đó, mọi vật thể có khối lượng sẽ hút lẫn nhau bằng một lực tức thời. Tuy nhiên, khi sự ra đời của thuyết tương đối hẹp cho thấy mỗi quan sát viên có góc nhìn về khoảng cách khác nhau, mô hình của Newton dần trở nên chưa toàn diện.
Đến năm 1915, Albert Einstein công bố thuyết tương đối tổng quát, mở ra một cuộc cách mạng khoa học thực sự. Ông cho thấy không gian và thời gian không cố định mà liên kết thành một thực thể duy nhất—không-thời gian—và bị uốn cong bởi sự hiện diện của vật chất và năng lượng. Tuy nhiên, khi áp dụng lý thuyết này lên quy mô vũ trụ, một thách thức lớn đã xuất hiện.
Trọng lực và thách thức của một vũ trụ không ổn định
Trọng lực là lực hút khiến mọi vật bị kéo về phía tâm. Hãy hình dung những tảng đá lớn treo lửng trên đỉnh những tháp đá hẹp ở hẻm núi Bryce Canyon. Chỉ cần một chút dịch chuyển khiến trọng tâm lệch khỏi tháp, khối đá sẽ đổ sập ngay lập tức.
Vũ trụ không chỉ giãn nở đều đặn mà còn chứa những bất đồng mật độ nhỏ ở bên trong, cho phép hình thành sao, thiên hà và tập hợp thiên hà theo thời gian. Việc đưa các bất đồng mật độ vào nền đồng nhất là bước khởi đầu để hiểu vũ trụ ngày nay.
Vũ trụ cũng hoạt động theo cách tương tự. Nếu bạn phân bố vật chất một cách hoàn hảo trong không gian, bạn sẽ tạo ra một trạng thái cân bằng không ổn định. Chỉ cần một tác động nhỏ cũng có thể khiến vật chất tụ lại và dẫn tới sự sụp đổ không thể tránh khỏi. Điều này xảy ra vì trọng lực luôn hút. Vùng không gian có mật độ cao hơn sẽ hút vật chất xung quanh mạnh hơn, và quá trình này sẽ không bao giờ dừng lại cho tới khi hình thành hố đen.
Bản thân Einstein khi ấy chưa biết nhiều sự thật về vũ trụ như chúng ta hiện hiểu. Ông không nhận ra rằng những tinh vân mờ nhạt thực chất là các thiên hà riêng rẽ, hay dải Ngân Hà không phải là toàn bộ vũ trụ.
Trong suy nghĩ của ông, vũ trụ là một phân bố vật chất gần như đồng nhất và luôn tĩnh lặng theo thời gian. Đây là mâu thuẫn căn bản. Nếu thuyết tương đối tổng quát đúng, một vũ trụ tĩnh và đồng nhất sẽ không thể ổn định tồn tại. Để giải quyết, Einstein đã đưa thêm một thành phần vào phương trình của mình, đó là hằng số vũ trụ.
Sự ra đời của hằng số vũ trụ và cơ hội bị bỏ qua
Einstein xem hằng số vũ trụ như một công cụ để tạo ra áp suất âm, đẩy không gian ra xa nhằm chống lại lực hút của trọng lực. Bằng cách điều chỉnh hằng số này về một giá trị phù hợp, ông có thể duy trì sự cân bằng để vũ trụ đứng yên.
Quá trình phát triển của cấu trúc vũ trụ ở quy mô lớn từ trạng thái đồng nhất ban đầu đến sự phân bố thành các cụm sao và thiên hà như ngày nay. Sự giãn nở diễn ra theo tỷ lệ cho thấy bức tranh tổng thể của vũ trụ không chấp nhận một không gian tĩnh.
Tuy nhiên, đây vẫn không phải là một giải pháp đủ bền vững. Chỉ với một biến động nhỏ, sự cân bằng sẽ bị phá vỡ và dẫn tới sụp đổ hoặc mở rộng không kiểm soát. Thực tế, chính Alexander Friedmann và các nhà khoa học như Georges Lemaître đã tìm ra lời giải đúng từ những năm 1920. Các phương trình của họ cho thấy một vũ trụ chứa đầy vật chất và năng lượng sẽ không thể đứng yên; nó buộc phải giãn nở hoặc co lại.
Dựa trên dữ liệu dịch chuyển đỏ của Vesto Slipher và các phép đo khoảng cách của Edwin Hubble, chúng ta nhanh chóng nhận ra rằng các thiên hà đang rời khỏi chúng ta. Vũ trụ thực sự đang giãn nở. Nếu vũ trụ giãn nở, nó không hề ở trạng thái tĩnh, và do đó không cần đến hằng số vũ trụ để ngăn nó sụp đổ.
Chính nhà thiên tài Einstein đã thừa nhận giả định về một vũ trụ tĩnh lặng là một sai lầm và gọi hằng số vũ trụ là “sai lầm lớn nhất đời tôi”. Nếu ông tin tưởng vào những gì các phương trình ban đầu của mình mách bảo, ông đã có thể dự đoán sự giãn nở của vũ trụ trước khi nó được quan sát thấy.
Ý nghĩa của hằng số vũ trụ trong bối cảnh hiện đại
Ngày nay, cộng đồng khoa học đồng thuận rằng một lực đang đẩy nhanh sự giãn nở của vũ trụ theo thời gian chính là năng lượng tối. Dù năng lượng tối mang đặc tính tương đồng với hằng số vũ trụ của Einstein, ý nghĩa lịch sử vẫn không đổi. Einstein không hoàn toàn đúng như cách nhiều người ca ngợi.
Hằng số vũ trụ ngày nay không nhằm giữ vũ trụ ổn định như ý định ban đầu của ông. Thay vào đó, nó đang phá vỡ cân bằng và đẩy các thiên hà ra xa nhau với tốc độ gia tăng theo thời gian.
Hình minh họa này mô tả lịch sử tiến hóa của vũ trụ từ vụ nổ lớn đến hiện tại, trong bối cảnh vũ trụ đang mở rộng. Đường cong ở cuối tượng trưng cho gia tốc giãn nở do năng lượng tối gây ra, cho thấy vũ trụ không thể ở trạng thái tĩnh.
Vũ trụ của chúng ta vốn không ổn định; nó đã phát triển từ một trạng thái cực nóng, cực đặc sang một không gian lạnh và đầy sao như hiện nay. Einstein đã bỏ lỡ toàn cảnh vĩ mô này chỉ vì kiên định cho rằng vũ trụ phải đứng yên. Ông đã ép các phương trình phục vụ cho giả định sai lầm của mình thay vì lắng nghe sự thật từ thiên nhiên. Việc hằng số vũ trụ trở lại trong vật lý hiện đại thực chất là để giải thích một hiện tượng mà Einstein đã vô tình che khuất trong quá khứ.
Nguồn: Forbes
