100 Khám Phá Khoa Học Vĩ Đại Nhất Trong Lịch Sử: Khám phá số 85.
17/03/2011

SỰ NỔ VŨ TRỤ


- Thời gian phát hiện: năm 1948.
- Nội dung phát hiện: Vũ trụ được bắt đầu bởi những vụ nổ lớn của các vật chất với mật độ vô hạn nhưng kích thước chúng chỉ tương đương với nguyên tử.
- Người phát hiện: George Gamow.


Vì sao phát hiện ra vụ nổ vũ trụ lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Nghiên cưu về lịch sử và nguồn gốc có ý nghĩa vô cùng quan trọng cho câu trả lời chúng ta là ai? Đó là sự nghiên cứu về lịch sử của loài người, của trái đất, của các dạng sống khác trên trái đất, và lịch sử của cả vũ trụ. Nhưng làm thế nào chúng ta có thể nghiên cứu được về nguồn gốc lịch sử đã có cách đây hàng tỷ năm?

Gamow lần đầu tiên đã cố gắng miêu tả lại đặc điểm thời kỳ đầu của vũ trụ dựa trên cơ sở khoa học, ông đã đặt tên cho vụ nổ hình thành nên vũ trụ là vụ nổ vũ trụ (Big bang), cho đến ngày nay cái tên này vẫn còn nguyên giá trị. Ông đã dùng phương pháp số học để tái hiện lại trạng thái của vũ trụ cách đây hàng tỷ năm, và miêu tả lại nó đã diễn biến như thế nào để tạo ra một vũ trụ mà ngày nay chúng ta có thể quan sát và khám phá được. Khám phá của ông đã mở ra lĩnh vực khoa học nghiên cứu lịch sử thế giới cổ đại.

Vụ nổ vũ trụ được phát hiện ra như thế nào?

Năm 1962, với phát hiện vũ trụ không ngừng giãn nở với tốc độ càng ngày lớn của Edwin Hubble đã đặt ra cho các nhà khoa học một vài câu hỏi về vũ trụ: từ trước đến nay vũ trụ có luôn giãn nở hay không? Vũ trụ trước đây nhỏ bé thế nào? Có hay không giai đoạn khởi đầu của vũ trụ? Vũ trụ lúc đó có hình dạng như thế nào?

Một vài nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu về thời điểm khởi đầu của vũ trụ. Năm 1927, Georges Lemaitre đã đưa ra nhận xét rằng: phát hiện của Edwin Hubble cho thấy vào một thời điểm nào đó trong quá khứ xa xôi, cả vũ trụ đã bị nén thành các vật chất có mật độ vô hạn nhưng kích thước chỉ bằng nguyên tử. Ông đã đặt tên cho nó là “quả trứng vũ trụ”. Trước năm 1930, một số nhà khoa học đã cố gắng miêu tả “quả trứng của vũ trụ” cùng vụ nổ của nó đã hình thành nên một vũ trụ bí ẩn đang giãn nở ngày nay.

George Gamow sinh năm 1904 tại Odessa, Ukraine. Khi còn là một nhà thiên văn trẻ tuổi, những trò nghịch ngợm trong các hộp đêm của Gamow cũng nổi tiếng như những nghiên cứu khoa học của ông. Đến năm 1934, ông di cư sang Mỹ và giữ chức vụ giáo sư vật lý tại trường Đại học George Washington tại Washington. Ở đây lần đầu tiên ông nghe về khái niệm “quả trứng của vũ trụ”. Vấn đề còn tồn tại trong khái niệm không có nhà khoa học nào nghiên cứu và cũng không có một dữ liệu hay con số nghiên cứu nào về nó.

Gamow quyết định sử dụng các lý luận về vật lý học, số học, lượng tử để chứng minh xem thời điểm mở đầu của vũ trụ có phải là một nguyên tử được gọi là “quả trúng vũ trụ” hay không, nhưng do mật độ nguyên tử này quá lớn nên không thể đo được. Ông đã bắt đầu công việc nghiên cứu của mình bằng phương trình tương đối mở của Einstein.

Những nghiên cứu bước đầu của Gamow cho thấy năng lượng cung cấp cho lò phản ứng hạt nhân mặt trời có được từ sự chuyển hóa của hạt nhân hidro thành heli. Nghiên cứu này đã được ông tiếp tục thực hiện vào những năm 40 của thế kỷ XX. Ông đã dùng mô hình số học để suy luận về sự thay đổi các loại nguyên tử trong quả cầu lửa nguyên thủy – mặt trời, căn cứ vào nghiên cứu phát triển bom nguyên tử cùng các số liệu thực nghiệm trong bức xạ năng lượng cao của các hạt nhân để miêu tả trạng thái biến đổi bên trong quả cầu lửa có nhiệt độ vô hạn này.

Thông qua việc nghiên cứu những tài liệu này, ông đã dần xây dựng ra một mô hình miêu tả vụ nổ “quả trứng vũ trụ” cùng những phản ứng hóa học sinh ra trong vài giây ngắn ngủi sau vụ nổ lớn đó. Ông đã đặt tên cho vụ nổ này là Big bang (vụ nổ lớn), và dùng phương pháp số học để chứng minh nguyên lý vũ trụ chủ yếu được hình thành từ các notron có mật độ dày đặc trong khoảng khác diễn ra vụ nổ lớn. Cũng nhờ phương pháp này ông chỉ ra: dưới tác dụng của nhiệt lượng và áp suất cực lớn, các notron đã hợp thành những hạt nhân nguyên tử như thế nào và quá trình các notron tách thành proton và electron để tạo thành hidro và heli đã tiến hành ra sao.

Gamow đã dùng phương pháp số học để miêu tả lại một cách tỉ mỉ trạng thái trong từng giây của vụ nổ vũ trụ này, và căn cứ vào những định luật vật lý và hóa học đã được biết để chứng minh vụ nổ lớn đã hình thành nên cấu tạo vật chất và tình trạng phân bố trong vũ trụ ngày nay.

Gamow còn chứng minh rằng vụ nổ lớn này sẽ tạo ra một luồng năng lượng cuộn trào và năng lượng đó không ngừng khuếch tán và nguội đi trong quá trình giãn nở của vũ trụ. năng lượng đó chắc rằng vẫn tồn tại ở vùng bên ngoài, chúng là những tàn dư yếu ớt sau vụ nổ, là tiếng vọng hay “ ánh hồng còn sót lại cuối hoàng hôn” chúng ta có thể tìm thấy được. Tiếng vọng này xuất hiện với tần suất âm thanh là 50K.

Cuối những năm 90 của thế kỷ XX, bức xạ nền vũ trụ cuối cùng cũng đã được các nhà thiên văn học sử dụng sóng vô tuyến tiên tiến phát hiện ra. Điều này đã chứng thực cho những lý luận về vụ nổ lớn của Gamow. Gamow đã dùng các phương pháp vật lý, hóa học và số học để khám phá ra vũ trụ đã ra đời cách đây 15 tỷ năm.
URL của bài viết này::http://www.vnschool.net/modules.php?name=News&file=article&sid=5182