Sự giãn nở của vũ trụ đã làm các nhà khoa học say mê trong nhiều thập kỷ và một trong những khám phá hấp dẫn nhất trong vũ trụ học là tốc độ giãn nở của vũ trụ không phải là hằng số.
Khi vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,8 tỷ năm, nó đã giãn nở nhanh chóng trong một sự kiện được gọi là lạm phát vũ trụ.
Trong giai đoạn đầu này, vũ trụ phát triển theo cấp số nhân trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn.
Sau giai đoạn lạm phát này, sự giãn nở chậm lại khi vũ trụ nguội đi và vật chất bắt đầu hình thành. Lực hấp dẫn của vật chất, bao gồm cả vật chất thông thường và vật chất tối, bắt đầu chống lại động lượng ban đầu của sự giãn nở, khiến nó chậm lại.
Trong hàng tỷ năm, lực hấp dẫn của vật chất là yếu tố chi phối ảnh hưởng đến tốc độ giãn nở. Các thiên hà, ngôi sao và các cấu trúc vũ trụ khác được hình thành do lực hấp dẫn này, hoạt động như một phanh hãm sự giãn nở của vũ trụ. Các nhà khoa học ban đầu tin rằng sự giảm tốc này sẽ tiếp tục vô thời hạn hoặc lực hấp dẫn cuối cùng có thể khiến vũ trụ sụp đổ trở lại trong chính nó trong một Vụ co lớn.
The Expanding Universe | National Geographic
Video by National Geographic
Phát hiện này đã gây chấn động cộng đồng khoa học và dẫn đến kết luận rằng một dạng năng lượng chưa biết, được gọi là năng lượng tối, đang thúc đẩy sự giãn nở tăng tốc này. Năng lượng tối hoạt động như một lực đẩy, đẩy các thiên hà ra xa nhau và vượt qua lực hấp dẫn của vật chất.
Năng lượng tối hiện được cho là chiếm khoảng 68% tổng lượng năng lượng của vũ trụ. Bản chất bí ẩn của nó vẫn chưa được hiểu đầy đủ, nhưng người ta cho rằng nó là một đặc tính của chính không gian. Khi vũ trụ giãn nở, nhiều không gian hơn được tạo ra, và cùng với đó là nhiều năng lượng tối hơn. Điều này dẫn đến sự giãn nở liên tục và tăng tốc, khác với sự giãn nở chậm hơn, do lực hấp dẫn chi phối của các kỷ nguyên trước đó.
Sự tương tác giữa năng lượng tối, vật chất tối và vật chất thông thường quyết định tốc độ giãn nở của vũ trụ. Trong vũ trụ sơ khai, khi vật chất còn dày đặc và năng lượng tối tương đối không đáng kể, lực hấp dẫn chiếm ưu thế, gây ra sự giảm tốc. Khi vũ trụ giãn nở và vật chất trở nên lan rộng hơn, ảnh hưởng của năng lượng tối ngày càng mạnh hơn, dẫn đến giai đoạn giãn nở tăng tốc hiện tại.
Một yếu tố khác ảnh hưởng đến tốc độ giãn nở là bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB). Các phép đo chi tiết về CMB đã cung cấp thông tin chi tiết về mật độ, nhiệt độ và thành phần của vũ trụ sơ khai. Những dữ liệu này giúp các nhà khoa học tinh chỉnh các mô hình giãn nở vũ trụ và hiểu được tốc độ tăng trưởng của vũ trụ đã thay đổi như thế nào theo thời gian.
Điều thú vị là các phép đo gần đây về tốc độ giãn nở hiện tại của vũ trụ, được gọi là Hằng số Hubble, đã tiết lộ sự khác biệt tùy thuộc vào phương pháp được sử dụng. Các quan sát về CMB cho thấy tốc độ khác so với các quan sát dựa trên siêu tân tinh và thiên hà. Sự khác biệt này, được gọi là sức căng Hubble đã gây ra nhiều cuộc tranh luận và có thể gợi ý về vật lý mới vượt ra ngoài hiểu biết hiện tại của chúng ta.
Tốc độ giãn nở của vũ trụ thay đổi do sự tương tác phức tạp của lực hấp dẫn, năng lượng tối và sự phân bố vật chất.
Trong khi lực hấp dẫn ban đầu làm chậm sự giãn nở, năng lượng tối hiện thúc đẩy sự gia tốc của nó. Cuộc tìm kiếm để hiểu những động lực này tiếp tục đẩy mạnh ranh giới của vũ trụ học, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về bản chất của vũ trụ và số phận cuối cùng của nó!
