Các bạn thân mến, bạn đã bao giờ tự hỏi điều gì tạo nên vũ trụ? Chúng ta đều từng nghe đến những khái niệm kỳ bí như vật chất tối và năng lượng tối, nhưng chúng thực chất là gì?

Đây là hai khái niệm gây tò mò và gây nhiều tranh cãi nhất trong vật lý hiện đại. Dù chưa được phát hiện trực tiếp, chúng lại giữ vai trò then chốt trong việc giải thích nhiều hiện tượng vũ trụ—từ cách các thiên hà liên kết với nhau đến sự giãn nở không ngừng của vũ trụ.

Hiểu nền tảng: Mô hình Chuẩn

Trước khi đi sâu vào vật chất tối và năng lượng tối, hãy cùng điểm qua bức tranh khoa học hiện tại về thành phần của vũ trụ. Trong vật lý, chúng ta có cái gọi là "Mô hình Chuẩn" — lý thuyết thành công nhất cho đến nay trong việc giải thích cách vật chất hoạt động ở cấp độ hạ nguyên tử. Theo Mô hình Chuẩn, mọi thứ được tạo thành từ các hạt cơ bản, được chia thành hai nhóm: hạt cấu tạo (tạo nên vật chất) và hạt truyền tương tác (truyền các lực như hấp dẫn, điện từ, v.v.).

Chuyện gì đang xảy ra với vật chất tối?

Giờ hãy nói về vật chất tối. Khái niệm này xuất hiện từ cuối thế kỷ 19 khi các nhà khoa học nhận thấy rằng lượng vật chất nhìn thấy trong các thiên hà không đủ để giải thích lực hấp dẫn của chúng. Nói cách khác, các thiên hà quay quá nhanh so với lượng vật chất mà chúng ta quan sát được. Và đó là lúc vật chất tối được đưa vào để giải thích.

Dù không thể nhìn thấy bằng mắt thường, vật chất tối không hề "vô hình" về mặt vật lý—nó tạo ra lực hấp dẫn, giúp giữ các thiên hà và cụm sao lại với nhau. Khái niệm vật chất tối lần đầu được đề xuất vào thập niên 1930, dựa trên quan sát của Fritz Zwicky và Vera Rubin, những người phát hiện rằng có nhiều khối lượng trong vũ trụ hơn nhiều so với những gì ánh sáng tiết lộ.

Vật chất tối: Thứ vô hình gắn kết chúng ta

Để hình dung vật chất tối, hãy nghĩ đến một hệ sao. Những ngôi sao bạn thấy chỉ là một phần rất nhỏ trong tổng khối lượng của hệ đó. Phần còn lại là một dạng vật chất vô hình. Chúng ta không thể nhìn thấy nó, nó không tương tác với ánh sáng, nhưng nó vẫn giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong cấu trúc của vũ trụ. Vật chất tối giống như một loại "keo vô hình" giữ mọi thứ ở đúng vị trí, dù chúng ta vẫn chưa hoàn toàn hiểu được nó thực sự là gì.

Năng lượng tối: Lực đẩy làm vũ trụ giãn nở

Giờ hãy đến với năng lượng tối — cái tên nghe đã đủ bí ẩn. Và đúng là như vậy. Vào năm 1998, các nhà thiên văn học đã phát hiện một điều gây sốc: Vũ trụ không chỉ đang giãn nở — mà còn giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh. Điều này trái ngược với những gì người ta từng nghĩ, vì từ lâu, chúng ta tin rằng lực hấp dẫn sẽ làm chậm quá trình giãn nở này. Và rồi năng lượng tối xuất hiện để lý giải điều đó.

Năng lượng tối được cho là nguyên nhân khiến vũ trụ giãn nở nhanh dần theo thời gian.

Nó không phải là một "lực" theo cách thông thường, chúng ta không thể cảm nhận hay nhìn thấy, nhưng những tác động của nó thì rất rõ ràng. Khái niệm này được đưa ra để giải thích tại sao vũ trụ không co lại mà lại tiếp tục giãn nở với tốc độ tăng dần.

Ẩn số của vật chất tối và năng lượng tối

Và đây là điểm then chốt: dù vật chất tối và năng lượng tối rất quan trọng trong việc hiểu vũ trụ, chúng ta vẫn chưa thể quan sát trực tiếp chúng. Chúng ta biết đến sự tồn tại của chúng thông qua ảnh hưởng hấp dẫn mà chúng tạo ra lên vật chất có thể nhìn thấy. Nó giống như bạn biết có thứ gì đó trong phòng vì bạn cảm thấy có lực đẩy, nhưng bạn không thể nhìn thấy hay chạm vào nó.

Chúng thay đổi cách ta hiểu về vũ trụ như thế nào?

Điều hấp dẫn là vật chất tối và năng lượng tối đóng vai trò trung tâm trong cách chúng ta hình dung về vũ trụ. Không có vật chất tối, các thiên hà sẽ không thể giữ hình dạng — chúng sẽ tan rã. Không có năng lượng tối, vũ trụ sẽ không giãn nở như hiện nay. Chính nhờ hai yếu tố này mà chúng ta có thể giải thích được nhiều bí ẩn trong vũ trụ. Dù còn rất nhiều điều chưa rõ, chúng đang định hình tương lai của ngành vật lý thiên văn.

Tại sao chúng lại quan trọng?

Vậy, tại sao chúng ta nên quan tâm đến vật chất tối và năng lượng tối? Bởi vì chúng là chìa khóa để hiểu bản chất sâu xa của vũ trụ. Nếu chúng ta muốn giải đáp những câu hỏi lớn — như tại sao vũ trụ đang giãn nở, làm thế nào để các thiên hà tồn tại, và tương lai vũ trụ sẽ ra sao — thì việc hiểu rõ hai lực lượng bí ẩn này là điều tất yếu. Chúng không chỉ là những khái niệm trừu tượng mà là một phần thiết yếu của kết cấu vũ trụ. Việc giải mã được chúng có thể làm thay đổi toàn bộ hiểu biết của chúng ta về vật lý.

Kết luận: Hành trình còn tiếp tục

Trong khi chúng ta tiếp tục hành trình khám phá vũ trụ, vật chất tối và năng lượng tối chắc chắn sẽ tiếp tục là tâm điểm nghiên cứu của các nhà vật lý và thiên văn học. Dù chưa thể quan sát trực tiếp, những dấu hiệu và tác động mà chúng để lại trong vũ trụ là không thể chối cãi.

Vì vậy, các bạn ơi. lần tới khi bạn ngẩng nhìn bầu trời đêm, hãy nhớ rằng có rất nhiều điều ngoài kia mà mắt thường không thể thấy được — thậm chí là hoàn toàn vô hình.

Cuộc hành trình tìm hiểu vật chất tối và năng lượng tối vẫn chưa kết thúc, và ai biết được, có thể chính bạn sẽ là người mở ra cánh cửa tới những bí ẩn sâu thẳm nhất của vũ trụ.