Tuổi của vũ trụ là một câu hỏi nền tảng đã khiến các nhà khoa học và triết gia trăn trở suốt nhiều thế kỷ.
Ngày nay, nhờ những tiến bộ vượt bậc trong ngành thiên văn quan sát, vật lý và vũ trụ học, nhân loại đã phát triển nhiều phương pháp khoa học vững chắc để xác định tuổi của vũ trụ với độ chính xác ấn tượng.
Bức Xạ Nền Vi Sóng Vũ Trụ: Ánh Sáng Cổ Xưa Nhất
Một trong những bước đột phá quan trọng nhất trong việc đo tuổi vũ trụ đến từ việc nghiên cứu bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB). Được phát hiện tình cờ vào năm 1965, CMB là một ánh sáng vi sóng mờ nhạt bao trùm không gian, được xem như "hậu quang" của chính Vụ Nổ Lớn. Bức xạ này hình thành khoảng 380.000 năm sau Big Bang, khi vũ trụ nguội đi đủ để nguyên tử xuất hiện và photon tự do di chuyển.
Các sứ mệnh vệ tinh như Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) của NASA và tàu Planck của Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã cung cấp những bản đồ chi tiết về sự dao động nhiệt độ của CMB. Những dao động này chứa đựng thông tin về thành phần, hình dạng và lịch sử giãn nở của vũ trụ. Bằng cách khớp các mô hình vũ trụ học với dữ liệu này, các nhà khoa học có thể suy ra khoảng thời gian đã trôi qua kể từ Big Bang. Ước tính hiện tại đặt tuổi vũ trụ vào khoảng 13,8 tỷ năm, với sai số nhỏ đến mức chỉ 0,02 tỷ năm.
Định Tuổi Sao: Những Chiếc Đồng Hồ Vĩnh Cửu
Một kỹ thuật quan trọng khác là nghiên cứu các ngôi sao cổ xưa nhất và các quần thể sao, đặc biệt là các cụm sao cầu—những tập hợp dày đặc gồm các ngôi sao già bao quanh thiên hà. Chúng hoạt động như những "chiếc đồng hồ vũ trụ" bởi tuổi của chúng phản ánh tuổi tối thiểu của vũ trụ.
Các nhà khoa học sử dụng mô hình tiến hóa sao—phân tích cách các ngôi sao có khối lượng khác nhau biến đổi theo thời gian—để ước lượng chính xác tuổi của các cụm này. Những cụm sao cầu cổ nhất trong Dải Ngân Hà được xác định có tuổi từ 12 đến 13 tỷ năm, phù hợp với kết quả từ quan sát CMB. Sự đồng thuận này giữa các phép đo độc lập củng cố niềm tin vào ước tính tuổi vũ trụ và khẳng định mô hình Big Bang như một nền tảng vững chắc.
Hằng Số Hubble Và Tốc Độ Giãn Nở Vũ Trụ
Vũ trụ đã giãn nở kể từ thuở sơ khai—một thực tế được Edwin Hubble phát hiện vào thập niên 1920. Tốc độ giãn nở hiện tại, gọi là Hằng số Hubble (H₀), có ảnh hưởng trực tiếp đến việc ước tính tuổi vũ trụ.
Bằng cách đo độ dịch đỏ—sự kéo giãn bước sóng ánh sáng khi các thiên hà rời xa, các nhà thiên văn có thể tính toán tốc độ giãn nở. Các phép đo chính xác được thực hiện qua việc quan sát những vật thể xa xôi như siêu tân tinh loại Ia, vốn được xem là "ngọn nến chuẩn" nhờ độ sáng nội tại ổn định. Những kính thiên văn hiện đại, bao gồm Kính Hubble, đã tinh chỉnh ước lượng H₀, dù vẫn còn một số khác biệt giữa giá trị lấy từ dữ liệu vũ trụ sơ khai (CMB) và dữ liệu vũ trụ gần. Dù vậy, sự đồng thuận vẫn cho rằng tuổi vũ trụ vào khoảng 13,8 tỷ năm.
Định Tuổi Bằng Phóng Xạ Và Sự Phong Phú Nguyên Tố
Bổ sung cho các quan sát vũ trụ học, kỹ thuật định tuổi bằng phóng xạ dựa trên sự phân rã của các nguyên tố nặng như uranium và thorium có trong các ngôi sao cổ xưa và thiên thạch. Đây là những "chiếc đồng hồ tự nhiên" giúp đưa ra giới hạn tuổi thấp nhất của vũ trụ, bởi các nguyên tố này được sinh ra trong các thế hệ sao trước đó.
Tiến sĩ Charles Bennett, nhà khoa học trưởng của sứ mệnh WMAP, cho biết: "Tuổi vũ trụ không chỉ được rút ra từ một phép đo duy nhất mà từ một bức tranh nhất quán, được ghép lại từ việc quan sát bức xạ nền vi sóng vũ trụ, kết hợp với đo tốc độ giãn nở và nghiên cứu các ngôi sao cổ xưa".
Tương tự, Tiến sĩ Wendy Freedman, chuyên gia về đo khoảng cách vũ trụ, nhận định: "Xác định tuổi vũ trụ đòi hỏi sự kiểm chứng chéo giữa nhiều phương pháp độc lập. Sự nhất quán đáng kinh ngạc giữa các kỹ thuật khác nhau chính là cơ sở củng cố cho các mô hình vũ trụ học hiện tại và ước tính tuổi khoảng 13,8 tỷ năm".
Tuổi của vũ trụ ngày nay đã được xác lập chắc chắn nhờ sự kết hợp đa phương pháp, bao gồm nghiên cứu bức xạ nền vi sóng vũ trụ, mô hình tiến hóa sao, đo tốc độ giãn nở, và định tuổi phóng xạ các nguyên tố cổ xưa. Các phương pháp độc lập này cùng hội tụ về một con số: khoảng 13,8 tỷ năm, với độ chính xác ngày càng cao nhờ tiến bộ công nghệ và lý thuyết vũ trụ học tinh chỉnh.
