Bức xạ nền vũ trụ

Bức xạnền vi ba vũ trụ, gọi tắt là bức xạ nền (BXN), là di chỉ vô giá để tiếp cận vũ trụ từ thuở ban sơ, cách đây gần 14 tỷ năm. Vũtrụtrong thời khắc này được mệnh danh là “Big Bang”, một thời điểm mà trong toàn cõi vũ trụ chỉ thuần một trường bức xạ điện từ với nhiệt độ rất cao. Sự giãn nở của vũ trụ theo thời gian đã làm cho bức xạ nền nguội đi, và chỉ gần 3 phút sau Big Bang, năng lượng bức xạ được chuyển thành vật chất dưới dạng các hạt cơ bản, như electron và proton. Electron và proton kết hợp để tạo nên nguyên tử nhẹ như hydrogen và helium rồi tích tụbằng tương tác hấp dẫn và dần dà hình thành nên vũ trụ ngày nay, với những vì sao, thiên hà, quasar và lỗ đen vv .mà ta quan sát được. Đây là bức tranh tổng thể được xem nhưlà mô hình tiêu chuẩn mà các nhà vũ trụ học ngày nay nhìn nhận. Và là một thực tại vật lý rất khác với suy đoán của các nhà vũ trụ học trước đó, vốn cho rằng vũ trụ vật lý mà ta quan sát được là vô cùng và hằng hữu.

pdf12 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 2161 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Bức xạ nền vũ trụ, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tháng 8-2006 VẬT LÝ ngày nay SỐ 4 (75) / TẬP 17 1 BỨC XẠ NỀN VŨ TRỤ NGUYỄN TRỌNG HIỀN Phòng thí nghiệm phản lực JPL, NASA, Hoa Kỳ TS. Nguyễn Trọng Hiền là một trong những nhà khoa học gốc Việt làm việc ở JPL của NASA và cũng là nhà khoa học người Việt đầu tiên đặt chân đến Nam cực để thực hiện các quan trắc vũ trụ học. Là một người con gốc Việt, anh đã tự tay may lá cờ Tổ quốc để cắm lên nơi lạnh lẽo nhất của Trái đất cùng với quốc kỳ của các quốc gia khác (Tháng 8, 1994). Hiện anh là thành viên nhóm Vũ trụ học tại Jet Propulsion Laboratory, NASA; giảng viên thăm viếng của Caltech (Viện công nghệ California). Anh nghiên cứu những vấn đề liên quan đến Vũ trụ học và Vật lý thiên văn, bao gồm: Nền vi ba vũ trụ (CMB), Vũ trụ sơ khai, Những thiên thể có vạch dịch về đỏ cao. Đồng thời anh cũng là chuyên gia về kỹ thuật cảm biến và các thiết bị thiên văn hoạt động ở bước sóng vi ba của NASA. Vật Lý Ngày Nay xin trân trọng giới thiệu cùng độc giả bài viết “Bức xạ Nền Vi Ba Vũ Trụ” của nhà vật lý Nguyễn Trọng Hiền- BBT Bức xạ nền vi ba vũ trụ, gọi tắt là bức xạ nền (BXN), là di chỉ vô giá để tiếp cận vũ trụ từ thuở ban sơ, cách đây gần 14 tỷ năm. Vũ trụ trong thời khắc này được mệnh danh là “Big Bang”, một thời điểm mà trong toàn cõi vũ trụ chỉ thuần một trường bức xạ điện từ với nhiệt độ rất cao. Sự giãn nở của vũ trụ theo thời gian đã làm cho bức xạ nền nguội đi, và chỉ gần 3 phút sau Big Bang, năng lượng bức xạ được chuyển thành vật chất dưới dạng các hạt cơ bản, như electron và proton. Electron và proton kết hợp để tạo nên nguyên tử nhẹ như hydrogen và helium rồi tích tụ bằng tương tác hấp dẫn và dần dà hình thành nên vũ trụ ngày nay, với những vì sao, thiên hà, quasar và lỗ đen vv….mà ta quan sát được. Đây là bức tranh tổng thể được xem như là mô hình tiêu chuẩn mà các nhà vũ trụ học ngày nay nhìn nhận. Và là một thực tại vật lý rất khác với suy đoán của các nhà vũ trụ học trước đó, vốn cho rằng vũ trụ vật lý mà ta quan sát được là vô cùng và hằng hữu. Bước vào thiên niên kỷ mới (2000), các nhà nghiên cứu xác định rằng:Vũ trụ hầu như là đẳng hướng và phẳng. Đây là hai đặc điểm nổi bật mà lý thuyết Lạm Phát đã tiên đoán hai mươi năm trước đó. Trong mô hình Lạm Phát, Big Bang là lúc vũ trụ đã được thổi bùng lên từ một chất điểm với tốc độ vượt ánh sáng, chỉ trong khoảnh khắc cực ngắn, ~ 10-32 giây sau thời điểm ban đầu. Điều trùng hợp giữa các chứng cứ mới nhất của BXN và những dự đoán lý thuyết tưởng như là điên khùng này đã thúc đẩy các nhà quan trắc thiên văn lao vào một cuộc săn lùng mới. Ấy là việc truy tìm chứng tích của Lạm Phát trong đặc tính phân cực của BXN. Đây là một nỗ lực thực nghiệm với nhiều yêu cầu gắt gao. Và câu chuyện BXN dài hơn bốn thập niên, vẫn chưa thấy dấu hiệu đến hồi kết thúc. Hình 1. Penzias và Wilson khám phá ra bức xạ nền lần đầu vào năm 1965 (kèm theo bức ảnh anten radio của Bell Labs, New Jersey, Mỹ), ghi nhận với các đặc tính sơ bộ là nền bức xạ gần như đồng nhất, đẳng hướng và không phân cực. (Bạn có biết là có thể nhìn thấy BXN trên tivi? Những nhiễu loạn lăn tăn trên màn hình tivi khi không bắt được sóng truyền hình có nguồn gốc từ BXN). Năm 1992, Đài quan sát không gian COBE của NASA với độ phân giải tốt hơn, lần đầu hé mở tính bất đẳng hướng của BXN. Đến năm 2003, WMAP, một đài quan sát không gian khác của NASA, chụp được bản đồ BXN chi tiết hơn, cho thấy Vũ trụ hầu như là đẳng hướng và phẳng, xác nhận kết quả đã tìm được của Boomerang và DASI trước đó. Vết loang đỏ ngang bản đồ là vùng không gian che bởi bức xạ phát ra từ những electron và bụi ở ngay trong hệ Ngân Hà của chúng ta. . (Nguồn: Tháng 8-2006 VẬT LÝ ngày nay SỐ 4 (75) / TẬP 17 2 Lời Giới Thiệu Trong Vật Lý, thế giới phức tạp chung quanh ta có thể hiểu và kiểm chứng được bằng một số khái niệm cô đúc hay quy luật vật lý cơ bản, từ cơ học thiên thể cho đến tính lượng tử của những nguyên tử làm nên đặc tính muôn hình muôn vẻ của vật chất. Công cuộc nghiên cứu về vũ trụ cũng không đi ngoài truyền thống ấy. Mối hỗn độn của vũ trụ từ không gian bao la có thể quy về lại bằng vài đại lượng đơn giản. Dĩ nhiên đây không phải là điều dễ dàng, nhưng chí ít đó là hy vọng của các nhà vật lý. May mắn cho chúng ta, là phần lớn nền tảng của vũ trụ học hiện đại đã được xây dựng bởi không ai khác hơn là Einstein, bằng lý thuyết tương đối rộng. Các phương trình trường của Einstein, được viết xuống cách đây đã hơn 90 năm, tạo tiền đề vững chắc cho các nhà nghiên cứu của thế hệ nối tiếp thiết lập nên cơ sở lý thuyết xác đáng, dần đã được kiểm chứng và bổ sung với những quan trắc thực nghiệm ngày càng đáng tin cậy. Những câu hỏi của các nhà vũ trụ học ngày nay bao gồm, cái gì làm nên vũ trụ này? Vũ trụ mà ta quan sát được là vô cùng hay hữu hạn? Hằng hữu hay vô thường? Vũ trụ ngày nay đã bắt nguồn từ đâu ?.v.v….Đây cũng là những câu hỏi muôn thủa mà loài người vẫn hằng ưu tư trong quá trình tiếp cận Vũ trụ. Điều kỳ diệu là chúng ta đang bước vào giai đoạn mà một số những câu hỏi này đã được hay sẽ có câu trả lời thoả đáng trong một tương lai rất gần, một phần nhờ vào những nỗ lực vượt bậc trong phát triển kỹ thuật đã diễn ra gần đây và vẫn còn đang tiếp tục. Trong bài viết này, danh từ “Vũ trụ” (Universe hay Cosmos) được dùng một cách hoán chuyển để chỉ hoặc là một Vũ trụ toàn thể quan sát được, hoặc là những chi tiết đặc thù của Vũ trụ, như là kích thước (scale factor), BXN, v.v….”vũ trụ” không viết hoa là tính từ, để chỉ những thuộc tính của Vũ trụ (cosmic hay cosmological). Bài viết trong giới hạn nhất định của nó sẽ ôn lại một vài chi tiết lịch sử bổ ích, nhưng mong muốn chính là cung cấp thông tin về những chứng cứ mới nhất tìm thấy từ bức xạ nền, và những hoạt động ráo riết tiếp theo của các nhóm nghiên cứu trong lĩnh vực này. Bạn đọc hy vọng với vốn vật lý cơ bản có sẵn, sẽ được kích thích đủ để tìm hiểu thêm và có thể đạt được một cách nhìn, tạm gọi là tích cực, về quá trình hình thành và phát triển của Vũ trụ . Mô hình Big Bang Gamow, nhà vật lý lưu vong Nga, là người đầu tiên tiếp cận vấn đề một cách xác đáng. E=mc2 cho thấy là vật chất có thể chuyển sang năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ, như đã thấy qua bom nguyên tử hay năng lượng mặt trời. Ngựợc lại, việc biến đổi năng lượng điện từ sang vật chất, cụ thể là các hạt cơ bản như electron hay proton, chỉ có thể tạo thành ở nhiệt độ cao, lên tới hàng ngàn tỷ độ K, nóng hơn hàng triệu lần so với nhiệt độ ở ngay trung tâm của Mặt trời. Gamow đoán rằng các hạt cơ bản đựơc tạo ra từ khối ánh sáng, còn gọi là trái banh lửa, vốn đã có sẵn từ khởi thủy ở T ~ 1010K (kBT ~ mec2). Cần nhắc lại là cho đến thời điểm này, các cơ sở này của Vũ trụ học hiện đại bao gồm các phương trình tương đối Einstein (1916), với kết quả tìm được sáu năm sau đó của nhà toán học Nga Friedmann (vốn là thầy của Gamow) cho thấy trong điều kiện một Vũ trụ đồng nhất và đẳng hướng, phương trình Einstein thể hiện tính biến thiên của kích thước vũ trụ với thời gian. Trên nền tảng lý thuyết này, Lemaitre đã xây dựng mô hình vũ trụ giãn nở. Cơ sở thực nghiệm cho mô hình bao gồm các quan sát thiên văn nổi tiếng của Hubble từ cuối thập niên 1920, với sự dịch về đỏ của các dải ngân hà. Cùng trong thời gian này, Tolman trong các tính toán nhiệt động học của Vũ trụ đã chứng tỏ là sự giãn nở sẽ làm cho vũ trụ nguội đi. Suy đoán của Gamow cho đến thời điểm này (1984) tưởng chừng như là một điều hiển nhiên, nhưng kết quả tính toán suy ra từ giả thuyết trái banh lửa đã mang lại biến chuyển mang tính bước ngoặt (cũng nên nhắc lại là ngay cả Einstein cha đẻ của E= mc2 và các phương trình tương đối, cùng với trực giác vật lý phi thường, lúc sinh thời đã không thấy đề cập đến điều này). Gamow và học trò của ông, Alpher (có thể kể thêm Bethe, người đã giải thích thành công cơ chế sản sinh năng lượng hạt nhân của Mặt trời), chứng tỏ mức tin cậy của giả thuyết này qua các tính toán về hàm lượng của Helium tìm thấy trong Mặt trời, vốn mang tỷ lệ quá cao mà các phản ứng nhiệt hạch của Mặt trời không thể tạo thành kịp. Các tính toán của Alpher cho thấy đa phần khí Helium trong vũ trụ là được tạo thành từ thời vũ trụ còn sơ khai, và trùng khớp với tỉ lệ He trong Mặt trời. Đây là một thành công đầu tiên. Một hệ quả trực tiếp khác đi từ giả thiết Big Bang sẽ đến muộn hơn, mất hơn 15 năm sau mới được kiểm chứng. Công trình Alpher, Bethe and Gamow, The Origin of Elements (nguồn gốc của các nguyên tố ), xứng đáng được xem như là cột mốc của vũ trụ học hiện đại .1 Thật ra giả thuyết Big Bang đã gây rất nhiều tranh cãi từ các giới khoa học, các nhà tư tưỏng lẫn công luận đương thời. Alpher, trong buổi bảo vệ luận án tiến sĩ, đã nói rằng quá trình tổng hợp hạt nhân trong vũ trụ chỉ mất không đầy 5 phút. Ngay 1 Với bản tính phá cách, Gamow cho công bố công trình này vào ngày 1 tháng 4. chỉ có hai ngưòi đóng góp chính vào bài viết là Alpher và Gamow kéo theo Bethe để bài viết được biết đến như “α,β và γ”, 3 mẫu từ đầu tiên của tiếng Hy Lạp. Tháng 8-2006 VẬT LÝ ngày nay SỐ 4 (75) / TẬP 17 3 hôm sau tờ Washington Post đã lên tranh biếm họa về việc vũ trụ tạo thành chỉ trong vòng 5 phút. Hoyle, một trong những người sáng lập và cổ vũ cho giả thiết Steady State, hay Trạng thái vĩnh hằng, trong chương trình thiên văn trên radio trong giai đoạn này nhắc đến mô hình Big Bang như sau: “ Một giả thuyết khác biệt nữa giả định rằng vũ trụ bắt đầu từ một thời gian xác định trong một vụ nổ lớn. Với định đề này, sự giãn nở hiện tại là cái đà còn lại của cơn bạo động từ vụ nổ tung này. Cái ý tưởng Big Bang này với tôi xem chừng không được thoả đáng lắm…Về mặt khoa học, trong hai giả thuyết [Big Bang và Steady State] thì Big Bang là khó nuốt hơn. Bởi đó là quá trình vô lý không thể diễn tả bằng ngôn ngữ khoa học …Trên phương diện triết học cũng vậy, tôi không thể thấy một lý do hay ho nào để thiên về cái ý tưởng Big Bang.” Đây là lần đầu hai từ “Big Bang ” (Nổ To) được dùng để ám chỉ mô hình vũ trụ giãn nở với hàm ý châm biếm, và Big Bang trở nên “thuật ngữ” phổ biến. Hoyle là một nhà vũ trụ học kỳ cựu, và đã có những đóng góp về lý thuyết rất đáng kể trong vũ trụ học. Những quan điểm của ông về Big Bang, khi nhìn lại, cũng có phần thiên kiến nhưng đã có ảnh hưởng rất lớn với khoa học đương thời. Ngược lại Toà Thánh Vatican đã cổ vũ cho lý thuyết Big Bang. Giáo hoàng Pius XII trong một bài giảng của mình đã nói như sau về Big Bang và sách Sáng Thế Kỷ trong Thánh kinh: “Do vậy mọi thứ dường như cho thấy rằng vũ trụ vật chất đã có một khởi đầu kỳ vĩ, được ban phát với một dự trữ năng lượng mênh mông, rồi phát triển trước tiên cực nhanh rồi dần dà chậm lại cho đến thời đại hôm nay… Thật ra, dường như khoa học ngày nay, với một bước băng ngang hàng triệu thế ký, đã làm chứng thành công cho tia sáng Mặc Khải (Fiat lux) phát ra ở lúc mà, cùng với vật chất, bộc phát từ hư vô (Nothing) một biển ánh sáng và bức xạ, trong khi các hạt nguyên tố phân ra và tạo nên hàng triệu thiên hà… Do đó, có một Đấng Sáng Tạo. Do đó, Thượng Đế tồn tại! Cho dù chưa rõ ràng hay không hoàn hảo, nhưng đây là phúc đáp chúng ta chờ đợi từ khoa hoc, và là điều thế hệ loài người hiện nay đang trông chờ.” (Thông điệp của Giáo Hoàng Pius XII tại Học viện Hàng ngũ Giám mục ngày 22 tháng 11 năm 1951). Như vậy ta có một phần cộng đồng khoa học thì phản đối lý thuyết Big Bang trong khi nhà thờ thì ủng hộ. Thoạt nhìn thì đây có vẻ như điều oái oăm nếu ta nhớ lại lịch sử của Giáo hội Công giáo và bước đầu phát triển vật lý trong thời Phục hưng, khi mà Galileo phải ra trước toà án Giáo đình (The Inquisition) để chối bỏ hệ Nhât Tâm của Copernicus, và công nhận Trái Đất là trung tâm của vũ trụ, phù hợp với giáo điều của Toà Thánh La Mã lúc bấy giờ. Kỳ thực, trước sau mục tiêu của giáo hội vẫn như nhau: Hỗ trợ tính xác thực trong Kinh Thánh. Linh mục Lemaitre, một trong những cha đẻ của lý thuyết Big Bang và là thành viên của Học viện Hàng ngũ Giám mục, đã can thiệp với cố vấn khoa học của Giáo Hoàng, và đề nghị Đức Thánh Cha nên giữ khoảng cách giữa thần học và vũ trụ học. Lemaitre tin rằng luận cứ khoa học cần cách biệt với phạm trù tôn giáo. Và Giáo Hoàng đã đồng ý với lời yêu cầu trên. Big Bang không còn nhắc đến trong những thông điệp của Giáo Hoàng nữa. Bức Xạ Nền Gamow tiên đoán một nền bức xạ đồng nhất ban đầu đã nguội đi và sẽ còn lại đến ngày nay. Nhưng ông không chỉ rõ là cường độ bức xạ còn lại ngày nay là bao nhiêu. Và do vậy, sự tồn tại của dấu vết còn lại từ nền bức xạ ban đầu vẫn là một ẩn khuất. Có lẽ do những chỉ trích về mô hình Big Bang và những khó khăn nhất thời của mô hình này (như câu hỏi các nguyên tố nặng từ đâu mà ra? Câu trả lời sau này được đưa ra bởi Hoyle – chính là từ siêu sao mới (supernovae) hay còn gọi là sao khách; đây lại là một vụ nổ khá to khác), những đề xuất của Gamow, rủi thay, đã không được các nhà vật lý tiếp nhận nghiêm túc: Không có một thí nghiệm nào để kiểm chứng di chỉ của bức xạ nền suốt hơn 15 năm sau khi nhóm Gamow công bố công trình nghiên cứu kinh điển. Sự phát hiện của bức xạ nền đã phải đến từ tình huống ngẫu nhiên, vốn cũng là điều thường xảy ra trong lịch sử. Vào khoảng giữa thập niên 60, hai nhà nghiên cứu của Bell Labs, Penzias (học trò của Towns, vốn là cha đẻ của laser) cùng cộng sự là Wilson (đã theo học các khoá học về vũ trụ học của Hoyle, lúc ấy là thính giảng ở Caltech) đo đạc sóng radio phát ra bởi bầu khí quyển. Sau khi phân loại các nguồn bức xạ đã biết và khấu trừ chúng từ giá trị đo được, kết quả cho thấy là cường độ bức xạ trội dư hơn bình thường chừng 3.5K, với sai số là 1K. Họ ghi nhận phần bức xạ dư này gần như là đẳng hướng và bất phân cực (unpolarized). Họ không biết nguồn bức xạ này từ đầu ra, nên đành gắn cho chúng cái tên là “nhiễu loạn” dư. Trong khi đó thì nhóm nghiên cứu của Dicke ở Princeton vốn vẫn chưa từng nghe qua các công trình của Gamow, Alpher và Bethe 15 năm trước đó, bắt đầu những tính toán của họ về phân lượng của He từ khởi thuỷ. Cùng với P.J.P Peebles, bấy giờ là một công sự viên trẻ tuổi, Dicke đi đến kết luận rằng phải có một nền bức xạ còn lại từ khởi thuỷ. Công tác thực nghiệm để phát hiện BXN được giao cho David Wilkinson, một thành viên trẻ khác của nhóm Dicke. Wilkinsson gấp rút xây dựng thí nghiệm Tháng 8-2006 VẬT LÝ ngày nay SỐ 4 (75) / TẬP 17 4 (Hình 2), theo mẫu thiết bị mà Dicke đã chế tạo ở MIT trong thời thế chiến thứ II, còn gọi là Dicke switch hay là lock-in amplifier, bằng cách thay đôỉ (modulate) tín hiệu đo đạc theo tần số nhất định. Phương thức này khi dùng để phát hiện tín hiệu cực yếu bị nhoà lẫn trong một nền nhiễu loạn mạnh hơn nhiều lần đã chứng tỏ rất hữu hiệu, và đã có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Bản thân Dicke là một “thú hiếm” trong những nhà vật lý hàng đầu, đã để lại nhiều dấu ấn đậm nét trong hàng loạt các vấn đề vật lý cơ bản, cả thực nghiệm lẫn lý thuyết, từ đồng hồ nguyên tử, cho đến việc kiểm chứng lý thuyết tương đối bằng cách thiết lập mức tương đương giữa khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn ở độ chính xác cao nhất. Dicke còn là cha đẻ của lý thuyết Brans-Dicke, một bản thể khác của lý thuyết tương đối. Hình 2: Thí nghiệm của nhóm Princeton xây dựng theo gợi ý của Dick. David Wilkinson bên phải, ở giữa đằng sau là Peter Roll, cả hai đang ở trên nóc Guyot Hall, Princeton University (1965) với Dicke radiometer. Họ tìm thấy bức xạ nền chỉ với 3 tháng sau khi Penzias & Wilson công bố kết quả. (Ảnh của R. Matthews, Princeton. P.J.P Peebles gởi cho tác giả) Thông qua Burke từ MIT, Penzias và Wilson biết rằng nhóm Princeton đang tiến hành việc đo đạc tương tự và có thể có lời giải đáp cho những “nhiễu loạn dư” mà đã làm họ nhức đầu từ bao lâu nay. Trong một buổi họp của nhóm, điện thoại của Dicke bỗng reo vang. Bên đâu đấy là Penzias và Wilson, mô tả lại thí nghiệm của họ. Nghe đến đây Dicke bật nói với các cộng sự của mình:” Gentleman, we have been scooped! (Qúi vị, chúng ta đã bị hớt tay trên)” Ngay sau đó họ đã ghé thăm cơ sở của Penzias và Wilson ở Homdel, cách Princeton chỉ gần 100 km về phía bắc. Họ nhận ra rằng Penzias và Wilson đã dùng Dicke Switch trong thí nghiệm của mình để phát hiện các tín hiệu trong không gian. Hai công trình đã được gởi ngay đến tạp chí Astrophysical Journal, một bởi nhóm Bell Labs với tựa đề “ Một đo đạc nhiệt độ Anten Dư ở 4080 triệu chu kỳ”, và một bởi nhóm Princeton, chỉ ra rằng bức xạ mà Penzias và Wilson tìm được chính là di chỉ của BXN từ Big Bang. Dicke et al. (1965) báo trước rằng trong bức tranh đơn giản nhất, trường bức xạ có đặc tính của vật đen tuyệt đối. Với việc phát hiện bức xạ nền, mô hình Big Bang, tức là vũ trụ tiến hoá từ giai đoạn sơ khai với nền bức xạ ở nhiệt độ trên 1010K, và theo thời gian nguội dần đi đo sự giãn nở của Vũ trụ, đánh dấu một khởi đầu trong nhận thức mới về Vũ trụ. Ba chứng cứ thiên văn cơ bản, bao gồm sự hoá đỏ của các đám thiên hà, phân lượng của các nguyên tố nhẹ, và BXN được mệnh danh là “tam trụ” của toà mô hình chuẩn Big Bang. Nhận thức mới về vũ trụ Những thành công trên chỉ là gặt hái bước đầu. BXN mang chứng cớ về một vũ trụ vô thường, tức là có thay đổi, có mốc thời gian đầu, nhưng kèm theo đó là việc nảy sinh những vấn đề mới. Có thể liệt kê ba câu hỏi chính cho mô hình Big Bang như sau. Một trong những câu hỏi đầu tiên vụt đến, là từ một nền bức xạ đồng nhất, mọi nơi mọi hướng đều như nhau, làm sao mà vũ trụ trở nên không đồng nhất như ngày nay, nghĩa là chúng ta có Ngân Hà, quasars, có các nhà vũ trụ học ở thế giới này và những khoảng trống bao la trong vũ trụ ngoài kia? Có lẽ đây chỉ là chi tiết kỹ thuật rườm rà, nhưng thực là chi tiết quan trọng. Câu hỏi thứ hai cũng là câu hỏi rõ rệt. Tại sao vũ trụ lại gần như đẳng hướng, có nghĩa là bức xạ quan sát ở mọi hướng đều như nhau. Bức xạ từ những hướng này vốn không có liên hệ với nhau ở thời điểm của phát tán cuối, ~ 380,000 năm sau Big Bang, là giai đoạn mà electron và proton kết hợp với nhau để tạo thành nguyên tử và vì thế không còn tương tác với photon từ BXN. Vậy thì làm sao chúng biết về nhau mà đạt được trạng thái cân bằng nhiệt để tạo ra sự đẳng hướng? Một trùng khớp ngẫu nhiên chăng? Đây còn được gọi là bài toán chân trời (horizon). Câu hỏi thứ ba cũng đơn giản nhưng không kém phần nhức nhối. Các quan sát cho thấy là đặc tính hình học của vũ trụ ngày nay rất gần với hình học phẳng. nếu mà ta ngoại suy (extrapolate) điều này ngược về 14 tỷ năm trước đây, thì sai số từ độ phẳng của Vũ trụ trong thời điểm Big Bang chỉ là 10-60. (Điều này tương đương với sự khác biệt của khối lượng Mặt trời khi ta thêm bớt một electron.). Lại một sự trùng hợp nữa chăng? Có thể, nhưng đây quả là một điều trùng hợp khó tin. Hay cũng có thể là vũ Tháng 8-2006 VẬT LÝ ngày nay SỐ 4 (75) / TẬP 17 5 trụ không phẳng lắm như ta nghĩ? Điều này đòi hỏi cần phải có một quan sát đáng tin cậy hơn. Có lẽ trong cách suy nghĩ của một nhà tư duy thuần tuý, thì ba vấn đề trên là ba vấn đề nổi cộm, liên hệ đến sự sống còn của mô hình Big Bang, và vì vậy phải được để ý trước nhất. Có một nhóm các nhà tư duy thuần tuý như thế, và họ đã tốn nhiều công sức để cuối cùng lập nên kỳ tích bằng những đề xuất cơ chế vật lý mới. Nhưng ta hãy tạm để chuyện đó sang một bên lúc này, mà bàn đến công tác thực nghiệm trước mắt. Là một nhà thực nghiệm, nếu biết rằng có một trường bức xạ từ một vật đen tuyệt đối đang vây phủ quanh bạn thì bạn sẽ làm gì trước tiên? Có ba điều cơ bản mà bạn có thể xác định được. Mộ