Vật chất trong vũ trụ tồn tại từ hư không hay nó tồn tại ngay từ đầu?

Hiện giới khoa học trên thế giới vẫn chưa có một lời giải thích hoàn hảo nào cho vấn đề này, chỉ có một số lý thuyết vụn vặt, chẳng hạn như nguyên lý bất định của cơ học lượng tử, năng lượng điểm không chân không và các lý thuyết khác.

Theo sự hiểu biết của tôi về những lý thuyết này, nguồn gốc của vật chất trong vũ trụ có thể được cho là đến từ hư vô. Để giải thích những lý thuyết này, chúng ta vẫn không thể tách rời phương trình đã quá nổi tiếng của Einstein, đó là E = MC ^ 2. Mặc dù công thức này đơn giản nhưng nó lại có thể giải thích được bí ẩn sâu xa của vũ trụ, đó là sự tương đương của khối lượng và năng lượng, và chúng có thể hoán đổi cho nhau.

Vật chất trong vũ trụ được chuyển hóa từ năng lượng, và trong những trường hợp cực đoan, nó sẽ được chuyển hóa thành năng lượng và biến mất. Đây là quy luật sinh tử của vũ trụ.

Từ góc độ vĩ mô, vũ trụ được tạo ra từ hư không

Mô hình vũ trụ vụ nổ lớn đã là mô hình tiêu chuẩn của vũ trụ học hiện đại, tức là lý thuyết này đã trở thành cách hiểu chủ đạo của các nhà thiên văn học và vũ trụ học trên toàn thế giới - sự giãn nở, hình thành nên vũ trụ ngày nay.

Điểm kỳ dị bắt đầu từ vụ nổ lớn cách đây 13,8 tỷ năm, trải qua giai đoạn lạm phát và giãn nở nhanh chóng. Hiện tại, nó vẫn đang giãn nở với tốc độ nhanh gấp vài lần tốc độ ánh sáng, và trở thành một vũ trụ có thể quan sát được, với bán kính khoảng 46,5 tỷ năm ánh sáng.

Tuy nhiên điều đó không có nghĩa là tất cả các vị trí đều giãn nở nhanh hơn tốc độ ánh sáng, mà ám chỉ sự giãn nở của toàn bộ vũ trụ chồng lên nhau. Ở rìa cực của vũ trụ quan sát được cách chúng ta 46,5 tỷ năm ánh sáng, tốc độ của các thiên hà rời khỏi chúng ta vượt quá tốc độ ánh sáng.

Theo thuật ngữ khoa học, một điểm kỳ dị được biểu thị bằng thể tích nhỏ vô hạn, mật độ vô hạn, vô hạn về độ cong và vô hạn về nhiệt độ. Vậy câu hỏi đặt ra là điểm kỳ dị này là gì? Nó đã xảy ra như thế nào? Từ góc độ vĩ mô, nó là một thứ gì đó từ hư vô, đột nhiên xuất hiện từ hư không.

Có thể nói rang giới giữa một điểm tồn tại và không tồn tại được gọi là điểm kỳ dị, là điểm có độ cong vô hạn của không gian và thời gian, nơi không-thời gian kết thúc. Thuyết tương đối rộng dự đoán rằng những điểm kỳ dị như vậy nhất định xảy ra, một hiện tượng trong đó vật chất trong trường hấp dẫn cực hạn bị ảnh hưởng bởi các quá trình lượng tử và sụp đổ thành một tập hợp các chiều không thời gian khác, chẳng hạn như điểm kỳ dị lỗ đen.

Mặt khác, vụ nổ Big Bang là kết quả của sự phục hồi từ thời gian và không gian khác. Theo nghĩa này, điểm kỳ dị là một thứ siêu không-thời gian, và nó không còn là vấn đề không-thời gian của vũ trụ nữa. Điểm kỳ dị là sự mở rộng từ thời gian và không gian khác sang thời gian và không gian của chúng ta, vì vậy có thể nói rằng vũ trụ chính là được tạo ra từ hư không.

Nhưng theo lý thuyết cơ học lượng tử, vũ trụ được sinh ra từ...

Có hai lý thuyết của cơ học lượng tử hiện đại giải thích hiện tượng này - Nguyên lý bất định Heisenberg và lý thuyết năng lượng điểm không chân không.

Nguyên lý bất định của Heisenberg cho rằng trong thế giới vi mô, không thể biết chính xác vị trí và động lượng của một hạt cùng một lúc, từ đó có thể suy ra rằng ngay cả khi nhiệt độ giảm xuống không độ tuyệt đối, hạt vẫn dao động, nếu không nguyên tắc không chắc chắn sẽ bị vi phạm.

Có nghĩa là, ngay cả khi vũ trụ diệt vong, không có không-thời gian, và chỉ có chân không tuyệt đối, vẫn sẽ có chuyển động của hạt, và nếu có chuyển động của hạt thì sẽ có năng lượng, và đây là nguồn gốc của năng lượng điểm không chân không. Trong khoảng không của chân không tuyệt đối, những năng lượng này sẽ tồn tại ở dạng bọt lượng tử, tức là xuất hiện ngẫu nhiên dưới dạng hạt ảo.

Các hạt ảo này nằm trong các cặp âm và dương, tức là chúng xuất hiện ngẫu nhiên dưới dạng dương và phản vật chất, khi vật chất âm và dương gặp nhau, chúng sẽ tiêu diệt (biến mất sau khi giải phóng năng lượng), vì vậy các cặp hạt ảo này trong chân không xuất hiện ngẫu nhiên, nó sẽ bị triệt tiêu ngay lập tức một cách ngẫu nhiên.

Nếu thế giới đối xứng và cân bằng hoàn hảo như vậy, thế giới của chúng ta sẽ không bao giờ tồn tại. Nhưng các nhà vật lý đã phát hiện ra rằng thế giới không hoàn hảo, những đại diện tiêu biểu nhất là Yang Zhenning, Li Zhengdao và Wu Jianxiong với "Định luật không bảo toàn chẵn lẻ" mà họ đã khám phá và kiểm chứng bằng thực nghiệm đã đoạt giải Nobel Vật lý năm 1957.

Những lý thuyết này cho rằng vũ trụ của chúng ta không hoàn hảo, nhưng thỉnh thoảng có những vi phạm về tính bất đối xứng không bảo tồn tạo ra sự thay đổi liên tục của thế giới. Chính vì vậy, giới khoa học đã có một lời giải thích đột phá cho vụ nổ Big Bang, đó là những cặp hạt ảo này xuất hiện ngẫu nhiên trong các dao động lượng tử không bị triệt tiêu 100% mà sẽ bị hủy diệt trở thành điểm kỳ dị vũ trụ.

Vũ trụ của chúng ta đã nổ ra từ một điểm kỳ dị như vậy, và có thể có nhiều vũ trụ khác cũng nổ ra từ điểm kỳ dị này.

Năng lượng kỳ dị bị phá vỡ nhưng không bị triệt tiêu thì không thể trở về hư vô mà chỉ có thể giãn nở, đó chính là vụ nổ lớn của vũ trụ. Vụ nổ Big Bang cực kỳ nóng và dày đặc, lúc đầu chỉ có năng lượng và không có gì cả. Trong vòng 1 giây sau Vụ nổ lớn, vũ trụ đã bị thổi phồng. Lực hấp dẫn, gluon, quark, boson, lepton, proton, neutron và phản hạt của chúng liên tiếp xuất hiện, và sau đó lực điện từ mạnh, yếu tương tác với nhau cũng tách ra.

Sau 384.000 năm giãn nở và nguội đi, vũ trụ đã đủ lớn, và nhiệt độ nguội đi khoảng 3000K, các nguyên tử trung hòa xuất hiện, vũ trụ cuối cùng đã vượt qua thời kỳ đen tối, tia sáng đầu tiên (sóng điện từ) từ vũ trụ dày đặc.

Vào thời điểm này, các chất phổ biến bao gồm các nguyên tử đã xuất hiện. Các chất sớm nhất là các nguyên tố đơn giản nhất, hydro và heli, và một lượng rất nhỏ liti. Các chất nhẹ này dần dần tập hợp lại thành các cụm tinh vân do lực hấp dẫn trong vũ trụ, sau đó co lại và sụp đổ. Và đó cũng chính là thời điểm mà các vì sao, các ngôi sao và các thiên hà trong vũ trụ được sinh ra.

Các ngôi sao ban đầu tương đối lớn nên tuổi thọ của chúng rất ngắn. Trong phản ứng tổng hợp hạt nhân sao và các vụ nổ siêu tân tinh liên tục, từng nguyên tố nặng hơn được tạo ra lần lượt và 118 nguyên tố đã biết dần dần xuất hiện. Chính những nguyên tố này, đã cấu tạo nên tất cả các loại chất trong vũ trụ và muôn loài sinh vật trên Trái đất.

Theo nghĩa này, vật chất của vũ trụ đã tồn tại từ trước đó. Trước khi vũ trụ được sinh ra, những năng lượng này đã được lưu trữ trong chân không, và chính năng lượng điểm 0 chân không khổng lồ đã biến đổi các chất khác nhau, điều này phù hợp với quy luật chuyển đổi khối lượng-năng lượng được tiết lộ bởi phương trình khối lượng-năng lượng của Einstein.