Tương lai của vũ trụ

'Lời dẫn vấn đề' (một trong những vấn đề quan trọng nhất của khoa học hiện nay trên Thế giới):

Hiện nay các nhà khoa học đang đang cố tìm cách giải thích quá trình các thiên hà ở xa đang ngày càng chạy ra xa - đã chứng minh được chạy ra xa (tức là chứng minh có chạy chứ không phải đứng yên) nhưng chưa giải thích được vì sao lại thế? tương lai vũ trụ?.

“Vào năm 1920, nhà thiên văn học người Mỹ Edwin P. Hubble là người đầu tiên phát hiện ra vũ trụ của chúng ta không tĩnh. Trên thực tế, ông Hubble đã chứng minh được không gian mở rộng ra rất nhiều kể từ khi nó bắt đầu hình thành kể từ sau vụ nổ Big Bang 13,7 tỷ năm trước. Sau đó, thế giới thêm một lần nữa kinh ngạc khi nghiên cứu năm 1990 của các nhà thiên văn học chứng minh rằng, việc mở rộng của vũ trụ đang tăng tốc từng ngày. Khám phá này đã giành giải Nobel Vật lý năm 2001.

Mình đã có nghiên cứu và phát hiện quan trọng sẽ giải thích được vấn đề đó và bao gồm cả các thiên hà gắn kết với nhau như thế nào.

I-/ Các dạng thiên hà gồm: thiên hà hình xoắn ốc, thiên hà hình elip hoặc thiên hà hình dị thường...(phần I này, các nhà khoa học đã chỉ ra, diễn giải lại các bạn hiểu để vào phần sau).

1) - Thiên hà hình xoắn ốc:

Thiên hà xoắn ốc là loại thiên hà mà các ngôi sao phân bố theo hình xoắn ốc về phía tâm.

Các thiên hà xoắn ốc có cấu trúc một đĩa phẳng quay gồm các sao và môi trường liên sao, cùng với miền phình to ở trung tâm chứa chủ yếu các ngôi sao già cỗi. Mở rộng ra bên ngoài khu vực phình này là những nhánh xoắn ốc tương đối sáng. Thiên hà với các nhánh xoắn ốc xếp chặt đôi khi còn được các nhà thiên văn gọi là "thiên hà xoắn ốc kết bông"; ngược lại với kiểu "thiên hà xoắn ốc thiết kế lớn" mà có những nhánh xoắn ốc rõ ràng và lớn. Dường như lý do ở một số thiên hà xoắn ốc có miền phình lớn và một số thì dạng cấu trúc giống đĩa phẳng là ở chỗ tốc độ tự quay của thiên hà nhanh hay chậm.

2) - Thiên hà hình elip (khối ellipsoid - khối cầu elip):

Có tương đối ít vật chất liên sao trong thiên hà elip. Hệ quả là những thiên hà này có ít các cụm sao phân tán và tốc độ sản sinh các ngôi sao mới là thấp. Thay vào đó trong các thiên hà này chứa phần lớn các ngôi sao già trong giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa, quay xung quanh khối tâm hấp dẫn chung theo những hướng ngẫu nhiên. Các thiên hà lớn nhất trong vũ trụ quan sát được là các thiên hà elip. Thiên hà elip hình thành từ quá trình tương tác giữa các thiên hà, kết quả của sự va chạm hay sát nhập thiên hà.

3)- Thiên hà dị thường:

Là các thiên hà có dạng hình vòng, hạt đậu ... (hình dáng giống cái vòng, hạt đậu...). Thiên hà hình vòng có khả năng hình thành khi có một thiên hà nhỏ hơn chuyển động vượt qua trung tâm của một thiên hà xoắn ốc. Thiên hà hình hạt đậu là thiên hà có dạng cấu trúc trung gian giữa thiên hà elip và thiên hà xoắn ốc.

II- Diễn giải quá trình xuất hiện các lực ở thiên hà:

Từ hình dáng của thiên hà, chúng ta diễn giải chung ở thiên hà hình xoắn ốc (các thiên hà khác do thiên hà hình elip bị biến đổi thành).

Ta thấy, các thiên hà xoắn ốc có cấu trúc một đĩa phẳng quay gồm các sao và môi trường liên sao, cùng với miền phình to ở trung tâm chứa chủ yếu các ngôi sao già cỗi. Mở rộng ra bên ngoài khu vực phình này là những nhánh xoắn ốc tương đối sáng.

Miền phình to ở trung tâm chứa hố đen và mật độ sao dày đặc nên có 'vật chất' rất lớn, lực hấp dẫn rất lớn. Ta nói giữa trung tâm mỗi thiên hà có lực hút cực lớn (ký hiệu F_t) các nhánh xoắn xoay quanh.

Mỗi thiên hà khi tự xoay thì gồm các ngôi sao ở mỗi nhánh xoắn ốc xoay quanh tâm T_n và các ngôi sao tự xoay quanh mình

Tự mỗi ngôi sao có lực hấp dẫn hút vào (do trọng lượng của chúng) vừa có lực hất xoáy ra (do quán tính ngôi sao tự quay quanh mình và quay quanh thiên hà, do các dạng tia phát ra, từ trường…),

mời xem tham khảo thêm ở bái viết:Tương lai của vũ trụ https://sites.google.com/site/weblethanhduc/xa-hoi-tuong-lai/vu-tru-hinh-thanh-va-ket-thuc

Tương tự, với thiên hà thì chúng cũng có lực hất xoáy ra trong quá trình tự quay của thiên hà (ký hiệu F_q).

Vậy ta thấy ở mỗi thiên hà (ký hiệu H_n) có hai dạng lực chủ yếu:

a/ lực F_t hút mọi thứ về tâm T_n của mỗi thiên hà theo mọi hướng (như hút mọi thứ trong khối cầu về tâm hình cầu) – lực hấp dẫn.

b/ lực F_q xu hướng hất xoáy ra (theo gần phương tiếp tuyến với vòng xoay thiên hà), nằm trên mặt phẳng ‘hình đĩa phẳng’ của thiên hà.

Hai trường hợp xẩy ra:

Trường hợp 1: Nếu hai thiên hà (ký hiệu H_n) cùng một mặt phẳng thì chúng tương tác với nhau chủ yếu là do lực hút ở trung tâm mỗi thiên hà F_t và F_q. Vì trên cùng mặt phẳng nên các lực F_t và F_q cùng trên một ‘phương mặt phẳng’, dẫn tới có phần nào đó lực tiêu nhau.

Nếu ở gần nhau thì các thiên hà vẫn bị hút vào nhau (do F_t vẫn quá lớn), nhưng nếu xa nhau lực F_t chịu ảnh hưởng rất của lực F_q. Bởi cùng mặt phẳng nên sẽ triệt tiêu phần nào đó lực của nhau.

Lực F_q luôn xu hướng hất ra hướng mỗi thiên hà đi (lúc tự xoay và đi xoắn – như dạng cái ‘gụ’ tự xoay và đi trên nền phẳng), còn lực F_t xu hướng nối hai tâm thiên hà.

Vậy xu hướng hai thiên hà cùng mặt phẳng thì chúng chịu lực hút F_t ít đi.

Trường hợp 2:

Khi hai thiên hà không ở cùng một mặt phẳng thì lực F_t (lực hấp dẫn hút vào) sẽ không cùng phương mặt phẳng với lực F_q , tức là các lực F_t và F_q ở mỗi thiên hà xiên xẹo với nhau trong không gian. Bởi vậy, lực F_t sẽ bị triệt tiêu ít hơn ở trường hợp này.

III- Diễn giải các thiên hà gắn kết với nhau và các thiên hà đang chuyển động ngày càng xa nhau:

1)- Diễn giải gắn kết các thiên hà:

Ta đã thấy các thiên hà chủ yếu chịu tác động hai lực F_t và F_q.

Trong vũ trụ, các thiên hà rất nhiều và ở mọi hướng. Mỗi thiên hà sẽ chịu tác động của nhiều lực F_tn và F_qn của nhiều thiên hà, mà càng gần nhau càng ảnh hưởng mạnh.

Khi chúng ở khoảng cách với nhau tùy như thế nào đó cùng với độ lớn mỗi thiên hà (‘vật chất lớn thì F_tn càng lớn) mà sẽ có quá trình lôi kéo theo các phương tới từng thiên hà. Ta có các quá trình sát nhập thiên hà diễn ra và quá trình thiên hà bị kéo về hướng, từ đó tạo các nhóm thiên hà lớn nhỏ khác nhau. Quá trình này cứ diễn ra cho tới khi ‘gần tự cân bằng’ sự tồn tại các khối thiên hà.

Vì sao nói tự ‘gần cân bằng’? tức là không có ‘dừng lại’ mà chỉ có khi ban đầu sẽ diễn ra mạnh mẽ, sau đó sát nhập và ổn định dần. Do quá trình sinh – tàn ngôi sao ở mỗi thiên hà, do quá trình biến đổi ‘sát nhập’ thiên hà mà mỗi thiên hà luôn không ổn định nên quá trình ‘điều chỉnh’ khoảng cách giữa chúng cũng luôn diễn ra. Có phần quan trọng thúc đẩy quá trình này nữa là do các thiên hà luôn tự di chuyển (có động năng), xuôi ngoài rìa vũ trụ càng gần phẳng (phần này giải thích mục 2).

Vậy ta thấy, các thiên hà gắn kết với nhau do quá trình tự điều chỉnh với các lực chủ yếu F_tn và F_qn đó, cùng với độ lớn (vật chất) mỗi thiên hà.

Vũ trụ là chịu tác động của cực lớn các tia dạng ‘hạt’ (như ánh sáng, từ trường, hạt neutrino …) xuyên qua các lớp bụi (vòng bụi quanh các thiên hà). Những hiên tượng này cũng sẽ động ‘lực’ nào đó tới ‘vỏ bụi’ của mỗi thiên hà, của các khối thiên hà…Sự tập trung mật độ thiên hà khác nhau với độ bùng phát sao khác nhau mà các ‘lực’ này cũng sẽ biến thiên rất lớn trong vùng vũ trụ. Rất nhiều hạt có khối lượng và có lực tác động thì sẽ tạo ‘lực ép’ rất lớn lên mọi chỗ trong vũ trụ. Phải chăng phần tác động lên vũ trụ mà chưa rõ là đây chứ không phải ‘vật chất tối’ và ‘năng lượng tối’…(dù ‘cân’ được phần vũ trụ này). Sự bùng phát (phát sáng, tia…) mọi ngôi sao trong vũ trụ là cực lớn nên ‘có lực – khối lượng’ này lớn, nhưng bị sự rải ra (rải nhỏ ra rộng lớn vũ trụ) cũng lớn nên không quan sát được.

2)- Diễn giải các thiên hà ở xa càng chạy nhanh ra xa nhau:

Mô hình vũ trụ dạng khối cầu elip dẹt dần về phía ngoài rìa, tức xuôi phẳng dần về phía ngoài.

Ta đã biết có hai lực chủ yếu tác động lên các thiên hà là F_tn và F_qn. Khi các thiên hà xếp theo hướng ‘phẳng dần’ về phía nhau (tức góc nghiêng giữa hai thiên hà giảm dần) thì lực F_tn sẽ giảm dần. Lực F_qn sẽ lớn dần và thức đẩy quá trình tự đi xa ra của thiên hà, cùng với đó thiên hà hướng ra ngoài dần chịu ‘sát nhập ít hơn’, chịu lực hút khối thiên hà giảm dần dẫn tới thiên hà ở xa ngày càng chuyển động ra xa. Nếu những thiên hà đó có quá trình tự quay lớn (F_qn) mà đang lớn ( do tạo sao hoặc mới bứt ra được khỏi các F_tn) thì chúng càng chuyển động nhanh ra xa.

Vậy ta thấy các thiên hà ở xa ngàng càng chạy nhanh ra xa (giảm dần các kìm hãm lực F_qn). Các thiên hà có xu hướng như trôi dần xuống rìa (cả hai phía của rìa), vũ trụ hình khối cầu elip nhưng có rìa dạng dẹt dần hình đĩa.

Chúng ta quan sát thấy các thiên hà ngoài rìa đang quá trình tạo ngôi sao mạnh mẽ, chứng tỏ F_qr đang lớn.

VI – Tương lai vũ trụ:

Từ những diễn giải đó, ta thấy tương lai vũ trụ phụ thuộc lớn vào ‘quá trình’ hình thành các ngôi sao (độ tuổi) với dạng ‘vật chất’ và quá trình thiên hà ngoài rìa như thế nào.

Các thiên hà ngoài rìa lúc giảm hoạt động các ngôi sao sẽ bị hố đen của chính các thiên hà hút. Ta gọi quãng đi được tới lúc thiên hà tàn thành hố đen T_r của mỗi thiên hà rìa H_{r n} là x₁₀ (bào gồm các quãng chia nhỏ X₁ tới X₁₀ ). Thì:

- Nếu một thiên hà ngoài rìa là H_r1 tới quãng x₆ chẳng hạn đã giảm quán tính lực F_Qr1 (lực quán tính quay tự đi – đã trình bày trên) do hoạt động các ngôi sao giảm thì thiên hà đó bắt đầu hình thành lớn dần hố đen T_r1 (hố đen của thiên hà H_r1). Đáng ra các quãng đường từ X₆ sẽ bắt đầu giảm tốc nhưng do có nhiều hố đen phía trước (của các thiên hà ngoài rìa khác đã đi trước ‘tàn’, tạo thành hố đen) tạo thêm lực hút nó vẫn được tăng tốc, tức tới X₆ thì lực F_qr1 giảm nhưng lực F _tr1 sẽ tăng.

Bởi vậy ta quan sát thấy thiên hà ở xa ngày càng chuyển động nhanh.

- Nếu ta quan sát thấy thiên hà ngoài rìa là H_r1 tăng tốc thì quãng ta quan sát được có thể thiên hà chưa tới giai đoạn tàn (F_qr1 vẫn mạnh mẽ) hoặc quãng đoạn sau không quan sát được như trước, hoặc do hố đen (vùng xa ngoài rìa) tạo lực hút mạnh và ở quá xa làm yếu (quang phổ màu dùng để quan sát độ dich chuyển- càng ở xa thi quang phổ ‘ánh sáng’ của ngôi sao phát ra càng dịch về phía đỏ).

Khả năng vùng ngoài rìa có tạo vòng bao quanh gồm những thiên hà phía ngoài tới giai đoàn tàn, tập hợp thành các ‘hố đen’ – dải vòng quanh xa xôi nhất của vũ trụ, rìa ngoài cùng vũ trụ.

Mảng khối ‘hố đen’ này hình đĩa dẹt bao quanh ngoài cùng vũ trụ (vòng ngoài cùng).

Có 2 trường hợp xẩy ra:

a/ Vùng thiên hà phía trong xuôi thoải dần đi ra phía ngoài (chạy ra xa mà bớt dần phía trong) cho tới lúc hết phía trong và tụ tập thành vành đai phía ngoài cực lớn hố đen – lúc tàn (nơi các thiên hà phía ngoài đang tăng tốc chạy tới). Vành đai này tập hợp ‘vùng vành đai’ hố đen cực lớn bao quanh ngoài cùng vũ trụ và phía trong đó là mọi dạng bụi khí của quá trinh sinh – tàn các ngôi sao, các thiên hà thoát ra (bụi khí này không đủ sức quá trình hình thành sao nữa). Vành đai đó sẽ co dần lại do lực hấp dẫn và ép vùng khí phía trong, tới một lúc sẽ tạo khối cực lớn với quá trình ép cực mạnh co lại mà sẽ tạo vụ nổ Big Bang mới, vũ trụ lại sinh ra (lặp lại quá trình).

b/ Có lượng thiên hà phía trong không đủ sức chạy ra ngoài tới vùng vành đai ‘hố đen rìa’. Sẽ tồn tại vùng khối elip các hố đen tàn phía trong và vùng vành đai ‘hố đen rìa’ phía ngoài, có thể nối tiếp thoải dần của hai vùng khối này. Lực hấp dẫn sẽ hút chúng lại với nhau, tới một lúc sẽ tạo khối cực lớn với quá trình ép cực mạnh co lại mà sẽ tạo vụ nổ Big Bang mới, vũ trụ lại sinh ra (lặp lại quá trình).

Chú thích: các thiên hà chạy ra phía ngoài rìa vì sao không bị biến mất (lạc vào khoảng không rộng lớn) mà tích tụ gặp nhau thành các hố đen lớn dần? giải thích:

- Các thiên hà không bao giờ đi đường thẳng (do chuyển động xoáy như cái ‘gụ’, và không thể tự nắn thẳng được), thế thì cho khỏang không gian cực lớn so với độ có hạn của quá trình ‘vươn cong’ đi ra thì cuối cùng chúng sẽ gặp nhau. Nếu gặp nhau tích tụ lớn sẽ có phần lực hút các hố đen ‘làm công cuộc tìm kiếm’ hút chúng lại với nhau.

- Cũng có thể các mảng khối hố đen trôi dạt tạo kết nối vòng khác mà tạo những vụ nổ khác nhau, tạo nhiều vũ trụ mà quá trình tàn sẽ tựu tìm tới với nhau. Có nhiều cách kết hợp tạo mức vũ trụ to nhỏ khác nhau. Hoặc những vụ nổ đó chỉ xem là các vụ nổ sớm để tạo ‘bụi’ mà dễ cho quá trình tích tụ một vũ trụ duy nhất.

Lê Thanh Đức - nhật ký ngày 28/10/2015 - Làm cho Chương trình UNDP, có gửi các tạp chí khoa học.