Chương 1: Câu chuyện vĩ đại nhất từng được kể

“Vũ trụ không có nghĩa vụ phải trở nên dễ hiểu đối với bạn.” - Neil deGrasse Tyson

Trong những năm gần đây, không quá một tuần trôi qua mà không có tin tức về một khám phá vũ trụ xứng đáng được đưa lên trang nhất. Sự gia tăng mức độ phủ sóng này có khả năng đến từ sự gia tăng thực sự trong nhu cầu tìm hiểu khoa học của công chúng.

Nếu bạn quá bận rộn để hấp thụ vũ trụ thông qua các lớp học, sách giáo khoa hoặc phim tài liệu, nhưng bạn vẫn tìm kiếm một lời giới thiệu ngắn gọn nhưng ý nghĩa về lĩnh vực này - đây là cuốn sách dành cho bạn. Trong tập sách mỏng này, bạn sẽ có được sự thông thạo nền tảng về tất cả các ý tưởng và khám phá chính thúc đẩy sự hiểu biết hiện đại của chúng ta về vũ trụ.

CÂU CHUYỆN VĨ ĐẠI NHẤT TỪNG ĐƯỢC KỂ

Thuở ban đầu, gần mười bốn tỷ năm trước, tất cả không gian và tất cả vật chất và tất cả năng lượng của vũ trụ đã biết đều được chứa đựng trong một thể tích nhỏ hơn một phần nghìn tỷ kích thước của dấu chấm kết thúc câu này.

Điều kiện nóng đến mức các lực cơ bản của tự nhiên mô tả vũ trụ một cách tập thể đã được hợp nhất. Vũ trụ có kích thước nhỏ hơn đầu kim này chỉ có thể giãn nở. Nhanh chóng. Trong cái mà ngày nay chúng ta gọi là Big Bang.

Thuyết tương đối tổng quát của Einstein, đưa ra vào năm 1916, cho chúng ta sự hiểu biết hiện đại về lực hấp dẫn, trong đó sự hiện diện của vật chất và năng lượng làm cong cấu trúc của không gian và thời gian xung quanh nó. Vào những năm 1920, cơ học lượng tử sẽ được khám phá, cung cấp bản thuật lại hiện đại của chúng ta về tất cả những gì nhỏ bé: các phân tử, nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử. Nhưng hai cách hiểu này về tự nhiên về mặt hình thức không tương thích với nhau, điều này khiến các nhà vật lý lao vào một cuộc chạy đua để pha trộn lý thuyết về cái nhỏ với lý thuyết về cái lớn thành một lý thuyết thống nhất duy nhất về hấp dẫn lượng tử.

Một phần nghìn tỷ giây đã trôi qua kể từ khi bắt đầu.

Trong suốt thời gian đó, sự tương tác của vật chất dưới dạng các hạt hạ nguyên tử, và năng lượng dưới dạng photon diễn ra không ngừng. Vũ trụ đủ nóng để các photon này tự phát chuyển đổi năng lượng của chúng thành các cặp hạt vật chất-phản vật chất, ngay sau đó chúng tự hủy, trả lại năng lượng cho các photon. Đúng vậy, phản vật chất là có thật. Và chúng ta đã khám phá ra nó, chứ không phải các nhà văn khoa học viễn tưởng.

Bằng chứng lý thuyết mạnh mẽ gợi ý rằng một giai đoạn trong vũ trụ rất sớm đã ban cho vũ trụ một sự bất đối xứng đáng kinh ngạc, trong đó các hạt vật chất chỉ nhỉnh hơn một chút so với các hạt phản vật chất: theo tỷ lệ một tỷ lẻ một so với một tỷ.

Đến bây giờ, một giây thời gian đã trôi qua.

Vũ trụ đã lớn tới vài năm ánh sáng chiều rộng. Khi vũ trụ tiếp tục giãn nở và nguội đi - giảm xuống dưới một trăm triệu độ - các proton hợp nhất với các proton cũng như với các neutron, tạo thành các hạt nhân nguyên tử và sinh ra một vũ trụ trong đó chín mươi phần trăm các hạt nhân này là hydro và mười phần trăm là heli.

Hai phút đã trôi qua kể từ khi bắt đầu.

Trong 380.000 năm nữa, không có nhiều chuyện xảy ra. Nhưng sự tự do này kết thúc đột ngột khi nhiệt độ của vũ trụ giảm xuống dưới 3.000 độ Kelvin, và tất cả các electron tự do kết hợp với hạt nhân. Điều này hoàn tất việc hình thành các hạt và nguyên tử trong vũ trụ nguyên thủy.

Trong một tỷ năm đầu tiên, vũ trụ tiếp tục giãn nở và nguội đi khi vật chất tụ lại thành những nồng độ khổng lồ mà chúng ta gọi là các thiên hà. Gần một trăm tỷ thiên hà đã hình thành, mỗi thiên hà chứa hàng trăm tỷ ngôi sao. Những ngôi sao có khối lượng lớn nổ tung một cách may mắn, gieo rắc những bộ lòng giàu hóa chất của chúng khắp thiên hà.

Sau chín tỷ năm làm giàu như vậy, tại một phần không mấy nổi bật của vũ trụ, trong một thiên hà không mấy nổi bật (Dải Ngân hà), ở một khu vực không mấy nổi bật (Nhánh Orion), một ngôi sao không mấy nổi bật (Mặt Trời) đã ra đời.

Bên trong các đại dương lỏng giàu hóa chất, bằng một cơ chế vẫn chưa được khám phá, các phân tử hữu cơ đã chuyển đổi thành sự sống tự sao chép. Và cuối cùng, một nhánh não lớn của những động vật có vú đã tiến hóa thành chi và loài với trí thông minh đủ để phát minh ra các phương pháp và công cụ khoa học - và để suy luận ra nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ.

Những gì chúng ta biết, và những gì chúng ta có thể khẳng định mà không cần do dự thêm, là vũ trụ đã có một điểm bắt đầu. Vũ trụ tiếp tục tiến hóa. Và đúng vậy, mọi nguyên tử trong cơ thể chúng ta đều có thể được truy nguyên từ Big Bang và từ các lò nhiệt hạch bên trong những ngôi sao khối lượng lớn đã nổ tung hơn năm tỷ năm trước.

Chúng ta là bụi sao được mang lại sự sống, sau đó được vũ trụ trao quyền để tự tìm hiểu về chính nó - và chúng ta chỉ mới bắt đầu.