Sự tập hợp các thiên hà trong Vũ trụ trên quy mô lớn nhất có thể quan sát được, trong đó mỗi pixel đại diện cho một thiên hà. Tín dụng hình ảnh: Michael Blanton và SDSS hợp tác.

5 huyền thoại khoa học mà bạn có thể tin về vũ trụ

Làm thế nào một chút kiến ​​thức có thể mang lại một số quan niệm sai lầm lớn và cách khắc phục nó.

Vì triết học nảy sinh từ sự kính sợ, một triết gia bị ràng buộc theo cách trở thành người yêu thích thần thoại và truyện ngụ ngôn. Các nhà thơ và các nhà triết học giống nhau về sự vĩ đại -Thomas Aquina

Vũ trụ là một nơi rộng lớn, bí ẩn, bao gồm tất cả mọi thứ chúng ta từng biết, quan sát hoặc có thể hy vọng được tiếp xúc. Trong nhiều thiên niên kỷ, một cái nhìn lên bầu trời - cửa sổ của chúng ta vào vũ trụ bên ngoài thế giới của chúng ta - đã gặp phải sự ngạc nhiên, sợ hãi và say mê với những điều chưa biết. Nhờ tất cả những tiến bộ khoa học được tạo ra bởi các nền văn minh trên toàn cầu, giờ đây chúng ta biết rằng các điểm sáng trên bầu trời là những ngôi sao, được nhóm lại với nhau trong các thiên hà, tập hợp lại trên quy mô lớn nhất, trong một Vũ trụ bắt đầu từ Vụ nổ lớn của chúng ta một lượng hữu hạn thời gian trước đây: 13,8 tỷ năm. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là chúng ta biết tất cả mọi thứ. Trong thực tế, biết một số vật lý mở ra cơ hội cho một số quan niệm sai lầm thực sự lớn, một số trong đó ảnh hưởng đến cả các nhà khoa học chuyên nghiệp. Chúng bao gồm…

Các phần có thể quan sát được (màu vàng) và có thể tiếp cận (màu đỏ tươi) của Vũ trụ, đó là những gì chúng có được nhờ sự mở rộng của không gian và các thành phần năng lượng của Vũ trụ. Tín dụng hình ảnh: E. Siegel, dựa trên công việc của người dùng Wikimedia Commons Azcolvin 429 và Frédéric MICHEL.

1.) Nếu Vũ trụ là 13,8 tỷ năm tuổi, thì chúng ta không thể nhìn thấy các vật thể cách xa 46 tỷ năm ánh sáng.

Rốt cuộc, không có gì có thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng! Ánh sáng từ Mặt trời là 8 phút và 20 giây vì phải mất 8 phút và 20 giây để đi qua khoảng cách từ Mặt trời đến Trái đất. Nhưng có hai điểm quan trọng cần nhận ra ở đó: một là Mặt trời và Trái đất không di chuyển ra xa hoặc hướng về nhau trong hành trình của ánh sáng, hai là không gian giữa Mặt trời và Trái đất không mở rộng. Ở quy mô vũ trụ lớn nhất, Vũ trụ có cả hai yếu tố này.

Hãy tưởng tượng một thiên hà cách xa nơi chúng ta đang ở cách đây 10 tỷ năm ánh sáng. Hãy tưởng tượng rằng nó phát ra ánh sáng. Nếu kết cấu của Vũ trụ không mở rộng, phải mất 10 tỷ năm để đến với chúng ta. Nhưng nếu thiên hà đang rời xa chúng ta, bị giới hạn bởi tốc độ ánh sáng, thì nó có thể cách chúng ta 20 tỷ năm ánh sáng theo thời gian ánh sáng đến đó. Và nếu Vũ trụ đang mở rộng, nó có thể còn xa hơn nữa! Nếu Vũ trụ của chúng ta được tạo ra từ chủ yếu là phóng xạ, chúng ta có thể nhìn thấy tới 27,6 tỷ năm ánh sáng trong Vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi. Nếu nó được tạo ra từ phần lớn vật chất, con số đó sẽ lên tới 41,4 tỷ năm ánh sáng. Và với sự pha trộn của vật chất, vật chất tối và năng lượng tối mà chúng ta có, sự mở rộng mang đến con số đó lên tới 46 tỷ năm ánh sáng. Đó là cách chúng ta có thể nhìn thấy các vật thể ở rất xa trong Vũ trụ của chúng ta.

Ánh sáng và gợn sóng trong không gian; khi ánh sáng đi qua không gian không bằng phẳng, nó thay đổi cách người quan sát ở bất kỳ vị trí nào khác cảm nhận được thời gian trôi qua của ánh sáng. Tín dụng hình ảnh: Đài quan sát trọng lực châu Âu, Lionel BRET / EUROLIOS.

2.) Không ai biết trọng lực thực sự, về cơ bản hoạt động như thế nào.

Các lực ảnh hưởng đến Vũ trụ của chúng ta - lực hấp dẫn, chịu sự chi phối của Thuyết tương đối rộng của Einstein và các lực điện từ, yếu và mạnh, được mô tả bằng lý thuyết trường lượng tử - rất dễ quan sát và đo lường. Các lý thuyết bên dưới chúng là riêng biệt, với Thuyết tương đối rộng mô tả mối quan hệ giữa vật chất và năng lượng với độ cong của không gian và thời gian và lý thuyết trường lượng tử mô tả sự tương tác giữa các hạt xảy ra trong không thời gian đó. Bạn có thể lo lắng rằng trọng lực vốn dĩ phải là một lực lượng tử trong tự nhiên, và cần phải có graviton làm trung gian cho sự tương tác đó. Bạn cũng có thể lo lắng rằng chúng ta không thể tính toán được lực hấp dẫn hoặc trường phải hoạt động như thế nào trong các tình huống lượng tử, như đối với một electron đi qua một khe kép và giao thoa với chính nó.

Nhưng mục đích của khoa học là để giải thích các quan sát, và Thuyết tương đối rộng làm như vậy cho tất cả chúng. Không chỉ đủ, mà là hoàn hảo, đến chính giới hạn của những gì chúng ta có khả năng quan sát. Mọi lý thuyết đều có giới hạn về phạm vi hiệu lực của nó; Thuyết tương đối rộng sẽ bị phá vỡ tại một số điểm, giống như tại các điểm kỳ dị bên trong các lỗ đen. Nhưng các lý thuyết trường lượng tử cũng có những giới hạn đó: ở thang đo Planck, hoặc khoảng cách khoảng 10 ^ -33 mét hoặc hơn. Graviton nên tồn tại, nhưng chúng tương tự như photon: những vật thật có thể được phát hiện dưới dạng sóng hấp dẫn (giống như các photon thực có thể được phát hiện dưới dạng sóng ánh sáng), trong khi ảo có thể được phát hiện và chỉ là một công cụ tính toán. Mô tả của Einstein là hoàn toàn hợp lệ. Mặc dù chúng tôi hy vọng một ngày nào đó sẽ bị thay thế bởi một mô tả lượng tử về lực hấp dẫn, bức tranh về không thời gian cong của chúng ta bị ảnh hưởng bởi vật chất và năng lượng, trong đó không thời gian cong xác định đường đi của các vật thể, về cơ bản là có ý nghĩa quan trọng nhất: nó mô tả hoàn hảo mọi quan sát chúng ta có thể quan niệm làm.

Dòng thời gian của lịch sử vũ trụ quan sát được của chúng tôi. Tín dụng hình ảnh: Nhóm khoa học NASA / WMAP.

3.) Vụ nổ lớn là sự ra đời của không gian và thời gian.

Vũ trụ đã được mở rộng và làm mát trong hàng tỷ năm; mọi thứ đã nóng hơn và dày đặc hơn trong quá khứ, và nếu chúng ta ngoại suy trở lại một cách tùy tiện, chúng ta sẽ đến một điểm có mật độ vô hạn. Về mặt lý thuyết, điều này được nhận ra sớm nhất là vào những năm 1920 bởi các nhà vũ trụ học như Alexandr Friedmann và Georges Lemaître, với cái sau gọi trạng thái này là nguyên tử nguyên thủy của Hồi mà từ đó mọi thứ xuất hiện. Khi phát sáng bức xạ còn sót lại được dự đoán bởi hình ảnh này - đã chuyển sang phần vi sóng của phổ bởi sự giãn nở của Vũ trụ - được phát hiện vào những năm 1960, Vụ nổ lớn đã được xác nhận. Ngoại suy trở lại tùy ý xa, và bạn đến một điểm kỳ dị: nơi không gian và thời gian như chúng ta biết chúng xuất hiện từ đó.

Chỉ, hình ảnh đó không đúng. Nếu nhiệt độ của Vũ trụ (và do đó, năng lượng của nó) đã tăng lên trên một điểm nhất định, thì từ sớm, các dao động trong Nền vi sóng vũ trụ sẽ lớn hơn những gì chúng ta quan sát được. Thực tế là chúng chỉ có vài phần trong 100.000 - lần đầu tiên được đo vào đầu những năm 1990 bởi COBE - cho chúng ta biết rằng phải có một trạng thái trước Big Bang nóng bỏng mà Vũ trụ nóng bỏng, dày đặc, đầy vật chất và bức xạ của chúng ta xuất hiện từ. Có một dự đoán được đưa ra về tình trạng đó sẽ là gì vào những năm 1980: lạm phát vũ trụ, được thiết lập và tạo ra Vụ nổ lớn. Các chi tiết về những biến động của CMB sẽ được dự đoán và được quan sát để khớp với chi tiết chính xác những gì chúng tôi quan sát được bởi COBE, WMAP (2000) và Planck (2010). Lạm phát đến trước Big Bang nóng. Những gì đến trước lạm phát, và thành thật mà nói, những gì đến trước 10 ^ -32 giây lạm phát gần đây, vẫn còn là một bí ẩn.

Hai mô hình vướng víu có thể có trong không gian de Sitter, đại diện cho các bit vướng víu của thông tin lượng tử có thể cho phép không gian, thời gian và trọng lực xuất hiện. Tín dụng hình ảnh: Erik Verlinde, qua https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.

4.) Không gian, thời gian và trọng lực tất cả chỉ có thể là ảo ảnh.

Có lẽ chúng không cơ bản; có lẽ chúng không thực sự là một số người thực sự. Đã có rất nhiều tin đồn về một ý tưởng gần đây: rằng một số tính chất này có thể xuất hiện từ một cái gì đó cơ bản hơn. Sóng âm phát ra từ các tương tác phân tử; các nguyên tử xuất hiện từ các quark, gluon và electron và các tương tác mạnh và điện từ; các hệ hành tinh xuất hiện từ trọng lực trong Thuyết tương đối rộng. Nhưng trong ý tưởng về lực hấp dẫn entropic - cũng như một số tình huống khác (như qbits) - trọng lực hoặc thậm chí chính không gian và thời gian có thể xuất hiện từ các thực thể khác theo cách tương tự.

Nhưng gốc rễ của điều này là thực tế là có những mối quan hệ chặt chẽ trong các phương trình chi phối trọng lực và những điều chỉnh nhiệt động lực học. Thông thường, chúng tôi cho rằng quan điểm rằng trọng lực và các hạt là các thực thể cơ bản và nhiệt động lực học xuất hiện: mô tả các tính chất tổng hợp của một số lượng lớn những thứ cơ bản hơn. Trong thực tế, các định luật nhiệt động lực học xuất hiện từ một lĩnh vực khác, cơ bản hơn; cơ học thống kê. Trọng lực có thể xuất hiện từ một cái gì đó cơ bản hơn: chuỗi, vòng lặp, lỗ đen lông, hạt Planck hoặc một số cấu trúc lý thuyết khác. Tuy nhiên, mấu chốt là các dự đoán về ý tưởng cơ bản hơn về cơ bản này phải khác với những gì Thuyết tương đối rộng dự đoán và điều đó chưa được đưa ra theo bất kỳ cách xác minh nào. Nhưng quan trọng nhất, trọng lực không phải là ảo ảnh ngay cả khi nó không phải là cơ bản; nó tồn tại chắc chắn như bất kỳ tài sản mới nổi nào. Và đối với không gian và thời gian? Chúng có thể không phải là cơ bản, nhưng không có ý tưởng hay nào cho những gì chúng có thể xuất hiện từ đó kết nối với bất cứ điều gì có thể kiểm chứng. Dù bằng cách nào, không gian, thời gian và lực hấp dẫn chắc chắn đều tồn tại, và gọi chúng là ảo ảnh, một cách đơn giản, không đúng sự thật.

Biến động trong không thời gian tự nó ở quy mô lượng tử được trải dài trong Vũ trụ trong quá trình lạm phát, làm tăng sự không hoàn hảo về cả mật độ và sóng hấp dẫn. Tín dụng hình ảnh: E. Siegel, với các hình ảnh có nguồn gốc từ ESA / Planck và lực lượng đặc nhiệm liên ngành DoE / NASA / NSF trong nghiên cứu CMB.

5.) Dù sao thì tất cả chỉ là một lý thuyết.

Vụ nổ lớn: chỉ là một lý thuyết. Trọng lực: chỉ là một lý thuyết. Ngay cả toàn bộ lĩnh vực đưa những ý tưởng này lại với nhau được gọi là vật lý lý thuyết. Nó không giống như đây là sự thật, sự thật hoặc thậm chí là luật pháp. Chúng chỉ là lý thuyết.

Nhưng điều đó hoàn toàn bỏ lỡ quan điểm của một lý thuyết khoa học là gì. Sự kiện là những yếu tố cơ bản nhất của khoa học. Bạn thực hiện một quan sát và đó là một thực tế. Bạn thực hiện một phép đo và đó là một thực tế. Một điểm dữ liệu thử nghiệm duy nhất là một thực tế, và vì vậy chúng tôi thu thập càng nhiều trong số chúng càng tốt, và đưa ra các thiết lập để thu thập nhiều hơn nữa. Khi bạn nhận thấy rằng mọi thứ có tương quan, mối quan hệ giữa các phép đo / quan sát khác nhau tuân theo một hình thức hoặc phương trình cụ thể, đó là một định luật. Chỉ khi bạn có thể kết hợp một khung bao quát không chỉ giải thích sự thật và bao gồm các luật, mà còn đưa ra những dự đoán mới về những điều bạn có thể đi ra ngoài và quan sát rằng bạn đã có một lý thuyết khoa học. Nếu sau đó bạn ra ngoài, xác thực và xác minh lý thuyết của bạn và đẩy chúng đến giới hạn tuyệt đối, rằng bạn đã có một lý thuyết tốt như Big Bang hoặc Thuyết tương đối rộng.

Và đó là sự thật: ngay cả một lý thuyết mạnh mẽ và được chấp nhận như những ví dụ này sẽ không bao giờ là câu trả lời cuối cùng. Luôn luôn có nhiều điều để tìm hiểu, nhiều ranh giới hơn để vượt qua và nhiều câu hỏi hơn để khám phá và thăm dò. Nhưng những lý thuyết được chấp nhận tốt nhất trong ngày gần với sự thật như khoa học có thể có được, ngay cả khi chúng ta luôn cố gắng để tiến gần hơn. Tốt hơn để hiểu thực tế, với tất cả các sắc thái liên quan đến nó, tốt nhất có thể, hơn là kiên trì trong một huyền thoại an ủi.

Bài đăng này lần đầu tiên xuất hiện tại Forbes và được những người ủng hộ Patreon của chúng tôi mang đến cho bạn quảng cáo miễn phí. Nhận xét trên diễn đàn của chúng tôi, và mua cuốn sách đầu tiên của chúng tôi: Beyond The Galaxy!