National.Geographic : Naked Science - Birth of the Universe

Vũ trụ, các thiên hà Hệ mặt trời, hành tinh của chúng ta

Đất liền, biển cả, không khí, sự sống

Chúng được hình thành như thế nào ?

Từ trái đất chúng ta ngước nhìn lên bầu trời

và những gì bạn thấy là một vũ trụ rộng lớn với hàng tỷ ngôi sao và thiên hà.

Quay ngược thời gian hơn 13 tỷ năm và vũ trụ của chúng ta là một nơi rất khác

Lúc đó, vũ trụ rất nhỏ bé nó Có thể đặt trong lòng bàn tay của bạn.

Từ mẫu vũ trụ sơ khai này tất cả mọi thứ sẽ được tạo ra

- Các ngôi sao, thiên hà các thứ tạo nên sự sống

canxi trong xương của chúng ta, sắt trong máu của chúng ta

các nguyên tử trong không khí cho chúng ta hít thở - Nước chúng ta uống

nguyên liệu cho các thành phố và các máy của chúng ta

cuộc hành trình thông qua không gian và thời gian

để khám phá vũ trụ được sinh ra như thế nào

cách thế giới của chúng ta được tạo ra

và làm thế nào cuối cùng nó sẽ chết.

Mọi thứ xung quanh chúng ta được làm bằng vật chất - Nguyên tử và phân tử

Hãy nhìn chiếc xe này - Nó là chiếc 1956 Ford Fairlaine Convertible.

Nó được lắp ráp từ nhiều vật liệu khác nhau như thép, cao su và thủy tinh

Đi sâu hơn, các nguyên liệu này được kết hợp của các nguyên tố như sắt, silic, crôm và carbon

Mỗi nguyên tử làm nên chiếc xe này được tạo ra bởi sự phát triển của vũ trụ

Nhà vật lý Laurence Krauss nghiên cứu về các nguyên tử chúng ta thấy trên hành tinh của chúng ta đã được ở đây

Chúng ta thực sự là một phần bụi trong vụ nổ Big Bang

Hầu hết các nguyên tử trong cơ thể của chúng ta đén từ lõi của các ngôi sao

nhưng một số trong đó đã được hình thành từ những khoảnh khắc đầu tiên của vụ nổ Big Bang.

Vì thế chúng ta thực sự là một cá thể của vũ trụ

mỗi nguyên tử được tạo ra qua hàng tỉ năm hình thành nên vũ trụ

Vì vậy, khi chúng ta nhìn vào chiếc xe này, Tất cả các nguyên tử đều đến từ vụ nổ sao,

từ siêu tân tinh và từ sự phát triển của các sao

nhưng chúng được tạo ra vào các thời điểm khác nhau trong quá trình tiến hóa của vũ trụ

Để hiểu làm thế nào vũ trụ tạo ra tất cả các nguyên liệu chúng ta thấy ở đây trên trái đất,

chúng ta cần có một cuộc hành trình thú vị

và đi xuyên không gian và thời gian đến thời điểm vũ trụ của chúng ta được sinh ra.

Ban đầu không có gì.

Không có không gian, không có thời gian

Và sau đó là ánh sáng.

Đột nhiên một hạt rất nhỏ của ánh sáng xuất hiện - Nó vô cùng nóng.

Bên trong quả cầu lửa nhỏ này là tất cả các không gian

Đây là sự khởi đầu của thời gian.

Đồng hồ vũ trụ đã được đánh dấu - thời gian đã chạy và không gian mở rộng.

Ở khoảnh khắc đầu tiên của Big Bang, nếu bạn đặt nó trở lại T = Zero

tất cả mọi thứ trong vũ trụ, mọi thứ chúng ta thấy, năng lượng trong tất cả các thiên hà

đã từng có trong một khu vực nhỏ hơn hơn kích thước của một nguyên tử hiện nay

Ý tưởng rằng vũ trụ của chúng ta có nguồn gốc từ một khối rất nhỏ Qua công trình nghiên cứu của nhà thiên văn học Mỹ Edwin Hubble.

Trở lại năm 1920 các nhà thiên văn hầu hết tin rằng tất cả mọi thứ có thể nhìn thấy trên bầu trời đêm đều là sao

và chúng là một phần của thiên hà chúng ta - Milky Way

Nhưng Hubble đã không phản đối

Ông đã nghiên cứu một đám mây xoáy của ánh sáng được gọi là Tinh vân Andromeda và cho thấy nó đã là một thành phố của các ngôi sao

Chứng tỏ có một thiên hà khác bên ngoài thiên hà của chúng ta

Ông thấy rằng những thiên hà khác Đang tăng tốc ngày càng xa chúng ta

Và dường như càng ngày càng nhanh hơn

Chứng tỏ vũ trụ đang phình ra

và nếu vũ trụ phình ra, thì phải có một vài điểm trong quá khứ phải nhỏ hơn

thậm chí nhỏ hơn rất nhiều

và đó là sự khởi đầu..

Ý tưởng của "Big Bang" từ đó được sinh ra.

Vật lý lý thuyết David Spergel là một chuyên gia về Big Bang

Lý thuyết về Big Bang không phải là một lý thuyết vũ trụ bắt đầu như thế nào;

Mà nó là một lý thuyết về vũ trụ phát triển như thế nào

Không ai biết chính xác những gì đã xảy ra trong vụ nổ Big Bang

nhưng các nhà khoa học biết rằng một phần của một giây sau khi vũ trụ được sinh ra

quả cầu lửa nhỏ siêu nóng này đã bắt đầu mở rộng

Chúng ta không biết làm thế nào vũ trụ đã bắt đầu phát

vì vậy chúng ta bắt đầu câu chuyện của chúng ta khi vũ trụ là một phần tỷ của một phần tỷ của một phần tỷ của một phần tỷ của một phút

Rất trẻ, Vũ trụ có kích thước bằng đá cẩm thạch

Trong khoảng một nghìn tỷ nghìn tỷ của một giây sau vụ nổ Big Bang

Lúc này vũ trụ có kích thước rất không ổn định và trải qua một giai đoạn phát triển mạnh mẽ.

Trong thời gian này vùng mở rộng tăng cực nhanh,

Không gian được mở rộng nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

Giống như cách mà quả bóng thủy tinh nóng này bơm lên, Vũ trụ lúc sơ khai cũng như vậy

mở rộng theo tất cả các hướng cùng một lúc Và bắt đầu nguội dần

Một nghìn tỷ nghìn tỷ của một giây sau vụ nổ Big Bang, vũ trụ đủ nhỏ để nằm gọn trong lòng bàn tay của bạn.

Một phần nhỏ của một giây sau nó là kích thước của sao Hỏa

Thêm một phần nhỏ của một giây và vũ trụ đã tăng lên đến 80 lần kích thước của trái đất.

Một phần nghìn tỷ của một giây sau Big Bang và vũ trụ sơ khai của chúng ta vẫn mở rộng

Nhưng nó không chứa vật chất - đó là năng lượng tinh khiết

Phương trình nổi tiếng của Einstein E = mc2 cho thấy rằng khối lượng và năng lượng được hoán đổi cho nhau

Nó đã cho chúng ta kiến thức để sản xuất ra Vũ khí hủy diệt hàng loạt

Nó cũng cho thấy vũ trụ tạo ra các vật chất đầu tiên.

Khi một quả bom hạt nhân phát nổ

một số lượng nhỏ của vật chất được triệt tiêu và chuyển đổi thành năng lượng.

Trong vũ trụ sơ khai Điều ngược lại đã xảy ra.

Nó chuyển đổi năng lượng tinh khiết thành các hạt của vật chất.

Nhưng có một vấn đề.

Vũ trụ tạo ra cả vật chất và phản vật chất

và khi gặp nhau chúng tiêu diệt lẫn nhau.

Vũ trụ trẻ sơ khai giống như vùng chiến sự một trận đánh cho đến chết giữa vật chất và phản vật chất

Nếu hai bên cùng tiêu diệt nhau Vũ trụ sẽ vẫn tràn đầy năng lượng không có các thiên hà, ngôi sao, hành tinh hay cuộc sống

May mắn cho chúng ta là có sự mất cân bằng.

Cứ mỗi 100 triệu hạt phản vật chất, Sẽ có 100 triệu và 1 hạt của vật chất

đủ để tạo ra tất cả mọi thứ chúng ta thấy trong vũ trụ ngày nay,

Sự mất cân bằng nhỏ bé này đã dẫn đến tất cả mọi thứ chúng ta thấy trong vũ trụ

- Thiên hà, ngôi sao, hành tinh, - Thậm chí mui xe và bản thân chúng ta

Nhà vật lý thiên văn học Carlos Frenk đến từ Đại học Durham, Anh. Giải thích:

Chúng ta là một chút mảnh vỡ còn sót lại từ sự hủy diệt của vật chất và phản vật chất;

Chúng ta là sản phẩm dư thừa của quá trình đó.

Nếu vũ trụ không phát triển không đối xứng giữa vật chất và phản vật chất

Vũ trụ sẽ hoàn toàn nhàm chán,có thể sẽ không có cấu trúc, sẽ có không có các thiên hà, sẽ không có hành tinh,

Vũ trụ sơ sinh đã thách thức các nhà vũ trụ học kể từ khi Big Bang lần đầu tiên được đưa ra.

Bây giờ trong một phòng thí nghiệm lớn nhất trên Trái đất

họ có thể tái tạo các điều kiện mà hầu như chắc chắn tồn tại ngay khi vụ nổ Big Bang xảy ra.

Nó được gọi là máy va chạm ion nặng tương đối tính - gọi tắt là RHIC

và nó nằm ở Brookhaven Phòng thí nghiệm quốc gia ở Long Island.

Nó giống như một cỗ máy thời gian đưa chúng tôi trở lại 10 phần triệu của một giây sau Big Bang

Ở đây các nhà khoa học như Todd Satogata tăng tốc hạt hạ nguyên tử gần bằng tốc độ ánh sáng và sau đó cho chúng va đập vào nhau.

Cuộc chạy đua của các hạt này xung quanh đường hầm vòng tròn Dài 3,8Km theo hai hướng ngược nhau

và sau đó va chạm bên trong máy dò khổng lồ

Khi chúng va vào nhau sẽ tạo ra nhiệt lượng đáng kinh ngạc giống như vũ trụ lúc sơ khai

Chúng tôi tin rằng vũ trụ sơ khai rất nóng Gấp hàng tỷ lần so với trung tâm của mặt trời

và những gì đang diễn ra cũng làm tan chảy vật chất, tạo ra sức nóng đủ để cung cấp cho chúng ta một cái nhìn thoáng qua vũ trụ lúc khởi đầu

Khi các hạt va chạm, chúng vỡ ra và Giải phóng ra các hạt nhỏ hơn

Giống như hai chiếc xe ôtô va chạm vào nhau

Bạn có thể cho hai chiếc xe đua va chạm trực diện với nhau

và khi bạn làm điều đó nhiều lần bạn bắt đầu thấy các bộ phận khác nhau văng ra

lốp xe văng ra ở đây, tản nhiệt thì ở đăng kia

và bạn có thể bắt đầu kết luận rằng một chiếc xe đua được lắp ráp từ nhiều bộ phận

Những gì các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Brookhaven phát hiện ra là trong những va chạm quá nhiệt đó một hình thức hoàn toàn mới của vật chất xuất hiện.

Và vấn đề này mâu thuẫn với các lý thuyết trước theo tính chất của vũ trụ sơ khai.

Bởi vì nó không phải là một chất khí - đó là một chất lỏng.

Nó siêu nóng - Gấp 100.000.000 lần so với bề mặt của mặt trời

Có rất nhiều năng lượng bên trong vũ trụ lúc sơ khai các hạt rung chuyển quá nhanh nhưng không kết dính

không có ma sát

Chất lỏng này là hoàn hảo, nó không có độ nhớt, trong một nghĩa nào đó, nó sẽ là dầu động cơ hoàn hảo ngoại trừ nó nóng tới một nghìn tỷ độ

Bên trong máy gia tốc này, vũ trụ chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây.

Tại Brookhaven, các nhà khoa học đã thành công trong việc tái tạo lại các điều kiện tồn tại hơn 13 tỷ năm trước

Mặc dù vũ trụ là một chất lỏng hoàn hảo - Nhưng vô cũng hỗn lọan

các hạt hạ nguyên tử mỗi khi đập vào nhau lại giải phóng nhiều năng lượng hơn nữa

Có rất nhiều năng lượng nhưng trừ khi các hạt chậm lại, nếu không chúng sẽ không bao giờ liên kết và tạo ra các nguyên tử

xây dựng các khối vật chất

- và vũ trụ sẽ không bao giờ tạo ra các thiên hà và các ngôi sao hoặc thậm chí chúng ta.

Vũ trụ hiện nay là một phần triệu của một giây

và đã mở rộng hơn, từ kích thước của một nguyên tử lên thành gấp 8 lần kích thước của hệ mặt trời

Sau những biến động đáng kinh ngạc của một phần triệu giây đầu tiên, vũ trụ bây giờ tương đối yên tĩnh

Trong ba phút tiếp theo sau khi mở rộng vũ trụ đã được làm mát, các hạt proton và neutron kết hợp với nhau

và hình thành các hạt nhân nguyên tử đầu tiên: hydro và heli.

Đây không phải là các nguyên tử

Chúng đang thiếu một thành phần quan trọng - điện tử

Trong vũ trụ sơ khai, có rất nhiều electron xung quanh,

nhưng vẫn còn có quá nhiều nhiệt và năng lượng. Các electron di chuyển quá nhanh để có thể liên kết với nhau

Và chúng sẽ ở lại dạng đó trong hơn 300.000 năm.

380.000 năm sau vụ nổ Big Bang. vũ trụ đã mở rộng bằng kích thước cửa thiên hà Milky Way hiện nay

Nó đã được làm mát từ hàng tỷ độ F về vài nghìn độ

Khi nó đã nguội, các điện tử di chuyển chậm lại

Vũ trụ đã sẵn sàng để tạo ra các nguyên tố đầu tiên

Một trong các nhà khoa học đã phát hiện ra thời điểm quan trọng này của vũ trụ là Arno Penzias.

Năm 1963, Penzias và đồng nghiệp Robert Wilson bắt đầu làm việc trên một ăng-ten ở New Jersey.

Ban đầu họ chỉ nghiên cứu vũ trụ bằng sóng vô tuyến

nhưng họ đã vô tình khám phá ra điều vĩ đại nhất của mọi thời đại.

Khi họ bắt đầu kiểm tra thiết bị của họ, họ bất ngờ phát hiện một tiếng ồn xung quanh

Đó là một tín hiệu bổ sung và nó xuất hiện từ bầu trời

chúng tôi cẩn thận loại bỏ tất cả tín hiệu xung quanh ngay cả các tín hiệu từ hệ mặt trời

Mặc dù chúng tôi đã làm như thế từ mùa động đến mùa hè

và các nguồn phát do con người cũng được loại trừ ra

Trong tuyệt vọng, hai nhà khoa học bắt đầu tự hỏi liệu các tín hiệu lạ này có nguồn gốc từ đâu

Họ tìm thấy có chim bồ câu sống trong ăng-ten, và chúng ủ phân chim trong đó

Họ tự hỏi nếu những con bồ câu Đó là nguồn gốc của các tín hiệu lạ.

Thì chỉ có một giải pháp: Đuổi các con chim bồ cầu và dọn đóng phân chim đi

Cuối cùng dọn dẹp sạch sẽ phân chim, bồ câu

Thì lại nảy sinh vấn đề khác bởi vì chúng muốn quay trở lại .vì vậy chúng tôi gởi chúng đến một nơi khác

Nhưng ngay cả khi đuổi chim bồ câu đi, các tín hiệu bí ẩn vẫn không biến mất.

vì vậy chúng tôi kết luận rằng : Đó là bức xạ đến từ bầu trời

Tôi không thể giải thích nó là cái gì

Các tín hiệu kỳ lạ được phát hiện bởi Penzias và Wilson đã trở thành một trong những khám phá khoa học quan trọng nhất

giải thích cho các tín hiệu nhiễu nền kỳ lạ này, hãy bắt đầu với sự ra đời của những tia sáng đầu tiên

Chúng tôi thường chia ánh sáng ra các cấp.

Nhưng trong vũ trụ sơ khai 13 tỷ năm trước, chúng ta sẽ thấy không có gì cả.

Ánh sáng đã bị mắc kẹt. Vũ trụ là lớp sương mù.

Nhưng khi vũ trụ tiếp tục mở rộng và mát mẻ, các điện tử chậm lại

Proton từ từ túm lấy các hạt điện tử để tạo thành các nguyên tử hydro đầu tiên và sau đó heli

Vụ trụ bất ngờ xuất hiện các hạt điện tử mới