Bui Nhat Minh
Intern Writer
Trông có vẻ ổn định, nhưng vũ trụ có thể đang đứng bên bờ vực sụp đổ.
Chúng ta đang sống trong một vũ trụ tưởng như yên bình và ổn định, nơi các định luật vật lý hoạt động một cách nhất quán. Nhưng đằng sau vẻ ngoài ổn định đó, các nhà vật lý lý thuyết cho rằng có thể đang ẩn chứa một quả bom hẹn giờ: trường Higgs yếu tố nền tảng tạo khối lượng cho các hạt có thể không thực sự ổn định như ta tưởng. Nếu giả thuyết này đúng, vũ trụ có thể đang ở trong một trạng thái chân không “giả”, tạm thời và đầy rủi ro.
Hiểu đơn giản, trong thế giới lượng tử, các trường năng lượng (như trường Higgs) luôn tìm cách đạt đến trạng thái năng lượng thấp nhất có thể gọi là trạng thái chân không thực. Nếu trường Higgs đang ở một "thung lũng nông" thay vì "đáy sâu" nhất của năng lượng, nó có thể một ngày nào đó tự động chuyển sang trạng thái thấp hơn quá trình này được gọi là phân rã chân không giả. Và nếu điều đó xảy ra, toàn bộ vũ trụ như chúng ta biết có thể sẽ biến mất chỉ trong tích tắc.
Theo lý thuyết, nếu phân rã chân không giả xảy ra, nó sẽ khởi phát tại một điểm nào đó và tạo ra một “bong bóng chân không thực” một vùng không gian nơi các định luật vật lý hoàn toàn thay đổi. Bong bóng này sẽ lan rộng với tốc độ ánh sáng, cuốn sạch mọi cấu trúc vật chất: từ các nguyên tử đến các ngôi sao, hành tinh và cả sự sống.
Các nhà khoa học như Giáo sư David Tong (ĐH Cambridge) cho biết, trong kịch bản đó, mọi thứ sẽ sụp đổ. Các hạt cơ bản như electron và quark có thể tăng khối lượng gấp hàng nghìn tỷ lần, khiến các nguyên tử mất ổn định, các phản ứng hạt nhân dừng lại, và ánh sáng của các ngôi sao lụi tắt. Hóa học và sự sống như chúng ta hiểu không còn tồn tại.
Nhưng đừng quá lo lắng! Dù nghe giống một bộ phim tận thế, khả năng này vẫn chỉ nằm trong phạm vi lý thuyết. Các nhà vật lý cũng ước tính rằng nếu điều này có xảy ra, thì sẽ phải mất nhiều tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ năm nữa tức lâu hơn rất nhiều lần so với tuổi hiện tại của vũ trụ.
Mới đây, một nghiên cứu đăng trên Nature Physics đã sử dụng máy ủ lượng tử một loại máy tính lượng tử đặc biệt để mô phỏng cách mà các bong bóng chân không thực có thể lan rộng. Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Jaka Vodeb dẫn đầu đã điều khiển hơn 5.500 qubit để tái hiện quá trình giả định này.
Kết quả thật bất ngờ: các bong bóng không tự lan ra, mà phát triển bằng cách hợp nhất với các bong bóng nhỏ hơn. Phát hiện này trái ngược với suy nghĩ trước đây, vốn cho rằng bong bóng sẽ nở rộng một cách đều đặn như sóng.
Dù mô hình vẫn còn đơn giản hóa và mang tính giả định, nó đã giúp các nhà khoa học tiến một bước gần hơn đến việc hiểu rõ điều gì có thể xảy ra nếu chân không giả thực sự phân rã và đó là một ví dụ tuyệt vời cho cách mà điện toán lượng tử đang mở ra cánh cửa mới trong nghiên cứu vũ trụ.
Rất có thể là không ít nhất là trong thời gian chúng ta còn tồn tại. Tuy nhiên, việc tìm hiểu phân rã chân không giả không chỉ là một bài toán lý thuyết. Nó là một phần quan trọng trong việc hiểu sâu hơn về cách vũ trụ hoạt động, từ cấp độ lượng tử cho tới quy mô vũ trụ và là lời nhắc rằng ngay cả sự ổn định của vũ trụ cũng có thể chỉ là tạm thời. (popularmechanics)
Chúng ta đang sống trong một vũ trụ tưởng như yên bình và ổn định, nơi các định luật vật lý hoạt động một cách nhất quán. Nhưng đằng sau vẻ ngoài ổn định đó, các nhà vật lý lý thuyết cho rằng có thể đang ẩn chứa một quả bom hẹn giờ: trường Higgs yếu tố nền tảng tạo khối lượng cho các hạt có thể không thực sự ổn định như ta tưởng. Nếu giả thuyết này đúng, vũ trụ có thể đang ở trong một trạng thái chân không “giả”, tạm thời và đầy rủi ro.
Hiểu đơn giản, trong thế giới lượng tử, các trường năng lượng (như trường Higgs) luôn tìm cách đạt đến trạng thái năng lượng thấp nhất có thể gọi là trạng thái chân không thực. Nếu trường Higgs đang ở một "thung lũng nông" thay vì "đáy sâu" nhất của năng lượng, nó có thể một ngày nào đó tự động chuyển sang trạng thái thấp hơn quá trình này được gọi là phân rã chân không giả. Và nếu điều đó xảy ra, toàn bộ vũ trụ như chúng ta biết có thể sẽ biến mất chỉ trong tích tắc.
Cơn sóng hủy diệt mang tên “bong bóng vũ trụ”
Theo lý thuyết, nếu phân rã chân không giả xảy ra, nó sẽ khởi phát tại một điểm nào đó và tạo ra một “bong bóng chân không thực” một vùng không gian nơi các định luật vật lý hoàn toàn thay đổi. Bong bóng này sẽ lan rộng với tốc độ ánh sáng, cuốn sạch mọi cấu trúc vật chất: từ các nguyên tử đến các ngôi sao, hành tinh và cả sự sống.
Các nhà khoa học như Giáo sư David Tong (ĐH Cambridge) cho biết, trong kịch bản đó, mọi thứ sẽ sụp đổ. Các hạt cơ bản như electron và quark có thể tăng khối lượng gấp hàng nghìn tỷ lần, khiến các nguyên tử mất ổn định, các phản ứng hạt nhân dừng lại, và ánh sáng của các ngôi sao lụi tắt. Hóa học và sự sống như chúng ta hiểu không còn tồn tại.
Nhưng đừng quá lo lắng! Dù nghe giống một bộ phim tận thế, khả năng này vẫn chỉ nằm trong phạm vi lý thuyết. Các nhà vật lý cũng ước tính rằng nếu điều này có xảy ra, thì sẽ phải mất nhiều tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ năm nữa tức lâu hơn rất nhiều lần so với tuổi hiện tại của vũ trụ.
Máy tính lượng tử tiết lộ cách bong bóng lan rộng
Mới đây, một nghiên cứu đăng trên Nature Physics đã sử dụng máy ủ lượng tử một loại máy tính lượng tử đặc biệt để mô phỏng cách mà các bong bóng chân không thực có thể lan rộng. Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Jaka Vodeb dẫn đầu đã điều khiển hơn 5.500 qubit để tái hiện quá trình giả định này.
Kết quả thật bất ngờ: các bong bóng không tự lan ra, mà phát triển bằng cách hợp nhất với các bong bóng nhỏ hơn. Phát hiện này trái ngược với suy nghĩ trước đây, vốn cho rằng bong bóng sẽ nở rộng một cách đều đặn như sóng.
Dù mô hình vẫn còn đơn giản hóa và mang tính giả định, nó đã giúp các nhà khoa học tiến một bước gần hơn đến việc hiểu rõ điều gì có thể xảy ra nếu chân không giả thực sự phân rã và đó là một ví dụ tuyệt vời cho cách mà điện toán lượng tử đang mở ra cánh cửa mới trong nghiên cứu vũ trụ.
Rất có thể là không ít nhất là trong thời gian chúng ta còn tồn tại. Tuy nhiên, việc tìm hiểu phân rã chân không giả không chỉ là một bài toán lý thuyết. Nó là một phần quan trọng trong việc hiểu sâu hơn về cách vũ trụ hoạt động, từ cấp độ lượng tử cho tới quy mô vũ trụ và là lời nhắc rằng ngay cả sự ổn định của vũ trụ cũng có thể chỉ là tạm thời. (popularmechanics)
