Vũ trụ học Đang Đối Mặt Với Khủng Hoảng Trong Cách Đo Lường Vũ Trụ năm 2025

Hãy giả sử bạn có một đứa bé. Có thể bạn thật sự có, có thể không. Nhưng Dan Scolnic, một nhà vật lý vũ trụ tại Đại học Chicago, thực sự có một đứa bé, và có lẽ đó là lý do tại sao một đứa bé giả định giúp anh ấy giải thích vũ trụ. Nếu bạn đưa đứa bé này đến bác sĩ, bác sĩ sẽ cân nặng và đo chiều cao đứa bé, vẽ những điểm đó lên biểu đồ tăng trưởng và dự đoán kích thước của chúng ở sau này.

“Chúng ta có một tình huống tương tự khi đo lường vũ trụ,” nói Scolnic, người sẽ bắt đầu một giảng viên tại Đại học Duke vào tháng sau. Các nhà khoa học có một bức tranh tuyệt vời về những gì vũ trụ giống như một đứa bé. Họ cũng có một bức tranh về những gì nó giống như khi đã trưởng thành, ngày nay. Và giống như biểu đồ tăng trưởng của bác sĩ, một đường cong—theo lý thuyết vật lý như chúng ta hiểu—nên kết nối hai điểm một cách sạch sẽ.

“Bạn nên có thể đặt bức tranh bé của vũ trụ đó vào đó, theo dõi vũ trụ của chúng ta theo mô hình vũ trụ học tiêu chuẩn, và nhìn thấy vũ trụ của chúng ta ngày nay—nếu mọi thứ diễn ra đúng,” Scolnic nói. Nhưng đó không phải là điều đang xảy ra. “Có điều gì đó,” Scolnic nói, “không diễn ra đúng.”

Các nhà vũ trụ học không chắc chắn điều gì đó là, chính xác là gì. Có thể họ sai trong việc đo lường hoặc phân tích vũ trụ bé. Hoặc ở trạng thái hiện tại của nó.

Tuy nhiên, đó là những lựa chọn nhàm chán. “Lựa chọn khác,” Scolnic nói, “là mô hình tiêu chuẩn về vũ trụ học của chúng ta không chính xác.” Nói cách khác, cách mà con người nghĩ về những năm đầu tiên, sự trưởng thành và số phận của vũ trụ có thể bị sai lầm somehow.

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học như Scolnic đã điều tra hai hiểu lầm giả định đầu tiên đó. Họ đã giảm thiểu thanh chạy lỗi của họ, làm cứng phương pháp của họ, phân tích lại kết quả của đối thủ và đồng nghiệp, và thu thập dữ liệu sắc nét và lớn hơn. Tuy nhiên, sự không nhất quán vẫn tồn tại.

Scolnic gọi đây là “kỷ nguyên của vũ trụ căng thẳng.” Người khác chỉ gọi đó là một khủng hoảng.

Đối với những người không nghiên cứu nguồn gốc và sự phát triển của vũ trụ, điều đó nghe có vẻ không tốt. Nhưng với những nhà thiên văn học, đó lại là điều ngược lại. Sai lầm là cơ hội họ khám phá ra rằng vũ trụ thực sự thú vị hơn họ nghĩ. “Chúng ta đang ở ngay trên ranh giới của điều tuyệt vời nhất từ trước đến nay,” Scolnic nói.

Một con số đã dẫn chúng ta đến ngưỡng này. Con số đó được gọi là Hubble constant, và nó là tốc độ mà vũ trụ đang mở rộng vào thời điểm hiện tại (không phải hôm nay như “Thứ Ba” mà là hôm nay như “trong khoảnh khắc vũ trụ này”). Hubble constant là một loài thú khó bắt, ngay cả đối với thiên văn học - một loại linh dương trắng trong những con linh dương trắng.

Có một số cách mà nhà thiên văn đã tạo ra để ước lượng giá trị của nó, và đó là sự xung đột giữa kết quả của chúng đang gây ra vấn đề. Một phương pháp bắt đầu từ bức tranh bé của vũ trụ - một bản đồ của “nền chấm sáng vi hành,” hoặc là tia bức xạ còn lại từ Sự nổ lớn. Từ bức tranh đó, nhà thiên văn nhập vào những gì họ (nghĩ họ) biết về năng lượng tối, vật chất tối, vật chất thông thường và trọng lực vào một mô hình. Kết quả là một trạng thái hiện tại của vũ trụ và một dự đoán về Hubble constant. Gần đây nhất, nhà thiên văn đã thực hiện điều này bằng dữ liệu nền chấm sáng vi hành từ kính viễn vọng Planck, một đài quan sát vũ trụ đặt trên không được vô hiệu hóa vào năm 2013.

Phương pháp khác sử dụng “thang đo khoảng cách vi hành.” Nhà thiên văn tính toán xem các đối tượng ở xa bao xa, và chúng đang di chuyển ra xa với tốc độ nhanh chóng, bắt đầu từ đây (gần đây). Họ tính toán khoảng cách đến các ngôi sao gần, và từ đó đến các ngôi sao xa ở các thiên hà khác, và từ đó đến siêu tân tinh ở các thiên hà xa hơn nữa. Họ đo lường sự di chuyển xa từ chúng, tạo ra một ước lượng khác về Hubble constant.

Scolnic là một phần của một đội lớn có tên là SH0ES sử dụng phương pháp thang đo. Ước lượng Hubble của họ không đồng ý với Planck. Đây là tình trạng khẩn cấp.

Nhưng gần đây, Scolnic và một đội đã thử một phương pháp mới hơn: thang đo khoảng cách vi hành ngược. Thay vì xây dựng khoảng cách từ hệ Mặt Trời ra xa hơn và hơn, phương pháp này sử dụng đặc điểm của nền chấm sáng vi hành (bức tranh bé) để bắt đầu xây dựng khoảng cách gần và gần hơn với chúng ta. Điều này di chuyển về phía trước trong thời gian, các nhà khoa học sử dụng thông tin về cách các thiên hà phân bố trên vũ trụ và—giống như SH0ES—dữ liệu về siêu tân tinh. Lần này, dữ liệu đó đến từ Dark Energy Survey, một dự án quan sát hàng ngàn siêu tân tinh và hàng trăm triệu thiên hà để hiểu rõ về dark energy như thế nào qua lịch sử của vũ trụ. Ước lượng Hubble constant này khớp với của Planck. “Thật điên rồ làm sao nó khớp đến như vậy,” Edward MacCauley, người nghiên cứu chính nói.

Sự đồng thuận này không làm cho Planck và thang đo ngược trở nên có khả năng đúng hơn. "Trong cả hai phương pháp này—thang đo khoảng cách theo cả hai chiều—siêu tân tinh được sử dụng như ‘người trung gian,’” Scolnic nói. "Vì vậy, nếu siêu tân tinh sẵn lòng đồng ý với bất kỳ bên nào, điều đó có nghĩa là vấn đề không phải là ở người trung gian." Điều gì đó đang xảy ra ở một đầu. "Nếu mô hình của chúng ta sai, đó phải là điều gì đó về cách chúng ta hiểu vũ trụ ngày nay, hoặc cách chúng ta hiểu vũ trụ khi nó còn là em bé," ông nói.

Đã từng ở cả hai phía, Scolnic cảm nhận căng thẳng này cá nhân. “Tôi cảm thấy rất ở giữa,” Scolnic nói, “điều này đã gây nên nhiều đêm thức trắng.”

Sự thức trắng—và sự trọng lượng mà nhà thiên văn học đặt vào vấn đề này—đã tăng lên gần đây. Cho đến vài năm trước, theo MacCauley nói, “sự không chắc chắn đủ lớn đến nỗi không phải ai cũng lo lắng về nó.” Các đường cạnh lỗi đo lường của cả hai bên chồng chéo, có nghĩa là lý thuyết thì tính toán của họ có thể lý thuyết là khớp nhau.

Có lẽ có một số vấn đề có hệ thống—từ bên trong các công cụ thực hiện đo lường, hoặc bên trong phân tích của cả hai bên. Nhưng đối thủ đã thực hiện phân tích độc lập của công việc của nhau, tính toán về siêu tân tinh trở nên chính xác hơn, và Planck đã chụp được bức tranh bé tốt nhất. Và vẫn còn đứng chặt hai hằng số Hubble.

Điều đó có nghĩa là có vẻ vấn đề không phải là ở dữ liệu chính nó, hoặc ở những người đào sâu vào nó, mà là ở mô hình vũ trụ của chúng ta. “Khả năng rằng điều này không phải do một số vật lý mới đang giảm đi,” Silvia Galli, người đã giúp dẫn dắt phân tích của Planck nói.

Với Scolnic, điều đó không ngạc nhiên. “Chúng ta đều đồng ý rằng chúng ta không hiểu khoảng 95% vũ trụ,” ông nói, nhấn mạnh đến sự thật rằng vũ trụ gần như hoàn toàn bao gồm chất tối và năng lượng tối, có từ “tối” trước chúng vì chúng ta không biết chúng là gì. Bạn chỉ có thể nắm bắt nội dung vũ trụ ở mức 5% (F-), thì nghĩ rằng mô hình tiêu chuẩn của thiên văn học là hoàn toàn đúng là điều hơi ngớ ngẩn.

Nhưng tại sao nó có thể sai vẫn còn là một ẩn số. Mỗi đêm, các nhà thiên văn đăng những ý tưởng mới lên arXiv, trang web xuất bản truy cập mở. Các nhà thiên văn học, đặc biệt là, sử dụng arXiv để tham gia vào các cuộc trao đổi kịp thời mà các tạp chí chính thức không cho phép. "Chúng ta chỉ cố gắng giữ chặt đến nhưng gì đang xuất hiện," Scolnic nói. Và cố gắng tìm ra tại sao tính toán Hubble constant không khớp, nó đã sai ở đâu, họ sẽ đi đến đâu từ đây, và làm thế nào quan niệm của chúng ta về vũ trụ có thể thay đổi từ góc nhìn mới đó.

Có lẽ sẽ có điều gì đó lớn đang sắp xảy ra với thiên văn học. Dễ hiểu vì sao những nhà thiên văn học phấn khích với khả năng rằng họ đã sai về vũ trụ. Điều đó có ý nghĩa: Ai không muốn sống trong một vũ trụ thú vị hơn chúng ta nghĩ không?

Các bài viết tuyệt vời khác từ blog.mytour.vn

• Chất này nóng đến mức giết chết các dây thần kinh. Tốt!
• Vì vậy, bạn đang nghĩ đến việc xóa các tweet của mình. Bạn nên?
• Kế hoạch Hail Mary để khởi động lại lưới điện Mỹ bị hack
• Liệu Latinx Twitter có tồn tại không?
• Bố tôi nói ông ấy là “đối tượng được nhắm đến.” Có lẽ chúng ta tất cả đều vậy
• Muốn tìm thêm? Đăng ký nhận bản tin hàng ngày của chúng tôi và đừng bao giờ bỏ lỡ những câu chuyện mới nhất và tuyệt vời nhất của chúng tôi