Vũ trụ sẽ kết thúc như thế nào?

Cái Chết Nóng (Death Heat - Big Freeze)

Viễn cảnh đầu tiên được đưa ra dựa trên kiến thức về nhiệt động lực học. Cái Chết Nóng xảy ra khi sự chênh lệch nhiệt độ biến mất. Theo lý thuyết nhiệt động lực học, sự khác nhau về nhiệt độ làm biến đổi năng lượng, tạo ra công, khiến mọi thứ tồn tại.

Vụ Nổ Lớn (Big Bang) sinh ra vụ trũ. Đồ họa: SPL

Một khi vũ trụ đạt đến điểm Cái Chết Nóng, vạn vật sẽ đạt cùng một nhiệt độ. Mọi ngôi sao sẽ chết, gần như mọi vật chất sẽ phân hủy và cuối cùng là tất cả biến thành một mớ hỗn độn của các hành tinh và bức xạ. Cùng với sự giãn nở của vũ trụ đến vô cùng, năng lượng sẽ chảy đi theo thời gian.

Sau sự phát triển của nhiệt động lực học những thập kỷ đầu thế kỷ 19, cái chết nóng dường như là viễn cảnh khả thi nhất về cái chết của vũ trụ. Đến đầu thế kỷ 20, thuyết tương đối của Albert Einstein ra đời lại cho rằng vũ trụ có thể sẽ “chết” theo cách bi thảm hơn nhiều.

Vụ Co Lớn (Big Crunch)

Thuyết tương đối cho rằng vật chất và năng lượng bẻ cong không gian và thời gian. Mối quan hệ giữa không gian-thời gian và vật chất-năng lượng quyết định số phận vũ trụ. Với thuyết này, vũ trụ chỉ giãn ra hoặc co lại. Và vì vũ trụ đã và đang giãn ra, câu hỏi là liệu nó sẽ tiếp tục mở rộng không và với tốc độ như thế nào?

Năng lượng tối ma có thể phá hủy mọi thứ. Đồ họa: SPL 

Câu trả lời phụ thuộc vào số lượng vật chất tồn tại trong vũ trụ. Nếu số lượng vật chất không vượt quá một ngưỡng tới hạn, vũ trụ sẽ tiếp tục giãn ra và kết thúc với Cái Chết Nóng.

Nếu vật chất nhiều hơn ngưỡng tới hạn, lực hấp dẫn sẽ đủ lớn để kéo mọi thứ gần lại với nhau và làm chậm sự mở rộng. Tuy nhiên, nếu có quá nhiều vật chất, sự mở rộng sẽ bị thay bằng sự co lại, vụ trụ sẽ thu nhỏ dần, trở nên nóng hơn và dày đặc, cuối cùng sẽ chết theo kiểu tự nghiền nát. Viễn cảnh ngược chiều với Vụ Nổ Lớn (Big Bang) này được gọi là Vụ Co Lớn.

Vụ Rách Lớn (Big Rip)

Giả thuyết thứ ba xuất hiện cuối thế kỷ 20 theo một thông báo chấn động giới vật lý thiên văn: vũ trụ đang tăng tốc độ mở rộng do sự tồn tại của một dạng năng lượng mới, "năng lượng tối (dark energy).

"Năng lượng tối", khác "vật chất tối" (dark matter), là một loại môi trường "phản hấp dẫn" chống lại lực hút giữa các vì sao và thiên hà, khiến chúng tách xa nhau. Hiện chúng ta chưa hiểu gì nhiều về loại năng lượng vô hình này, tuy nhiên, theo giới khoa học, năng lượng tối chiếm tới 70% năng lượng trong vũ trụ và con số này đang lớn lên mỗi này.

Vụ Rách Lớn sẽ xé vụn các hành tinh và ngôi sao. Đồ họa: SPL

Nếu "năng lượng tối" phát triển đủ nhanh, trong 20 tỷ năm nữa, nó sẽ đủ mạnh để xé nát các cấu trúc thiên hà, ngôi sao, hành tinh và thậm chí cả cấu trúc nguyên tử. Theo thuyết Vụ Rách lớn, 6 tỷ năm trước ngày tận thế của vũ trụ, dải ngân hà sẽ bị xé vụn; 3 tháng trước ngày tận thế, hệ mặt trời sẽ bị phân rã và 1 giây trước lúc cáo chung, mọi phân tử trong vũ trụ sẽ bị xé vụn thành các hạt cơ bản.

Ngoài ra, năng lượng tối có một đặc tính kỳ lạ, mật độ của chúng gia tăng cùng sự mở rộng của vũ trụ. Đáng lo ngại là trường hợp mật độ của năng lượng tối tăng nhanh hơn cả sự mở rộng của vũ trụ.

Robert Caldwell thuộc Học viện Dartmouth cho rằng chúng sẽ trở thành “năng lượng tối ma” (phantom dark energy) và Vụ Rách Lớn sẽ diễn ra nhanh hơn chúng ta dự đoán rất nhiều. Tuy nhiên, hiện mật độ của năng lượng tối vẫn rất thấp, thấp hơn nhiều so với mật độ của dải Ngân hà, nơi có mật độ kém xa so với các hành tinh.

Sự Thay đổi Lớn (Big Change)

Viễn cảnh thứ 4 bắt nguồn từ thế giới bên trong nguyên tử. Đây được coi là cái kết kỳ quặc và đột ngột nhất đối với vũ trụ.

Minh họa cho viễn cảnh này, các nhà khoa học đưa ra một thí nghiệm, đổ một loại nước tinh khiết lên một mặt kính sạch tuyệt đối và làm lạnh dưới 0 độ C. Nước sẽ trở nên siêu lạnh và vẫn ở dạng lỏng dù nhiệt độ ở dưới mức đông tự nhiên. Tuy nhiên, chỉ cần một tinh thể đá rơi vào, nước sẽ đóng băng nhanh chóng, do đá có năng lượng thấp hơn nước.

Điều tương tự cũng có thể xảy ra đối với không gian,  vũ trụ sẽ là một mặt kính và nước siêu lạnh sẽ là môi trường chân không. Mọi thứ sẽ vẫn mãi như thế cho đến khi một “quả bóng” chân không năng lượng thấp hơn chạm xuống mặt nước. Loại chân không mới sẽ làm biến đổi môi trường chân không cũ; "quả bóng" sẽ phình ra với tốc độ ánh sáng và chúng ta không thể thấy được nó xảy ra.

Trong môi trường chân không mới, mọi thứ thay đổi hoàn toàn, đặc tính của các phân tử cơ bản như hạt electron và hạt vi lượng, quy luật của hóa học thay đổi, nguyên tử cũng không thể hình thành. Con người, các hành tinh, những ngôi sao sẽ bị phá hủy trong Sự Thay đổi Lớn. Năng lượng tượng tối cũng sẽ hành xử ngược với thông thường. Thay vì xé tan vũ trụ, chúng sẽ biến viễn cảnh Vụ Co Lớn thành hiện thực.

May mắn thay, trong phạm vi hiểu biết của các nhà khoa học hiện nay không tồn tại những "quả bóng" như vậy. Tuy nhiên vật lý lượng tử khẳng định có thể tồn tại những loại chân không ít năng lượng hơn. Do đó, một "quả bóng" chứa loại chân không này có thể đang ở nơi nào đó trong vũ trụ.

Sống sót

Với Cái Chết Nóng, khoa học tin rằng sự sống sẽ phải thay đổi để thích nghi. Song với sự tồn tại của năng lượng tối, hầu như không thể có giải pháp.

Trong trường hợp Sự Thay đổi Lớn,  Alan Guth, nhà vật lý học tại Học viện Công nghệ Massachusetts, Mỹ cho rằng chúng ta có thể tạo ra một vũ trụ riêng và chui vào đó. Vụ trụ mới sẽ giãn nở và tách khỏi vũ trụ đang chết mà không bị ảnh hưởng gì.

"Tôi không thể khẳng định tính khả thi của đề án này theo luật vật lý," Guth nói. "Cho dù khả thi, việc tạo ra một vũ trụ mới cũng cần đến một loại công nghệ quá tinh vi, vượt ngoài tầm hiểu biết của chúng ta. Nó cũng đòi hỏi một nguồn năng lượng khổng lồ."

Cuối cùng thì chắc chắn không có bất kỳ lý do gì chúng ta phải lo lắng về ngày tận thế của vũ trụ vì những viễn cảnh trên, ngoại trừ Sự Thay đổi Lớn, đều cách xa tới hàng nghìn tỷ năm. Khi đó, loài người hoặc đã biến mất hoặc đã biến thành một dạng sống chúng ta không thể nhận ra.