Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Không chỉ một hằng số phổ quát có vẻ khó chịu ở rìa ngoài của vũ trụ, nó chỉ xảy ra theo một hướng duy nhất, điều này hết sức kỳ lạ.
Những người mong chờ một ngày khi Lý thuyết thống nhất về mọi thứ của khoa học có thể phải chờ thêm một thời gian nữa vì các nhà vật lý thiên văn tiếp tục tìm thấy gợi ý rằng một trong những hằng số vũ trụ không phải là không đổi.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Science Advances , các nhà khoa học từ UNSW Sydney đã báo cáo rằng bốn phép đo ánh sáng mới phát ra từ một quasar cách xa 13 tỷ năm ánh sáng khẳng định các nghiên cứu trong quá khứ đã đo được các biến đổi nhỏ trong hằng số cấu trúc mịn.
Giáo sư John Webb của UNSW Science cho biết hằng số cấu trúc tinh tế là thước đo điện từ – một trong bốn lực cơ bản trong tự nhiên (các lực khác là lực hấp dẫn, lực hạt nhân yếu và lực hạt nhân mạnh).
“Hằng số cấu trúc mịn là đại lượng mà các nhà vật lý sử dụng làm thước đo sức mạnh của lực điện từ”, giáo sư Webb nói.
“Đó là một con số không thứ nguyên và nó liên quan đến tốc độ ánh sáng, thứ gọi là hằng số Planck và điện tích của electron, và đó là tỷ lệ của những thứ đó. Và đó là con số mà các nhà vật lý sử dụng để đo cường độ của lực điện từ.”
Lực điện từ giữ cho các electron rít quanh một hạt nhân trong mọi nguyên tử của vũ trụ – không có nó, mọi vật chất sẽ bay ra. Cho đến gần đây, nó được cho là một lực lượng không thay đổi trong suốt thời gian và không gian. Nhưng trong hai thập kỷ qua, Giáo sư Webb đã nhận thấy sự bất thường trong hằng số cấu trúc tinh tế, theo đó lực điện từ được đo theo một hướng cụ thể của vũ trụ dường như hơi khác một chút.
“Chúng tôi đã tìm thấy một gợi ý rằng số hằng số cấu trúc tinh tế khác nhau ở một số khu vực nhất định trong vũ trụ. Không chỉ là chức năng của thời gian, mà còn thực sự theo hướng trong vũ trụ, điều này thực sự khá kỳ quặc nếu nó đúng … nhưng đó là những gì chúng tôi tìm thấy. “
TÌM KIẾM MANH MỐI
Lúc nào cũng hoài nghi, khi Giáo sư Webb lần đầu tiên bắt gặp những dấu hiệu ban đầu về các phép đo lực điện từ yếu hơn và mạnh hơn một chút, ông nghĩ rằng đó có thể là lỗi của thiết bị, hoặc do tính toán của ông hoặc một số lỗi khác dẫn đến kết quả bất thường . Đó là trong khi nhìn vào một số quasar xa nhất – các thiên thể to lớn phát ra năng lượng đặc biệt cao – ở rìa vũ trụ, những dị thường này lần đầu tiên được quan sát bằng kính viễn vọng mạnh nhất thế giới.
Giáo sư Webb nói: “Các quasar xa nhất mà chúng ta biết là cách chúng ta khoảng 12 đến 13 tỷ năm ánh sáng”.
“Vì vậy, nếu bạn có thể nghiên cứu ánh sáng một cách chi tiết từ các quasar ở xa, thì bạn đang nghiên cứu các tính chất của vũ trụ như khi nó còn ở giai đoạn sơ khai, chỉ một tỷ năm tuổi. Vũ trụ rất khác biệt. Không có thiên hà tồn tại, những ngôi sao ban đầu đã hình thành nhưng chắc chắn không có cùng một quần thể sao mà chúng ta thấy ngày nay. Và không có hành tinh nào. “
Ông nói rằng trong nghiên cứu hiện tại, nhóm nghiên cứu đã xem xét một chuẩn tinh như vậy cho phép họ thăm dò trở lại khi vũ trụ chỉ mới một tỷ năm chưa từng được thực hiện trước đây. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện bốn phép đo hằng số mịn dọc theo một đường ngắm tới chuẩn tinh này. Về mặt cá nhân, bốn phép đo không đưa ra bất kỳ câu trả lời kết luận nào về việc liệu có sự thay đổi rõ rệt trong lực điện từ hay không. Tuy nhiên, khi kết hợp với rất nhiều phép đo khác giữa chúng ta và các quasar xa được thực hiện bởi các nhà khoa học khác và không liên quan đến nghiên cứu này, sự khác biệt trong hằng số cấu trúc mịn trở nên rõ ràng.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC WEIRD
“Và dường như nó đang ủng hộ ý tưởng này rằng có thể có một hướng trong vũ trụ, điều này thực sự rất kỳ lạ,” Giáo sư Webb nói.
“Vì vậy, vũ trụ có thể không đẳng hướng trong các định luật vật lý của nó – một thứ giống nhau, theo thống kê, theo mọi hướng. Nhưng trên thực tế, có thể có một số hướng hoặc hướng ưa thích trong vũ trụ nơi các định luật vật lý thay đổi, nhưng không theo hướng vuông góc. Nói cách khác, vũ trụ theo một nghĩa nào đó có cấu trúc lưỡng cực với nó.
“Theo một hướng cụ thể, chúng ta có thể nhìn lại 12 tỷ năm ánh sáng và đo điện từ khi vũ trụ còn rất trẻ. Đặt tất cả các dữ liệu lại với nhau, điện từ dường như tăng dần khi chúng ta nhìn xa hơn trong khi theo hướng ngược lại, nó giảm dần. Theo các hướng khác trong vũ trụ, hằng số cấu trúc tinh tế vẫn duy trì như vậy – không đổi. Những phép đo rất xa mới này đã đẩy các quan sát của chúng ta đi xa hơn bao giờ hết. “
Nói cách khác, trong những gì được cho là sự lan truyền ngẫu nhiên ngẫu nhiên của các thiên hà, quasar, lỗ đen, sao, đám mây khí và các hành tinh – với sự sống hưng thịnh ở ít nhất một hốc nhỏ của nó – vũ trụ đột nhiên xuất hiện tương đương với một miền bắc và một miền nam. Giáo sư Webb vẫn cởi mở với ý tưởng rằng bằng cách nào đó những phép đo này được thực hiện ở các giai đoạn khác nhau bằng cách sử dụng các công nghệ khác nhau và từ các vị trí khác nhau trên Trái đất thực sự là một sự trùng hợp lớn.
“Đây là điều được thực hiện rất nghiêm túc và được xem xét, hoàn toàn chính xác với sự hoài nghi, ngay cả với tôi, mặc dù tôi đã thực hiện công việc đầu tiên với các học sinh của mình. Nhưng đó là điều bạn phải kiểm tra vì chúng tôi có thể sống trong một vũ trụ kỳ lạ. “
Nhưng thêm vào khía cạnh của cuộc tranh luận nói rằng những phát hiện này không chỉ là sự trùng hợp ngẫu nhiên, một nhóm nghiên cứu ở Mỹ làm việc hoàn toàn độc lập và không biết đến Giáo sư Webb, đã đưa ra những quan sát về tia X dường như phù hợp với ý tưởng rằng vũ trụ có một số sắp xếp theo hướng.
“Tôi không biết gì về bài báo này cho đến khi nó xuất hiện trong tài liệu”, ông nói.
“Và họ không kiểm tra các định luật vật lý, họ đang kiểm tra các tính chất, tính chất tia X của các thiên hà và cụm thiên hà và khoảng cách vũ trụ từ Trái đất. Họ cũng nhận thấy rằng các tính chất của vũ trụ theo nghĩa này không phải là đẳng hướng và có một hướng ưa thích. Và lo và kìa, hướng của chúng trùng với hướng của chúng ta. “
CUỘC SỐNG, ĐẠI HỌC VÀ MỌI THỨ
Mặc dù vẫn muốn xem thử nghiệm nghiêm ngặt hơn về các ý tưởng rằng điện từ có thể dao động ở một số khu vực nhất định trong vũ trụ để tạo cho nó một dạng định hướng, Giáo sư Webb nói nếu những phát hiện này tiếp tục được xác nhận, chúng có thể giúp giải thích tại sao vũ trụ của chúng ta là như vậy là, và tại sao có sự sống trong đó.
“Trong một thời gian dài, người ta đã nghĩ rằng các quy luật tự nhiên dường như được điều chỉnh hoàn hảo để tạo điều kiện cho sự sống phát triển. Sức mạnh của lực điện từ là một trong những đại lượng đó. Nếu nó chỉ khác một vài phần trăm so với Giá trị chúng ta đo được trên Trái đất, sự tiến hóa hóa học của vũ trụ sẽ hoàn toàn khác biệt và cuộc sống có thể không bao giờ diễn ra. Nó đặt ra một câu hỏi trêu ngươi: liệu tình huống ‘Goldilocks’ này, trong đó các đại lượng vật lý cơ bản như hằng số cấu trúc tinh tế là ‘vừa phải ‘để ủng hộ sự tồn tại của chúng ta, áp dụng trong toàn bộ vũ trụ? “
Nếu có một định hướng trong vũ trụ, Giáo sư Webb lập luận và nếu điện từ được chứng minh là rất khác nhau ở một số khu vực của vũ trụ, các khái niệm cơ bản nhất làm cơ sở cho nhiều vật lý hiện đại sẽ cần phải sửa đổi.
“Mô hình vũ trụ tiêu chuẩn của chúng tôi dựa trên một vũ trụ đẳng hướng, một mô hình giống nhau, theo thống kê, theo mọi hướng,” ông nói.
“Bản thân mô hình chuẩn đó được xây dựng dựa trên lý thuyết hấp dẫn của Einstein, bản thân nó rõ ràng thừa nhận sự bất biến của các quy luật tự nhiên. Nếu các nguyên tắc cơ bản như vậy hóa ra chỉ là những xấp xỉ tốt, thì cánh cửa sẽ mở ra một số ý tưởng mới, rất thú vị trong vật lý. “
Nhóm của Giáo sư Webb tin rằng đây là bước đầu tiên hướng tới một nghiên cứu lớn hơn nhiều, khám phá nhiều hướng trong vũ trụ, sử dụng dữ liệu đến từ các thiết bị mới trên kính viễn vọng lớn nhất thế giới. Các công nghệ mới hiện đang nổi lên để cung cấp dữ liệu chất lượng cao hơn và các phương pháp phân tích trí tuệ nhân tạo mới sẽ giúp tự động hóa các phép đo và thực hiện chúng nhanh hơn và với độ chính xác cao hơn.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học New South Wales . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :