Mô hình vật lý trước vụ nổ Big Bang cho thấy vũ trụ có tính chu kỳ. Ảnh: iStock.
Các nhà khoa học Maha Salah, Fayçal Hammad, Mir Faizal và Ahmed Farag Ali mô tả định luật vật lý và trạng thái của vũ trụ trước khi nó hình thành trong báo cáo đăng hôm 3/8 trên thư viện trực tuyến của Đại học Cornell, Mỹ. Họ cũng tạo ra mô hình vũ trụ trước vụ nổ Big Bang, theo International Business Times.
Vũ trụ có thể được mô phỏng bằng thuyết tương đối rộng của Einstein. Lý thuyết này dự đoán vũ trụ đang giãn nở và các thiên hà đang chuyển động ngày càng xa chúng ta hơn. Nếu đi ngược lại quá trình mở rộng này theo thời gian, chúng ta sẽ đến thời điểm vũ trụ bắt đầu, đó là vụ nổ Big Bang cách đây 13,7 tỷ năm.
Nhưng tại thời điểm xảy ra vụ nổ Big Bang, các định luật của thuyết tương đối rộng dường như bị phá vỡ. Chúng không đủ khả năng để giúp chúng ta hiểu vụ nổ Big Bang diễn ra như thế nào.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu biểu diễn các phương trình Einstein trong thuyết tương đối rộng giống như phương trình nhiệt động học. Sau đó, họ tìm cách để điều chỉnh các phương trình này dựa vào hiệu ứng lượng tử.
Hiện nay, chúng ta chưa có lý thuyết lượng tử của trường hấp dẫn, nhưng có nhiều cách để mô tả tương tác hấp dẫn theo các nguyên tắc của cơ học lượng tử, hay còn gọi là hấp dẫn lượng tử (quantum gravity). Tất cả những cách tiếp cận trên dường như mô tả gián tiếp về cấu trúc của không - thời gian bị phá vỡ ở quy mô chiều dài nhỏ. Vì vậy, không có không - thời gian ở dưới mức quy mô này. Nhiều cách tiếp cận chỉ ra rằng có một năng lượng tối đa trong vũ trụ, và không thể có năng lượng vượt quá mức năng lượng tối đa.
"Dạng hình học của không - thời gian được giới hạn bởi chiều dài tối thiểu và mức năng lượng tối đa giúp chúng tôi tìm hiểu hiệu ứng hấp dẫn lượng tử của vũ trụ. Khi đó, chúng tôi có thể nghiên cứu vũ trụ trước khi xảy ra vụ nổ Big Bang", Mir Faizal, đồng tác giả bài báo, cho biết.
Nhóm nghiên cứu sử dụng hai giả thiết đầu vào để mô tả các yếu tố nhiệt động học trong các phương trình của thuyết tương đối rộng bao gồm: không - thời gian bị phá vỡ ở chiều dài tối thiểu. Bất kỳ vật nào trong không - thời gian này không thể có năng lượng vượt quá mức năng lượng tối đa nhất định. Kết quả cho thấy, vũ trụ có tính chu kỳ, trải qua 4 giai đoạn riêng biệt.
"Các phương trình tiết lộ rằng, sự giãn nở của vũ trụ sẽ tạm dừng và sau đó bước vào giai đoạn co lại. Vụ nổ Big Bang không phải là thời điểm khởi đầu vũ trụ, nó chỉ là sự chuyển tiếp. Có một giai đoạn trước vụ nổ Big Bang, giai đoạn hiện nay và hai giai đoạn khác nữa. Sau đó, một vụ nổ Big Bang mới sẽ xảy ra", Faizal giải thích.
Các nhà nghiên cứu gặp thách thức lớn trong việc thử nghiệm mô hình. "Tôi cho rằng thật khó để tính toán thời điểm vũ trụ sụp đổ. Những gì chúng ta có thể dự đoán là nó sẽ sụp đổ", Faizal nói.
Xem thêm: Đi tìm nguyên nhân gây ra vụ nổ Big Bang
Lê Hùng