Năng lượng tối là gì?

Năng lượng tối - dạng năng lượng thống trị không gian, đang thúc đẩy sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ, nhưng bản chất của nó vẫn còn là một bí ẩn hoàn toàn. Dưới đây là những điều bạn cần biết về năng lượng tối.

Năng lượng tối là một dạng năng lượng giả định được các nhà vật lý đề xuất để giải thích tại sao vũ trụ không chỉ giãn nở mà còn giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh.

Hãy coi năng lượng tối là "đối trọng xấu xa" của lực hấp dẫn - một lực "chống trọng lực" tạo ra áp suất âm lấp đầy vũ trụ và kéo căng toàn bộ cấu trúc của không - thời gian. Khi làm như vậy, năng lượng tối đẩy các vật thể vũ trụ ra xa nhau với tốc độ ngày càng nhanh thay vì kéo chúng lại gần nhau như lực hấp dẫn.

Người ta ước tính năng lượng tối chiếm khoảng 68% đến 72% tổng năng lượng và vật chất của vũ trụ - "ngân sách" vật chất/năng lượng của vũ trụ - nghĩa là nó chi phối mạnh mẽ cả vật chất tối và vật chất hàng ngày.

Câu trả lời thực sự duy nhất cho câu hỏi "năng lượng tối là gì?" hiện tại là "chúng ta không biết" mặc dù điều đó có thể nghe không thỏa đáng. Tuy nhiên, các nhà khoa học không hoàn toàn chưa rõ về nó. Có một số "đề cử" hàng đầu để giải thích cho năng lượng tối, bao gồm năng lượng chân không của không gian - các hạt thực sự xuất hiện và biến mất trong không gian trống rỗng - và "lực thứ năm" chịu trách nhiệm cho áp suất âm có thể gây ra sự giãn nở nhanh của vũ trụ.

Những khả năng khác là một loạt các "hương vị" khác nhau của các trường có thể giải thích cho năng lượng tối như trường năng lượng thấp được gọi là "quintessence", trường tachyon - các hạt giả thuyết di chuyển nhanh hơn ánh sáng và do đó quay ngược thời gian...

Tất cả những điều này vẫn hoàn toàn là giả thuyết, có nghĩa là cách duy nhất chúng ta có thể thực sự "biết" năng lượng tối hiện tại là thông qua tác động của nó lên vũ trụ.

Những câu hỏi thường gặp về năng lượng tối

Tại sao năng lượng tối là một phần cần thiết của vũ trụ?

Khoảng 25 năm trước, người ta đã xác định rằng Vũ trụ đang giãn nở và quá trình giãn nở  đang tăng tốc theo thời gian. Quá trình này đã diễn ra trong 5.000 triệu năm qua và khiến các thiên hà xa dần nhau. Mặc dù tất cả các quan sát vũ trụ học đều ủng hộ hiện tượng này, nhưng chúng ta vẫn chưa có lời giải thích cho xu hướng giãn nở này. Tuy nhiên, chúng ta biết các đặc tính của thành phần gây ra hiệu ứng này: nó phải là một chất hoặc chất lỏng vượt qua được bản chất hấp dẫn của lực hấp dẫn và nó phải được pha loãng và lan tỏa trong toàn bộ không gian-thời gian.

Năm 1999, nhà vật lý Michael Turner đã đặt tên cho thành phần giả thuyết của ngân sách vũ trụ học: năng lượng tối. Thành phần sau là cần thiết để đưa ra lời giải thích hợp lý cho xu hướng giãn nở hiện tại của Vũ trụ. Nếu không có nó, quá trình giãn nở sẽ chậm lại và cuối cùng, Vũ trụ sẽ nổ tung, thu hẹp khoảng cách giữa các thiên hà được quan sát trong cấu trúc quy mô lớn.

Làm sao chúng ta biết được sự giãn nở do năng lượng tối thúc đẩy không chỉ liên quan đến Vụ nổ lớn?

Vâng, mô hình vũ trụ học của chúng ta dự đoán một vũ trụ đang giãn nở, và do đó, sự tồn tại của một sự kiện mà chúng ta gọi là Hot Big Bang. Tuy nhiên, trạng thái hiện tại của sự giãn nở không phải là hằng số theo thời gian, thay vào đó là đang tăng lên; do đó, tốc độ gia tăng này trong sự giãn nở phải được thúc đẩy bởi một yếu tố khác, một yếu tố không chủ yếu hoạt động trong giai đoạn đầu của Vũ trụ hoặc tại thời điểm các thiên hà hình thành.

Tại sao năng lượng tối lại bí ẩn đến vậy?

Bởi vì chúng ta không thể đo lường trực tiếp, thậm chí không biết nó được tạo thành từ gì, do đó việc xây dựng các thí nghiệm để phát hiện và nghiên cứu bản chất thực sự của nó là một thách thức. Ngoài ra, các quan sát hiện tại không đồng tình với giá trị của tốc độ Hubble tại thời điểm hiện tại, do đó, chúng ta không chắc chắn liệu năng lượng tối có thay đổi theo thời gian hay không và nếu có, thì nó ảnh hưởng đến động lực của sự giãn nở như thế nào. Chúng ta có manh mối, nhưng vẫn còn một chặng đường dài trước khi "tiết lộ" bản chất và đặc điểm của năng lượng tối.

Những điểm chính còn nghi ngờ về năng lượng tối là gì?

Theo phần lớn các quan sát, "ứng cử viên" có khả năng nhất cho năng lượng tối là hằng số vũ trụ học, thường liên quan đến các biến động của chân không lượng tử. Đây là lời giải thích được ưa thích (và đơn giản nhất) cho năng lượng tối, đến mức được đưa vào mô hình vũ trụ học chuẩn. Nhưng có những đề xuất khác, chẳng hạn như trường vô hướng, galileon, axion, trường tachyonic hoặc thậm chí là mô hình năng lượng tối động, trong số nhiều ý tưởng khác.

Thật khó để dự đoán liệu chúng ta có giải quyết được thành phần bí ẩn của năng lượng tối trong 10 năm tới hay không, nhưng hiện tại, chắc chắn các nhà khoa học vũ trụ đang đi đúng hướng để hiểu vai trò của thành phần này. Có rất nhiều dữ liệu hướng dẫn trong hành trình này và chắc chắn rằng chúng ta đang đạt được tiến bộ trong việc hiểu năng lượng tối là gì và nguồn gốc vũ trụ của nó.