Cùng với Big Bang vũ tru có một chiều lịch sử. Ngày nay người ta có thể nói về lịch sử của vũ trụ, với một điểm bắt đầu và một điểm kết thúc, với hiện  tại và tương lai. Vũ trụ tĩnh, không  thay đổi và không có lịch sử của Newton được xếp vào hàng các vũ trụ cáo chung.

Những nghiên cứu dân tộc học trong những vùng  heo hút ở châu Phi cùng những bộ xương  người nguyên thủy cho phép ta  lần lượt trở lại lịch sử của loài người. Các nhà địa chất đào sâu trong  các  tầng đất đá của vỏ trái đất để tìm kiếm những  cơ thể đã  hóa thạch giúp họ dựng  lại lịch sử trái đất. Cũng  như vậy, các  nhà thiên văn hướng  cái nhìn truy vấn vào vũ trụ để tìm kiếm những  hóa thạch trong đó ngõ hầu giúp họ dựng  lại được  lịch sử của vũ trụ.

Hóa thạch vũ trụ quan trọng  nhất có tác dụng  tập hợp được đa số của cộng đồng  khoa học đi theo thuyết Big Bang và  tạo nên  một tảng dá  ngầm  mà đa số các thuyết đối nghịch với nó khi đụng  vào bị vỡ tan tành, đó là  một bức xạ tràn  ngập toàn vũ trụ và đi tới chúng ta từ thời mà vũ trụ  mới được chừng 300.000 năm tuổi. Những  hạt ánh sáng, hay còn gọi là  photon, tạo nên bức xạ hóa thạch này (khoảng  400 hạt trong  1 cm³ ) đập vào tay tôi vào lúc tôi đang  viết những dòng này hoặc chạm vào mặt bạn trong  lúc  bạn đang đọc dòng chữ đó. Những ánh sáng đó -mà ta có thể ghi nhận nhờ các kính thiên  văn vô tuyến- chính là các nốt nhạc rời rạc mà tự nhiên đã gởi cho chúng ta. Nhiệm vụ của chúng ta là phải giải mã tìm ra giai điệu bí ẩn của chúng.

Sự tồn tại của bức xạ vũ trụ hóa thạch này đã được thông  báo vào năm 1946 bởi nhà  vật lý người Mỹ gốc  Nga George Gamow. Dựa trên những công trình truớc đó của nhà  toán học  người Nga Alexandre Friedmann và của mục sư người Bỉ Georges Lemaître, Gamow đã dùng   vật lý để lần ngược trở lại theo thời gian tới nguồn của Big Bang, hệt như một nhà thám hiểm lần ngược theo dòng sông tới ngọn nguồn của nó.

Các định luật của vật lý khẳng định rằng  vũ trụ ần  phải nóng và  đặc  hơn trong  quá khứ. Mặt khác, tương quan  lực  lượng giữa hai thành phần của vũ trụ là  vật chất (các nguyên tự, ngôi sao và thiên  hà) và

Trái sang  phải:  Hàng đầu: Gamow, Bohr, Raman, Klein ; Hàng sau: Lauritsen, Rasmussen  (Niels Bohr Institute, Copenhagen. Margrethe Bohr Collection)

 

ánh sáng cần phải đảo ngược khi vũ trụ còn  ít tuổi hơn. Toàn bộ vật chất đều là  năng lượng.

Einstein đã dạy cho chúng ta  như vậy. Trong vũ trụ  hiện  nay, vật chất chiếm ưu thế vì năng lượng của nó lớn  gấp 3000 lần  năng  lượng  của ánh sáng.

Tình hình hoàn toàn đảo ngược  lại vào những  khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ.  Trong  khoảng giữa 1 giây và 300.000 năm sau vụ nổ ban đầu (Big Bang), nhiệt độ và  mật độ cực  kỳ  lớn, tới mức  không  một  cấu trúc  nào mà  ngày hôm nay chúng ta quan sát được như các thiên  hà, các sao hay các  nguyên tử có thể tồn  tại được. Khi đó ánh sáng hoàn toàn ngự trị.

  Theo Gamow, cái ánh sáng  ban đầu có nhiệt độ cao, năng  lượng  lớn (nhiệt độ cỡ 10.000K khi vũ trụ khoảng 300.000 năm tuổi (lúc đó vũ trụ chỉ lớn bằng 1% bây giờ) và  tràn ngập vũ trụ  này vẫn còn tới được chúng ta hôm nay, nhưng đã lạnh nhiều.

Công  mà ánh sáng hóa thạch phải thực  hiện trong suốt 15 tỉ năm để tới được thiên hà chúng ta -thiên  hà được cuốn đi theo bởi sự giản nở của vũ trụ- đã làm cho nó kiệt quệ đi nhiều. Ánh sáng mất đi phần lớn năng lượng của nó, tới mức  nó chỉ có một nhiệt độ băng giá là 3K (-270%C) trên  không độ tuyệt đối trong vũ trụ hiện  nay.

Ánh sáng  quá  lạnh và có năng  lượng  thấp này chỉ có thể  bắt được nhờ các  kính thiên  văn vô tuyến.

Điện thoại và vũ trụ học:

Trong suốt hai mươi năm sau đây, không  một ai cất công tìm kiếm bức xạ hóa thạc, cái tiếng vọng thời sáng thế đó. Và những công trình của Gamow rơi vào quên  lãng. Chỉ tới năm 1965 ánh sáng hóa thạch mới được  phát hiện tình cở bởi hai nhà  vật lý thiên  văn Mỹ Arno Penzias và  Robert Wilson làm việc  tại các  phòng thí nghiệm của hãng điện thoại Bell.

Đây là một câu chuyện hay đáng được  kể lại. Mối quan tâm của Penzias và Wilson không  phải là  vấn đề về vũ trụ học. Trong  lúc đang  tìm kiếm để cải tiến sự truyền thông qua điện thoại, họ  muốn chế tạo một radar hoàn tiện nhất có thể được  nhằm bắt tốt các  tín hiệu từ Telstar, vệ tinh viễn thông đầu tiên. Ban đầu dự định này thực  hiện nhờ một radar Pháp. Nhưng  việc chế tạo radar đó bị chậm trễ. Ngày phóng Telstar đã tới gần  và các  nhà  lãnh đạo của hãng  Bell tỏ ra rất lo lắng. Để phòng  các radar của Pháp không kịp hoàn thành, họ  yêu cầu Penzias và Wilson xây dựng  một cái khác.  Rồi Telstar được  phóng  lên và  chiến radar của Pháp cũng hoàn thành đúng thời hạn nhưng  kính thiên  văn của Penzias  và  Wilson dù sao cũng có đóng góp. Nó cho phép thu được không chỉ các  tín hiệu của  Telstar mà cả  một bức xạ bí ẩn ở 3K. Ngay lập tức họ hiểu ra  rằng họ đã nghe thấy tiếng  nhạc vọng  về từ thời sáng thế. Sự chậm trễ của các kỹ sư Pháp đã dẫn tới sự phát hiện ra hòn tảng đá khác của lý thuyết Big Bang! Không có những  quan sát về chuyển động chạy trốn của  các thiên hà và ánh sáng  hóa thạch thì tòa nhà Big Bang cầm chắc sẽ sụp đổ.

Người ta có thể tự hỏi: có cần phải đợi tới hai chục năm mới có thể quan sát được một sự kiện có tầm quan trọng to lớn đến như thế hay không  và  tại sao sau sự chờ đợi qua dài đó nó lại được phát hiện một cách tình cờ như vậy. Lý do chắc không  phải ở chỗ thiếu các phương tiện kỹ thuật. Thực ra, khi các công trình của Gamow về Big Bang được công bố khoảng  vài năm sau Đại chiến thế giới lần thứ hai, ngành thiên  văn vô tuyến đã tiến bộ  rất nhiều nhờ những  phát triển về  radar trong  kỳ chiến tranh. Vì vậy , lý do thực của sự chậm trễ  ở đây có lẽ là  về mặt tâm lý. Big Bang đã mang  lại cho khái niệm sáng thế một cơ sở khoa học. Nhưng tôn giáo thì tỏ rõ ý định  của mình còn các  nhà  vật lý thị  lại khó chịu vô tình "quên" những  tiên đoán của Gamow.

Sau khám phá của Penzias và Wilson, các  nhà thiên  văn hăm hở lao vào nghiên cứu bức xạ  hóa thạch, dường  như để cướp lại thời gian đã  mất. Các  kính thiên văn vô tuyến trên toàn thế giới đều góp sức  vào. Bức xạ vũ trụ  vẫn tồn tại khắp nơi và  luôn  luôn như nhau. Nó chỉ cùng  một nhiệt độ 3K bất kể bạn hướng  kính thiên  văn của mình theo hướng nào (người ta  nói rằng  bức  xạ này đẳng hướng, isotrope), bất kể bạn quan sát ở đâu, từ một căn phòng hay trên đỉnh núi, và bất kể  bạn điều chỉnh kính thiên  văn vô tuyến của bạn tới tần số nào. Vậy là  lý thuyết Big Bang đã  kiêu hãnh vượt qua được thử thách đầu tiên. Sự sáng  tạo ra vũ trụ được  nảy sinh từ trí tuởng  tượng phong phú của một số nhà  vật lý đã thực sự xảy ra  trên thực  tế. Vũ trụ đúng  là đã khởi đầu sự tồn tại của mình từ một pha rất nóng  và đặc. Nó được choáng  đầy bởi ánh sáng -thứ ánh sáng tới được  chỗ chúng ta  ngày hôm nay đã lạnh đi nhiều. Những  hạt ánh sáng  hóa thạch vẫn chiếm ưu thế về số đông. Cứ một hạt vật chất thì tương  ứng có tới 1 tỉ  hạt ánh sáng. Nhưng  năng  lượng của chúng thì  nhỏ tới mức chúng chỉ đại diện cho non  một phần tỉ  năng  lượng  của toàn vũ trụ.

COBE cũng  đã phát hiện ra những  hạt mầm của các thiên hà được thể  hiện  ở những  thăng  giáng  nhiệt độ nhỏ (cỡ 30 phần triệu) của bức xạ hóa thạch. Nó cũng cung  cấp cho chúng ta hình ảnh vũ trụ ở 300.000  năm sau Big Bang. Phát hiện này là  hết sức quan trọng đối với lý thuyết Big Bang cũng  như đối với sự tồn tại của chúng ta, bởi lẽ không có những  hạt mầm thiên  hà  này, sẽ không có các  ngọi sao và các thiên hà và  càng  không có trí tuệ và  ý thức.

(1) COBE = COsmic Background Explorer : vệ tinh nghiên cứu bức xạ vũ trụ

© http://vietsciences.free.fr  Trịnh Xuân Thuân (Mélodie secrète)-Phạm Văn Thiều dịch