Ở trung tâm bức ảnh là cụm thiên hà rộng lớn Abell S1063, nằm cách xa 4 tỷ năm ánh sáng và được bao quanh bởi những hình ảnh phóng đại của các thiên hà xa hơn nhiều. (Ảnh: NASA, ESA và J. Lotz/STScI)

Liệu chúng ta có tìm thấy vật chất bản nguyên cấu tạo nên vũ trụ? 

Vũ trụ kì bí luôn là một đề tài đầy mê hoặc đối với con người. Trong nỗ lực tìm hiểu về chân tướng của vũ trụ, các nhà khoa học đặt ra rất nhiều giả thuyết về điểm khởi đầu và vụ nổ lớn. Tuy nhiên, có một vấn đề luôn làm nản lòng bất kì ai đam mê nghiên cứu, đó là vật chất bản nguyên cấu tạo nên sự sống rốt cuộc là gì. Chính xác thì vật chất nào tạo nên vũ trụ?

Khoa học cho chúng ta biết rằng khối vật chất nhỏ nhất tạo nên thế giới của chúng ta là các nguyên tử. Một nguyên tử bao gồm các lớp electron và hạt nhân, hạt nhân được tạo thành từ các proton và neutron. Đi sâu hơn nữa và bạn sẽ thấy rằng các proton và neutron được tạo thành từ các hạt cực nhỏ gọi là quark; sâu hơn nữa bạn sẽ tiếp cận với neutrino, một trong những hạt nhỏ nhất hiện nay được khoa học biết đến. Neutrino cực kỳ nhỏ bé; nhỏ đến mức các nhà vật lý nói rằng nó hoàn toàn không có khối lượng. Hàng triệu hạt này được mặt trời gửi đi mỗi ngày, đi qua cơ thể chúng ta như thể chúng ta không tồn tại. Nếu chúng ta tiếp tục tìm kiếm các hạt siêu nhỏ hơn, thậm chí siêu siêu nhỏ hơn nữa, chúng ta bắt đầu đi vào một vùng đất xa lạ, làm bùng lên những câu hỏi thậm chí “làm phiền” tất cả các nhà vật lý lượng tử.

Nguyên tử: Nếu cơ thể chúng ta được đặt dưới kính hiển vi cỡ lớn, thứ có thể nhìn thấy là một biển hạt cát đang chuyển động không ngừng. (Ảnh: photos.com)

Kể từ khi Democritus đề xuất sự tồn tại của các hạt “atoma” hoặc “các hạt không thể tách được” cách đây hơn hai thiên niên kỷ, con người đã tiếp tục khám phá và xem xét đến các vật chất cơ bản tạo nên vũ trụ này. Trong thế kỷ trước, họ không chỉ khám phá cấu trúc bên trong của nguyên tử mà còn nghiên cứu sự phân chia của nó thành các hạt cơ bản nhỏ hơn. Nhưng cũng giống như các proton, neutron và electron từng được cho là các hạt cuối cùng của vũ trụ, chưa thể kết luận đâu là hạt nhỏ nhất. Vậy nên các nhà khoa học vẫn tiếp tục cuộc hành trình tìm kiếm ra nhiều hạt nhỏ hơn. Tuy nhiên, tại thời điểm này, về mặt khái niệm, không có công cụ nào có thể cho thấy sự xuất hiện thực sự của các hạt vật chất cơ bản nhỏ bé hơn nữa. Vậy khi nào thì hành trình này sẽ kết thúc?

Sự hiểu biết mới nhất về vật lý lượng tử đề xuất rằng còn tồn tại một thế giới thậm chí nhỏ hơn nhiều nữa: lý thuyết siêu dây. Theo các nhà vật lý, các hạt như neutrino, các loại quark, meson, lepton, boson và các loại hạt khác là những biểu hiện có thể quan sát được của các dây nhỏ có độ nhỏ không thể tưởng tượng được. Lý thuyết dây cho rằng các hạt của dây hạ nguyên tử này liên tục dao động và các hình thức dao động khác nhau xuất hiện trước mắt người quan sát như các loại hạt khác nhau.

Theo đó, khám phá của chúng ta đã đạt đến một mức độ thật khó tưởng tượng: Các chuỗi dây cơ bản được đề xuất có đường kính xấp xỉ một phần triệu của một phần tỷ tỷ của một centimet. Trên thực tế, các nhà khoa học thấy rằng những chuỗi dây này thậm chí không chiếm bất kỳ khoảng không gian nào. Nhưng đối với những hạt vật chất siêu siêu cơ bản không có khối lượng này sẽ mang đến một nghịch lý đáng kinh ngạc về vật chất ….. nó không tồn tại!

Hãy tưởng tượng rằng phần lớn thể tích của một nguyên tử là không gian trống rỗng. Nếu chúng ta có thể phóng đại một nguyên tử để nó có đường kính 650 ft (195m) tức là khoảng hai tòa nhà trong thành phố, thì hạt nhân ở trung tâm sẽ có kích thước bằng một hạt cát và đám mây điện tử. Chúng sẽ quay xung quanh hạt nhân ở khoảng cách một tòa nhà. Chúng ta cũng thấy rằng các hiện tượng không gian vi mô này cũng tương tự như không gian vĩ mô mà chúng ta đang thấy hiện nay.

Một chất mà khoa học gọi là vật chất tối, và được cho là chiếm hơn 90% vũ trụ của chúng ta, tiếp tục là một bí ẩn đối với các nhà vật lý thiên văn hiện đại, mặc dù không thể nhìn thấy nó, nhưng họ đã quan sát thấy ảnh hưởng do sức hút của nó trên các thiên hà.

Tất cả bên dưới chỉ có Rùa

Trong cuốn sách xuất bản năm 1979 Bộ não của Broca: Những phản ánh về lãng mạn khoa học, nhà thiên văn học nổi tiếng Carl Sagan đã sử dụng một câu chuyện ngụy tác để mô tả bản chất của vũ trụ. Câu chuyện kể về một du khách phương Tây đặt câu hỏi cho một triết gia phương Đông. Khi được yêu cầu mô tả bản chất của thế giới, nhà triết học giải thích rằng đó là một quả bóng tuyệt vời nằm trên lưng của một con rùa. Khi lữ khách hỏi con rùa đang đứng trên cái gì, nhà triết học trả lời rằng một con rùa khác được tìm thấy ở bên dưới. Lữ khách hỏi tiếp về những gì nằm bên dưới nữa, nhà triết học khẳng định rằng không có gì ngoài những con rùa tiếp tục ở bên dưới nữa. Sagan đang minh họa một lý thuyết vũ trụ học được gọi là hồi quy vô hạn, trong đó không có lớp vật chất cuối cùng đối với thế giới vi mô trong thế giới vĩ mô, nó chỉ đơn giản là tiếp tục vô tận.

Từ quan điểm này, nếu chúng ta có thể thu mình xuống một kích thước vô cùng vô cùng nhỏ và tiến nhập vào một không gian vũ trụ của một hạt cơ bản cùng với con người, núi và sông đều trong hạt cơ bản đó thì các hạt cơ bản của vũ trụ nhỏ bé đó sẽ lại là biểu hiện của một vũ trụ nhỏ hơn nữa, và cứ thế tiếp tục xuống nhỏ hơn nữa, nhỏ hơn mãi nữa v.v…? Những khái niệm này hoàn toàn thoát khỏi tầm với của khoa học hiện đại, nhưng trí tuệ cổ xưa đã tiếp xúc đến nó. Trong lịch sử, Đức Phật Śākyamuni, đã từng nói rằng bên trong một hạt cát có 3.000 thế giới, và trong mỗi một trong số 3.000 thế giới đó, có những hạt cát cũng chứa 3.000 thế giới khác nữa. Triết học cổ đại Trung Quốc cũng đưa ra các luận thuyết tương tự. Vậy đến đây đã có nghĩa là kết thúc cuộc hành trình tìm kiếm bản nguyên vật chất của chúng ta? Chúng ta sẽ không tìm thấy gì ngoài tiếp tục tìm thấy những con rùa bên dưới?

Một bức tượng Phật trên đảo Lantau, Hồng Kông với biểu tượng chữ vạn trên ngực. (Ảnh: Shutterstock *)

Con người đã đi được bao xa trong việc xác định vật chất bản nguyên của vũ trụ? Liệu có thể đạt được không, hay chúng ta chỉ có thể tưởng tượng được những điều ngạc nhiên được tìm thấy trên con đường đến vô tận? Con người thật vô cùng nhỏ bé, có phải không? Thế giới vi mô của thiên nhiên vô cùng khác biệt với những gì chúng ta biết? Tại sao hầu như tất cả các không gian đều trống rỗng? “Tất cả mọi thứ chúng ta thấy trên thế giới này đều là ảo ảnh” là một tuyên bố cổ xưa từ Phật giáo. Trong khi nhiều người đã tưởng tượng câu này chỉ đơn thuần là triết học, có lẽ nó chỉ ra con đường đến một sự thật lớn hơn trong hành trình của chúng ta đến bản nguyên của vật chất.

Ánh Dương (biên dịch)

Tác giả: Leonardo Vintini
Theo: The Epoch Times