Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết mới về vũ trụ đối xứng

Các nhà khoa học cho rằng tồn tại phiên bản đối xứng của vũ trụ với hạt mang điện tích ngược và thời gian đi lùi.

Các nhà khoa học đến từ Đại học Waterloo (Canada) đưa ra giả thuyết về "phản vũ trụ" (anti-universe), một vũ trụ song song hoạt động giống vũ trụ mà con người đang sống nhưng thời gian chạy ngược, trước khi vụ nổ Big Bang xảy ra.

Ý tưởng giả định vũ trụ ban đầu có kích thước nhỏ, nóng, đậm đặc và đều đến mức thời gian chạy theo 2 hướng đối xứng. Nếu chính xác, giả thuyết có thể giải thích nguồn gốc, quá trình giãn nở vũ trụ và sự tồn tại của vật chất tối (dark matter).

3 yếu tố tạo nên vũ trụ đối xứng

Để nghiên cứu giả thuyết, các nhà khoa học đã xác định 3 thành phần đối xứng quan trọng của tự nhiên gồm điện tích (nếu lật điện tích của hạt tương tác sang trái dấu, chúng vẫn tương tác theo cách cũ), tính ngang bằng (nhìn vào hình ảnh phản chiếu của một tương tác, chúng vẫn có trạng thái tương tự) và thời gian (sự tương tác giống nhau dù chạy ngược thời gian).

Vũ trụ đối xứng có trạng thái hoạt động giống vũ trụ mà con người đang sống. (Ảnh: New York Post).

Các tương tác vật lý hầu hết tuân theo kiểu đối xứng trên, đồng nghĩa sai lệch có thể xảy ra. Tuy nhiên, các nhà vật lý chưa từng thấy 3 thành phần đối xứng sai lệch cùng lúc. Nếu lấy mọi tương tác quan sát trong tự nhiên rồi lật ngược điện tích, nhìn qua ảnh phản chiếu và chạy ngược thời gian, chúng sẽ hoạt động giống hệt nhau.

Theo Live Science, kiểu đối xứng trên gọi là đối xứng CPT, trong đó C là chữ cái đầu của "charge" (điện tích), P là "parity" (tính ngang bằng) còn T là "time" (thời gian).

Trong bài nghiên cứu đăng trên tạp chí Annals of Physics, các nhà khoa học đề xuất mở rộng đối tượng áp dụng CPT. Thông thường, kiểu đối xứng này chỉ dành cho tương tác (các lực và trường tạo nên vật lý vũ trụ). Trong khi đó, nhóm nghiên cứu đề xuất áp dụng CPT cho toàn bộ vũ trụ. Nếu đối xứng CPT được mở rộng, góc nhìn của con người về vũ trụ sẽ rất khác.

Để chứng minh giả thuyết, cần sự tồn tại của một vũ trụ song song với điện tích trái dấu, phản chiếu toàn bộ hình ảnh và thời gian chạy ngược so với vũ trụ mà con người đang sống. Kết hợp các yếu tố trên, 2 vũ trụ sẽ tuân theo khái niệm đối xứng CPT.

Mô hình nghiên cứu vũ trụ đối xứng

Nếu tồn tại vũ trụ đối xứng, chúng có thể mở rộng và lấp đầy bằng các hạt vật chất theo cách tự nhiên mà không cần sự kiện giãn nở nhanh chóng (inflation). Tuy có bằng chứng cho thấy hiện tượng như vậy đã xảy ra sau vụ nổ Big Bang, lý thuyết về chúng lại khá ít ỏi. Đó là lý do xuất hiện nhiều giả thuyết về cách vũ trụ giãn nở theo thời gian.

Vũ trụ đối xứng theo kiểu CPT còn bổ sung một số loại neutrino, các hạt "mờ ám" không mang điện và khối lượng gần bằng 0. Có 3 loại neutrino được biết đến là electron, muon và tau. Điều thú vị là chúng đều "thuận tay trái" (hướng quay so với chuyển động), trong khi những hạt vật lý được biết đến đều có loại thuận tay trái và phải. Do đó, các nhà vật lý từ lâu đã đặt câu hỏi liệu có các neutrino "thuận tay phải" hay không.

Vũ trụ đối xứng sẽ có thời gian chạy ngược so với vũ trụ của chúng ta. (Ảnh: The Next Web).

Vũ trụ đối xứng CPT sẽ cần ít nhất một loại neutrino "thuận tay phải". Chúng hầu như không thể nhìn thấy trong các thí nghiệm vật lý mà chỉ ảnh hưởng đến vũ trụ thông qua lực hấp dẫn.

Nghĩ rộng hơn, loại hạt xuất hiện khắp vũ trụ và chỉ tương tác qua lực hấp dẫn rất giống đặc điểm của vật chất tối. Nếu tồn tại vũ trụ đối xứng, chúng ta có thể giải thích rõ hơn về vật chất tối nhờ các neutrino "thuận tay phải".

Dù vậy, con người sẽ không thể đặt chân đến vũ trụ đối xứng bởi chúng tồn tại "phía sau" vụ nổ Big Bang, trước khi vũ trụ mà chúng ta đang sống được hình thành. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã xây dựng mô hình để thử nghiệm giả thuyết.

Sau khi quan sát mô hình nghiên cứu, các nhà khoa học đã đưa ra một số quan điểm. Đầu tiên, họ cho rằng 3 loại neutrino "thuận tay trái" chính là Majorana, một hạt fermion và cũng là phản hạt (antiparticle) của chính chúng (hạt có cùng khối lượng, thông số vật lý nhưng chiều ngược). Tuy vậy, các nhà vật lý chưa thể xác định bản thân neutrino có thuộc tính phản hạt hay không.

Giả thuyết "phản vũ trụ" có thể giúp con người hiểu rõ hơn về vật chất tối. (Ảnh: Getty Images).

Nhóm nghiên cứu cũng dự đoán một trong các loại neutrino không có khối lượng. Hiện tại, họ chỉ có thể đặt giới hạn trên cho khối lượng của neutrino. Nếu có thể đo chính xác và một loại neutrino không có khối lượng, giả thuyết về vũ trụ đối xứng CPT sẽ được củng cố rất nhiều.

Cuối cùng, giãn nở nhanh chóng sẽ không xảy ra trong mô hình vũ trụ đối xứng. Các nhà vật lý cho rằng sự kiện này làm rung chuyển không-thời gian mạnh đến nỗi tạo ra sóng hấp dẫn. Do đó, vũ trụ đối xứng CPT sẽ không tồn tại sóng hấp dẫn. Nếu những nghiên cứu tìm kiếm sóng hấp dẫn nguyên thủy không mang lại kết quả, đó có thể là manh mối cho thấy giả thuyết vũ trụ đối xứng là chính xác.

• "Vua quái vật" mới của vũ trụ quét tín hiệu vô tuyến qua Trái đất
• Nghiên cứu ánh sáng phát ra từ các lỗ đen giúp thu hẹp tìm kiếm axion
• Phát hiện... 10 vật thể có thể là "hành tinh thứ 9"