© hiepkhachquay 1
NANG LNG TÔI: BÍ AN CÒN PHÍA TRC
Eric Linder, Saul Perlmutter
Mot chc nam sau khi các nhà thiên van vat lí phát hien ra s dãn n" c#a vu
tr dang gia tôc, ngày càng có nhiêu phép do mang l-i cho chúng ta mot vài manh
môi vê b0n chât c#a nang l23ng tôi dã diêu khien nó. Nh2ng, nh2 Eric Linder và
Saul Perlmutter mô t0, nh<ng tiên bo trong ki thuat quan trac h@a hAn se soi ánh
sáng lên nên vat lí mang tính cách m-ng này trong thap niên tr2Cc mat.
Mot thap niên trc, vu tr dã dc chan doán vi mot ch#ng benh khôc
liet - có kh+ nang còn . vào giai do0n cuôi - vê "nang lng tôi". D6a trên các
quan trac vê sao siêu mi . rât xa, vào dâu nam 1998, hai doi nhà thiên van vat lí dã
công bô kêt luan l0 lùng rang s6 dãn n. cEa vu tr that ra là dang gia tôc - và không
bF cham l0i di s6 +nh h.ng cEa l6c hâp dan nh ngHi ta mong di. Công bô dó
hâu nh nam ngoài niêm tin: de gi+i thích cho s6 gia tôc, kho+ng 75% thành phân
khôi lng-nang lng cEa vu tr ph+i câu thành tP mot sô chât day hâp dan huyên
bí tP trc dên nay cha ai tPng nhìn thây. Chât này, chât se quyêt dFnh sô phan cEa
vu tr, dc dat tên là nang lng tôi.
Vu tr không chE dãn n", mà còn dãn n" vCi tôc do ngày càng nhanh.
Giông nh mot ngHi dVng dâu vi viec chan doán mot can benh de dWa
tính m0ng, cong dông khoa hWc dã tiên trien qua nam giai do0n ph+n #ng vi viec
khám phá ra nang lng tôi: phE nhan, gian dY, mac c+, suy sp tinh thân và châp
nhan. NhH mot sô quan sát doc lap, ngày nay chúng ta biêt nhiêu vê giai do0n th#
nhât . trên.
© hiepkhachquay 2
Dâu tiên, nhYng phép do nên vi sóng vu tr - be b#c x0 vi sóng còn l0i tP
thHi Big Bang - th6c hien hôi nam 2000 b.i các thí nghiem khí câu Boomerang và
MAXIMA, và hôi nam 2003 b.i thí nghiem WMAP, dã doc lap nhau mang l0i s6
Eng ho cho mot vu tr dang gia tôc. Bang ch#ng thêm nYa dên tP Cuoc kh0o sát
bâu trJi Ki thuat sô Sloan, hôi nam 2005 dã do "các gn sóng" trong s6 phân bô
cEa các thiên hà de l0i dâu vêt trong các dao dong âm cEa plasma nguyên thEy
360.000 nam sau Big Bang khi vu tr dã dE l0nh de cho vat chât và b#c x0 tách
riêng ra. Các nhà thiên van cung chông dh bang ch#ng cEa hW cho mot vu tr dang
gia tôc bang nghiên c#u thâu kính hâp dan - cách th#c ánh sáng phát ra tP nhYng
nguôn . xa bF bi cong b.i trHng hâp dan cEa các cm thiên hà khôi lng ln .
dWc dHng. Cuôi cùng, cách tiêp can sao siêu mi nguyên thEy dã t6 m. rong và
cEng cô thêm b.i viec bao gôm nhiêu vat the hVn, do dc chính xác hVn và mot
ph0m vi ln hVn cEa lFch sj vu tr, vi s6 ho tr cEa các kính thiên van trên mat dât
và Kính thiên van vu tr Hubble (xem hình).
Khám phá nang l23ng tôi d23c làm cho có the thc hien d23c nhJ thc tê dáng chú ý là do sáng
dMnh cN c#a sao siêu mCi lo-i Ia - sao dang bùng no - là nh2 nhau cho dù nó " cách bao xa di n<a.
Do dó, sao siêu mCi tác dng giông nh2 mot vat chE thM kho0ng cách chính xác, nhJ dó cho phép
các nhà nghiên c@u tìm hieu dong lc hWc vu tr. Hình trên bieu dien "d2Jng cong ánh sáng" c#a
73 sao siêu mCi - do sáng tang lên t^ kho0ng 18 ngày tr2Cc do sáng cc d-i (d23c dMnh nghia là
ngày 0) và sau dó mJ dân di - theo sô lieu do b"i Cuoc kh0o sát sao siêu mCi. D2Jng cong ánh
sáng giông het bieu hien b"i sao siêu mCi " do lech dd cao, z > 0,589 (màu dd), và do lech dd kém
hin có z < 0,589 (màu xanh).
Cùng vi nhau, nhYng quan trac này dã da các nhà vu tr hWc dên mot b+n
mô t+ vu tr gWi là mô hình tVng thích. Theo b#c tranh này, 75% khôi lng nang
lng vu tr tôn t0i di d0ng mot thành phân gia tôc day hâp dan, bí an, còn 25%
còn l0i có tVng tác hút hâp dan. That ra, da phân trong sô 25% này (kho+ng 5/6)
không ph+i là vat chât thông thHng mà là mot sô chât không biêt nYa - gWi là vat
© hiepkhachquay 3
chât tôi - hút hâp dan bình thHng cho dên nay van cha kêt hp dc vi b#c x0
dien tP. Nói chung, mô hình tVng thích cho thây chúng ta chr hieu dc mot phân
dáng xâu ho chPng 4% thành phân cEa vu tr cEa chúng ta.
Dôi mat vi sô lieu
Cuôi nam 2003, viec phE nhan s6 gia tôc vu tr không còn là mot s6 l6a
chWn nYa. Tuy nhiên, vào lúc dó, s6 thât vWng hoac gian dY mi bat dâu dâng lên.
Giông het nh mot ngHi benh kêu gào lên "t0i sao l0i là tôi, t0i sao l0i là lúc này ?",
nên các nhà vat lí that s6 muôn tìm hieu xem t0i sao vu tr l0i dang gia tôc ch#, và
nhât là t0i sao nó l0i gia tôc vào lúc này. Dây là do các quan sát sao siêu mi không
the cho chúng ta biêt sao siêu mi là cái gì, thì tác dng cEa nó lên viec xé to0c vu
tr ra giông mot cách trêu ngVi vi cái mà ngHi ta mong di nêu nh vu tr thâm
nhuân mot hang sô vu tr lâu nay bF bv rVi cEa Einstein.
Ngay sau khi Einstein công khai lí thuyêt tVng dôi rong cEa ông vào nam
1915 - lí thuyêt mô t+ dong l6c hWc cEa vu tr và s6 tiên hóa cEa vat chât và nang
lng bên trong nó - ông dã da mot hang sô vào trong các phVng trình cEa mình
de trung hòa l6c hút hâp dan cEa vat chât thông thHng. Ông làm diêu này vì ông
muôn lí thuyêt mi cEa mình phù hp vi niêm tin lúc ây rang vu tr là tinh t0i.
Nhng khi ây, vào nam 1929, Edwin Hubble chr ra rang vu tr dang dãn n.,
Einstein buoc ph+i da ra hang sô vu tr ra khvi lí thuyêt tr. l0i. Tuy nhiên, ke tP dó
thì kh+ nang có nang lng day hâp dan van còn tiêm an trong lí thuyêt cEa Einstein.
That kFch tính, mac dù "hang sô vu tr" rôt cuoc là mot nguôn gây ra s6 thât
vWng não nê dôi vi các nhà vat lí, nhng nó cung dc tiên doán b.i nên vat lí cEa
nhYng dôi tng rât nhv: cV hWc lng tj. Lí thuyêt trHng lng tj tiên doán rang
ngay c+ không gian trông rong cung có mat do nang lng do s6 sinh và hEy t6 phát
cEa các h0t sV câp. Tuy nhiên, trên cV s. các h0t mà chúng ta dã biêt là tôn t0i, thì
mat do nang lng chân không theo cV hWc lng tj se ln dên m#c gây lúng túng
gâp 10120 lân so vi giá trF cân thiêt de gi+i thích cho s6 gia tôc vu tr.
Ngoài câu hvi hóc búa xem có mot #ng cj viên t6 nhiên nào nh thê cho
nang lng tôi vào 120 bac do ln là quá ln, thì s6 gia tôc vu tr hình nh chr mi
bat dâu gân dây trong lFch sj vu tr. Có le hang sô vu tr dã vt quá tác dng hâp
dan cEa vat chât t0i mWi thHi diem trong 13,7 tr nam qua, trong thHi gian dó vu tr
dã dãn n. lên gâp 1028 hay ngân ây lân. Cho dên nay nó chr dóng góp hai bac cEa
hai lân dãn n. gân dây - giông nh tr le so le 2 trong 1028 ! NhYng diêu vô lí này
hình nh dVn thuân sap dat de làm cho các nhà khoa hWc diên d0i, hay cho mot lHi
gi+i thích kieu con ngHi trong dó các dFnh luat cEa t6 nhiên vì lí do gì dó liên kêt
vi s6 có mat cEa chúng ta.
Các nhà vat lí chông l0i s6 gian dY vi viec mac c+ rang có le chúng ta
không ph+i dôi phó vi mot hang sô vu tr that s6 mà là mot trHng lng tj biên
thiên diêu chrnh mat do nang lng cEa chân không nh the vu tr dãn n.. Cách lí
gi+i này cung gi dên s6 l0m phát - giai do0n t#c thHi sau Big Bang trong dó vu tr
dãn n. thêm kho+ng có le chPng 1026 lân trong vòng chr 10-33 s. Có kh+ nang do ln
cEa hang sô vu tr do dc là nhv vì vu tr già nua, và có le nguyên nhân t0i sao s6
gia tôc x+y ra rât gân vi thHi hien t0i do vat chât mi tr. nên thông trF b#c x0 và
nhYng câu trúc dam dac khá gân dây thôi.
© hiepkhachquay 4
TP nam 1998, các nhà lí thuyêt dã nghiên c#u mot ph0m vi rong nhYng mô
hình nh thê, ví d gôm nhYng lí thuyêt trHng lng tj mi nh "thuyêt nguyên tô
th# nam" và các m. rong cEa thuyêt tVng dôi rong (xem hình bên di). Tiên bo
ln dã dc th6c hien trong viec sàng lWc ngôi vHn mô hình, nhng van còn dó
mot lùm cây um tùm. Khó khan trong viec l6a chWn trong sô nhiêu dê xuât cho nang
lng tôi - cùng vi th6c tê là da sô phép do chúng ta có the tiên hành thj và tìm
hieu tính chât cEa nó d6a trên nên thiên van vat lí ph#c t0p cEa các vat the xa xôi -
dã mang mot bo phan cong dông vào giai do0n chán n+n.
Nang l23ng tôi - chât ch2a rõ dang làm cho s dãn n" c#a vu tr tang tôc - có the do nh<ng dao
dong l23ng tm c#a chân không, chúng có the d23c xem là "tính co dãn" c#a không gian trông rong.
Viec tìm hieu tr2Jng l23ng tm là tinh t-i hay biên thiên theo thJi gian se mang l-i cho chúng ta
nh<ng manh môi quan trWng vê nguôn gôc c#a nang l23ng tôi. Hang sô vu tr c#a Einstein, vCi nó
các sô lieu hien nay là t2ing thích, giông nh2 mot tr2Jng c#a các lò xo giông het nhau không thay
doi theo thJi gian (hình chèn phía trên), còn "thuyêt nguyên tô th@ nam" thì giông nh2 tr2Jng biên
thiên trong không gian và thJi gian (hình chèn vào phía d2Ci).
Tuy nhiên, nhYng tiên bo d0t dc trong vài nam vPa qua cho thây có the se
có ánh sáng . cuôi dHng hâm. Mot s6 phôi hp cEa các thí nghiem thê he kê tiêp,
lí thuyêt và chVng trình máy tính se sm da các nhà nghiên c#u vào giai do0n
châp nhan, và phân kh.i hVn nYa là s6 hieu biêt và dánh giá dúng b+n chât cEa vu
tr dang gia tôc cEa chúng ta
H"c cách di
Trong 10 nam ke tP khi phát hien ra s6 gia tôc vu tr, các nhà vat lí dã hWc
dc cV s. cEa cách di và nói. Phân nhiêu trong sô này là xác dFnh "phVng trình
tr0ng thái" cho nang lng tôi. Einstein dã chr ra rang ngoài khôi lng, mWi d0ng
nang lng dêu dóng góp cho hâp dan. Dac biet, thuyêt tVng dôi rong tiên doán
rang cHng do cEa l6c hút hâp dan bF chi phôi b.i s6 kêt hp nhât dFnh cEa mat do
nang lng, , và áp suât p, di d0ng: { + 3p. Tuy nhiên, nêu áp suât là âm (nh
© hiepkhachquay 5
khi hai vat phân cách nhau bang các lò xo cuon l0i chang h0n), s6 kêt hp này có
the có giá trF nhv hVn không, nh vay dã chuyen hâp dan tP l6c hút thành l6c day.
Vì thê, các nhà vat lí thHng dFnh nghia phVng trình tr0ng thái di d0ng
w = p/{, trong dó w nhv hVn - 1/3 de gây ra s6 gia tôc vu tr. Hang sô vu tr
Einstein tVng #ng vi w = - 1, vì tình huông trong dó áp suât bang và dôi vi mat
do nang lng là cách duy nhât de thu dc mat do nang lng doc nhât không thay
doi trong không gian và thHi gian, nh Einstein van nghi. Nhng trong no l6c tìm
hieu b+n chât và nguôn gôc cEa nang lng tôi, các nhà nghiên c#u dã tiên xa khvi
nhYng phVng trình tr0ng thái dVn gi+n nhât này và nghiên c#u nhYng giá trF khác
cEa w và nhât là hien nay dang tìm cách hieu các tính chât cEa nang lng tôi là
hàm cEa thHi gian, w(t).
NhH nhYng dY lieu thu thap qua nhYng quan sát trên mat dât và trên không
gian trong mot thap niên vPa qua, chúng ta biêt rang w d0t m#c trung bình trong 7 tr
nam vPa qua - tP khi vu tr có phân nja kích thc hien nay cEa nó - trong vòng
10% hang sô vu tr Einstein, w = -1. ThHi kì gia tôc có le bat dâu kho+ng 5 tr nam
trc, trc dó nang lng tôi còn hiêm nên l6c hâp dan thông trF và làm cham dân
s6 dãn n. cEa vu tr (t#c là s6 gi+m tôc vu tr).
Hieu biêt cEa chúng ta vê viec nang lng tôi that ra phát sinh nh thê nào và
nó có biên thiên theo thHi gian hay không thì khiêm tôn hVn nhiêu lam. Ví d, trc
giH mWi ngHi chúng ta có the kêt luan rang w không biên thiên nhiêu hVn hai lân
trong 7 tr nam vPa qua. Thách th#c hien nay là biên s6 hieu biêt cEa chúng ta vê w
thành phép do chính xác, vi sai sô ch 2%, và biêt nó biên thiên nh thê nào theo
thHi gian dên do chính xác tôt hVn 10%. Khi dó, chúng ta se có nhiêu chr dan hVn
vê nên vat lí mi chi phôi vu tr cEa chúng ta.
Mot phVng pháp thu dc kêt qu+ này là thu thap nhiêu lo0i dY lieu hVn
nYa bang các dng c kh+o sát vu tr tr6c tiêp và dã biêt rõ. De dàng thây viec thu
thap thêm nhiêu lo0i dY lieu hVn so vi hien nay chúng ta có là không dE, chúng ta
cân ph+i quan sát các sao siêu mi và thiên hà nam sâu hVn nYa trong không gian và
nhH dó là nhìn xa hVn nYa ngc dòng thHi gian. Chúng ta cung cân ph+i có the
tách biet rõ ràng hVn nhiêu so vi hien nay nhYng tính chât dích th6c cEa vu tr tP
s6 không hoàn h+o trong nhYng quan sát cEa chúng ta. Chang h0n, mot sao siêu mi
có the xuât hien trc mat chúng ta di d0ng mH tôi vì nó nam . quá xa hoac ánh
sáng cEa nó bF tán x0 b.i bi trong thiên hà nVi nó c trú, và thâu kính hâp dan là vì
s6 làm lu mH hình +nh cEa kính thiên van do bâu khí quyen cEa Trái Dât.
Do nhiêu tính chât cEa nang lng tôi bF hòa lan vi các d0i lng khác,
chang h0n nh mat do vat chât trong vu tr, nên cân thiêt ph+i sj dng nhiêu ki
thuat quan trac khác nhau. HVn nYa, do nang lng tôi vPa +nh h.ng tr6c tiêp lên
các kho+ng cách vu tr vPa +nh h.ng gián tiêp lên s6 phát trien cEa các thiên hà và
các cm thiên hà (vì that khó cho các cm khôi lng phát trien nêu nh không gian
xung quanh chúng bF kéo nhanh ra xa nhau), nên ki thuat bo sung cung có the giúp
tr+ lHi nhYng câu hvi quan trWng vê mùi vF cân thiêt cEa nên vat lí mi. Dây có the
là mot thành phân vat lí mi, ví d nh nang lng trHng lng tj, cái +nh h.ng
dên kho+ng cách vu tr và s6 phát trien thiên hà theo cách giông nhau, hay mot quy
luat vat lí mi m. rong thuyêt hâp dan Eíntein, cái +nh h.ng dên kho+ng cách và
s6 phát trien thiên hà theo kieu khác nhau.
© hiepkhachquay 6
Nêu nhìn vào b+n ghi vêt tích phát hien nên vat lí mi cEa các nhà thiên van,
chúng ta có the thây t0i sao chúng ta cân có nhYng quan sát mi de gi+i quyêt vân
dê. Nan dê cEa thê kr 18 vê chuyen dong cEa các hành tinh nhóm ngoài he Mat TrHi
dã dc gi+i quyêt bang cách thêm mot thành phân vat chât mi - dó là H+i VVng
tinh, phát hien ra nam 1829. Nan dê cEa thê kr 19 vê chuyen dong cEa hành tinh
nhóm trong, ThEy tinh, mat khác, dã da dên s6 m. rong thuyêt hâp dan Newton:
thuyêt tVng dôi rong. Nan dê cEa thê kr 20 vê chuyen dong cEa các sao trong các
thiên hà có kh+ nang se dc gi+i quyêt bang viec khám phá ra mot thành phân
mi - các h0t vat chât tôi, mac dù cho dên nay chúng ta cha hê phát hien ra chúng.
Dôi vi vat chât tôi, hien nay là vân dê câp thiêt nhât trong vu tr hWc, bí an cEa
thành phân mi cùng vi quy luat mi chr có the kêt luan thông qua nhYng nhYng
thí nghiem dc lên kê ho0ch can than.
Chuyen h*ng sang vu tr/ s0 khai
Có bôn ki thuat th6c nghiem chE yêu se cho phép chúng ta soi ánh sáng lên
bí an cEa nang lng tôi. Dâu tiên là tìm nhYng gn sóng trong s6 phân bô cEa các
thiên hà, chúng phát ra trong nhYng dao dong âm hWc cEa vat chât baryon tính (t#c
là vat chât thông thHng) khi nó liên kêt vi b#c x0 nên vu tr trc khi vat chât và
b#c x0 tách riêng ra. Giông nh nhYng chiêc lá (baryon) trôi noi trên mat hô (b#c x0
nên), các gn sóng trong nc dc nhan ra . hình +nh nhYng chiêc lá. Vì chúng ta
chr có the do bc sóng cEa nhYng gn sóng tP hình mau dao dong nhiet do trong
nên vi sóng vu tr, nên chúng ta có the so sánh chúng vi nhYng quan sát vê hình
mau thiên hà trên bâu trHi de xác dFnh kho+ng cách dên nhYng thiên hà này.
Ve tinh Planck là mot trong sô vài d án mCi se soi ánh sáng lên nang l23ng tôi
bang viec nghiên c@u nên vi sóng vu tr.
Do chr có 1/6 toàn bo vat chât là có baryon tính, trong khi phân còn l0i .
trong d0ng th#c có phân tôi hút hâp dan nhng không cap dôi vi ánh sáng (giông
nh dá . trong hô không bF +nh h.ng b.i chuyen dong cEa nc), nên hình +nh
dao dong baryon tính huyên +o hVn nhiêu so vi các thang giáng nhiet do chúng ta
© hiepkhachquay 7
nhìn thây ngay trong nên vi sóng bang các thiêt bF kh+o sát nh WMAP. Tuy nhiên,
nam 2005, Cuoc kh0o sát bâu trJi ki thuat sô Sloan, tiên hành trên dY lieu thu thap
b.i mot chiêc kính thiên van 2,5 m dat . New Mexico nhìn ngc tr. l0i 4 tr nam,
dã phát hien ra các gn sóng baryon yêu. That vay, nh dã nói . phân dâu, th6c tê
hình +nh thiên hà phù hp vi mô hình tVng thích Eng ho cho khám phá ra vu tr
dang gia tôc.
De c+i tiên do chính xác cEa nhYng phép do, bây giH chúng ta cân m. rong
nhYng kh+o sát thiên hà nh thê dên the tích ln hVn nhiêu. Bat dâu vào nam 2009,
Cuoc kh+o sát bâu trHi dao dong baryon dc lên lFch trình bat dâu kh+o sát mot
phân t bâu trHi dên do lech dv z = 0,8, khi vu tr . phân nja tuoi cEa nó hien nay,
cung nh mot lát mvng bâu trHi . kho+ng z = 2,5 khi nó . vào 1/6 tuoi cEa nó hien
nay. (Do lech dv là do s6 tr+i ra cEa ánh sáng khi vu tr dãn n. và nhH dó mang l0i
mot sô do kho+ng cách: z = (obs - 0)/0, trong dó obs là bc sóng cEa ánh sáng
phát hien và 0 là bc sóng cEa ánh sáng khi nó phát ra) Thí nghiem Kính thiên van
nang l23ng tôi Hobby-Eberly (HETDEX) theo kê ho0ch bat dâu quan sát vào nam
2010, se tap trung vào lát mvng th# hai này mot cách chi tiêt hVn.
PhVng pháp dao dong - âm hWc - baryon chE yêu nh0y vi mat do vat chât
cEa vu tr. Dây là vì nhYng phép do nh thê cân mot s6 so sánh giYa kích thc
quan sát thây cEa nhYng gn sóng âm hWc vi kích thc mong di tP nên vi sóng
vu tr, chúng phát ra trong thHi kì khi mà s#c hút hâp dan tP phía vat chât ph+i
chiêm u thê so vi s#c day hâp dan tP nang lng tôi. Tuy nhiên, khi kêt hp vi
nhYng quan sát sao siêu mi, diêu này giY vai trò quan trWng trong viec tách mat do
vat chât khvi các tính chât nang lng tôi.
Ki thuat th# hai xj lí nang lng tôi là nghiên c#u chính nên vi sóng vu tr.
Nhiet do và quy mô không gian cEa các châm nóng và l0nh trong bien b#c x0 dien
tP này mang l0i mot công c tham dò tráng le cEa vu tr nguyên thEy chPng
360.000 nam sau Big Bang. Vì vu tr sV khai ph+i bF vat chât thông trF, vi mot ít
nang lng tôi, nên nên vi sóng ph+n ánh tVng dôi ít tr6c tiêp vê tính chât cEa
nang lng tôi. Nhng, giông nh dao dong âm hWc baryon tính, nó giY mot vai trò
quan trWng trong viec tách riêng ra vai trò cEa mat do vat chât.
Ngoài nhYng dY lieu dang trien khai tP WMAP và nhYng thí nghiem trên
mat dât, mot thê he mi cEa các thí nghiem nên vi sóng vu tr, nh Clover, EBEX,
PolarBear, QUIET và Spider - se xây d6ng t0i sa m0c cao Amataca . Chile hoac
bay trên khí câu - dc mong di mang l0i dY lieu tP nam 2008 dên 2010. NhYng q
này - không tính dên dY lieu tP ve tinh Planck, se dc phóng lên trong nam 2008 -
se cho phép chúng ta do s6 phân c6c cEa b#c x0 vi sóng vu tr và có le cho phép
chúng ta sj dng mot lo0i thâu kính hâp dan yêu, ki thuat th# t dc trình bày .
phân sau, de tim ra nhiêu hVn vê nang lng tôi.
B#c x0 vi sóng vu tr cung mang l0i "ánh sáng ph+n hôi" de phát hien ra các
cm thiên hà qua "cái bóng" cEa chúng khi các photon vi sóng tán x0 khvi các
electron nóng bvng trong lõi thiên hà. Dc gWi là hieu #ng Sunyaev-Zel'dovich,
mot vài nhóm nghiên c#u hi vWng sj dng dc hieu #ng này de do kích thc cEa
các cm thiên hà và do dó kho+ng cách cEa chúng nham nghiên c#u nang lng tôi.
Các thí nghiem nh ACT và APEX-SZ . Chile và Kinh thiên van Nam C6c chr mi
bat dâu ho0t dong thj theo cách tiêp can này.
© hiepkhachquay 8
Tham l3i sao siêu mi
PhVng pháp tr6c tiêp nhât do s6 dãn n. vu tr giông nh ki thuat dã dc
sj dng de phát hien ra nang lng tôi . giai do0n th# nhât: quan sát sao siêu mi
"lo0i Ia" . xa. Dáng chú ý là toàn bo nhYng phép do vê nhYng ngôi sao dang bùng
no này cho thây chúng có cùng do sáng chuan hóa bât châp chúng x+y ra ngày hôm
qua hay 10 tr nam trc dây (do sáng noi t0i cEa chúng có the biên thiên, nhng mot
khi tính dên thHi gian cho ánh sáng cEa chúng d0t c6c d0i và mH dân, thì do sáng
cEa chúng có vi khá chuan). Nh vay, do sáng do dc cEa sao siêu mi - có the
nhìn vào chiêu sâu cEa vu tr - cho chúng ta biêt chúng . cách bao xa.
Viec khám phá ra vu tr dang gia tôc hôi 10 nam trc là d6a trên quan sát
cEa vài tá sao siêu mi, nhng ke tP dó các nhà nghiên c#u dã do dc vài tram và
thu dc mot b#c tranh thô cEa 10 tr nam vPa qua cEa s6 dãn n. vu tr. Tiên bo hVn
nYa trong vu tr hWc sao siêu mi yêu câu nhYng phép do chính xác và chi tiêt hVn
nYa vê kho+ng thHi gian trWn vn này. Viec này giông nh cách ngHi ta xây d6ng
b#c tranh khí hau cEa Trái Dât bang cách nghiên c#u các vân cây, vi các vân rong
hng ti mot nam âm hVn. Nham thu dc b#c tranh khí hau rõ ràng nhât, ngHi
ta không chr cân kh+o sát nhiêu cây hVn mà còn thu thap dE dY lieu tP các lo0i cây
khác nhau trong nhYng môi trHng khác nhau nham mang l0i s6 hieu biêt chính xác
hVn.
Sm dng các phép do vu tr hWc, chúng ta có the lân theo kho0ng cách tang dân gi<a các thiên hà
nh2 mot hàm c#a thJi gian - t@c là bieu dô tiên hóa c#a s dãn n" c#a vu tr ng23c dòng thJi
gian t^ hien t-i (t-i thJi diem 0 và kho0ng cách dat bang 1) hay xuôi dòng thJi gian tính t^ Big
Bang (kho0ng cách bang 0). Kêt h3p nh<ng ki thuat quan trac khác nhau, nh2 sao siêu mCi, thâu
kính yêu và dao dong baryon, cho phép các nhà thiên van lap bieu dô mot ng2Nng rong c#a lMch sm
vu tr và kiem tra kêt qu0 c#a ph2ing pháp này so vCi ph2ing pháp khác nham thu d23c s hieu
biêt rõ ràng hin vê b0n chât c#a vu tr dang gia tôc.
© hiepkhachquay 9
Trong tVng lai trc mat, nhYng kh+o sát ví d nh X2"ng Sao siêu mCi lân
can se nghiên c#u sao siêu mi tP dúng 1 tr nam gân dây nhât chi tiêt mot cách tài
tình, còn Panstarrs bat dâu ho0t dong trong nam 2008 . Hawaii và Cuoc kh0o sát
Nang l23ng tôi vào nam 2010 . Chile se kh+o sát ngc dòng thHi gian kho+ng
chPng 7 tr nam, dù là kém chi tiêt hVn. Tuy nhiên, se khó mà phân biet các mô hình
khác nhau cho nang lng tôi cho dên khi mot thí nghiem kêt hp dc nhYng d0i
lng tôt nhât cEa tPng lo0i kh+o sát: nói cách khác, dó là mot s6 xem xét chi tiêt
cao do tPn sao siêu mi trong toàn bo thHi kì nang lng tôi +nh h.ng dên vu tr.
Dôi vi các nguôn phát . xa, ánh sáng bF lech dv sang bc sóng hông ngo0i gân,
nên mc tiêu này yêu câu mot dài quan sát trên không gian.
Nam 1999, Thiêt bM kh0o sát Sao siêu mCi/Gia tôc (SNAP) dc dê xuât
nham th6c hien mot s6 so sánh "cây vi cây" chi tiêt cho chPng vài ngàn sao siêu
mi dang m. rong trong 10 tr nam qua. NASA và Bo Nang lng Mi dã dông ý tiên
hành S@ menh Nang l23ng tôi chung, và hien nay có thêm ít nhât là hai dê xuât nYa.
Dó là Kính thiên van không gian Nang l23ng tôi (Destinv), thiêt bF se nghiên c#u
sao siêu mi và thâu kính yêu, và Kính thiên van Vat lí Nang l23ng tôi tiên tiên
(ADEPT), se nghiên c#u các dao dong âm hWc baryon và sao siêu mi. C+ hai dêu
dang c0nh tranh quy tài tr vi SNAP, và s# menh thành công sm nhât se là vào
nam 2014.
Vu khí cuôi cùng mà chúng ta có de xj lí nang lng tôi là thâu kính hâp dan
yêu, bao gôm viec do hình +nh uôn cong ánh sáng phát ra b.i nhYng thiên hà . xa
do trHng hâp dan cEa nhYng s6 tap trung khôi lng ví d nh các thiên hà trên
dHng truyên ánh sáng. T.ng tng mot ai dó câm mot thâu kính giYa b0n và mot
b#c tHng phE mot lp giây dán tHng có hoa van, se méo hình se ph thuoc c+ vào
s#c m0nh cEa thâu kính lan kho+ng cách tP nó dên hai mat b0n và b#c tHng. Do dó,
thâu kính yêu kh+o sát nang lng tôi vPa tr6c tiêp thông qua viec kéo cang kho+ng
cách vPa gián tiêp thông qua khôi lng cEa các cm thiên hà, vì s6 dãn n. càng
nhanh thì càng khó cho l6c hâp dan hút vat chât l0i vi nhau. Khi xem xét dông thHi,
nhYng cuoc kh+o sát ln nhât và sâu xa nhât d+m nhan hình +nh trong chPng m6c
kho+ng 1/400 cEa toàn bo bâu trHi, chE yêu tP dY lieu thu thap b.i Kh0o sát Kính
thiên van Canada-Pháp-Hawaii.
NhYng cuoc kh+o sát chPng chc lân ln hVn, dên nhYng chiêu sâu khác
nhau, se dc tiên hành trong vòng vài nam ti b.i Kh0o sát Kilodegree . Chile,
PanStarrs và Kh0o sát Nang l23ng tôi. Kính thiên van Kh0o sát Khái quát LCn
(LSST) mi trên mat dât, bat dâu vào nam 2013 hoac muon hVn, cung dc lên kê
ho0ch kh+o sát phân nja cEa toàn bo bâu trHi, trong khi s# menh SNAP cung bao
hàm mot kh+o sát thâu kính yêu trên không gian có the bao quát kho+ng 1/10 bâu
trHi sâu và vi do phân gi+i cao.
NhYng dY lieu nh thê, nhât là khi phôi hp vi mot kh+o sát kho+ng cách
thuân túy nh kh+o sát sao siêu mi, ph+i có the mang l0i nhYng phép kiem tra
chính xác tính chât cEa nang lng tôi - bao gôm viec làm sáng tv nghi vân chE yêu
xem nang lng tôi là mot thành phân mi cEa vu tr hay là bieu hien cEa nhYng
quy luat mi cEa s6 hâp dan. Dây là do s6 bi cong ánh sáng chp dc b.i thâu
kính hâp dan yêu bF +nh h.ng b.i c+ s6 gia tôc cEa vu tr lan cHng do hâp dan,
trong khi các kho+ng cách sao siêu mi chr ph thuoc vào s6 gia tôc vu tr - bât
châp nó bF chi phôi b.i s6 hâp dan mi hay mot trHng lng tj mi. Chr bang cách
© hiepkhachquay 10
sj dng c+ kh+o sát kho+ng cách nh kh+o sát sao siêu mi và kh+o sát gia tang nh
thâu kính, chúng ta có the tách riêng ra nhYng +nh h.ng này và khám phá ra nguôn
gôc vat lí that s6 cEa câu hvi hêt s#c hóc búa cEa chúng ta, s6 gia tôc vu tr.
T*0ng lai sáng s6a cho nang l*7ng tôi
Trong 10 nam ti, chúng ta có the l0c quan vê nhYng tiên bo trong s6 hieu
biêt cEa chúng ta vê nang lng tôi. NhYng thí nghiem ph#c t0p thê he tiêp theo
dang dc thiêt kê se c+i thien dáng ke do chính xác cEa nhYng phép do nang lng
tôi sj dng nhiêu ki thuat, phân nhiêu trong sô dó bo sung cho nhau và do dó da
chúng ta gân hVn dên viec hieu biêt nhYng tính chât cEa nang lng tôi. Trong thHi
gian 10 nam, chúng ta ph+i có the xác dFnh phVng trình tr0ng thái dên do chính xác
2% và xem nó có biên thiên hVn 10% hay không trong 10 tr nam qua, dông thHi
cung kiem tra xem nên vat lí mi bao hàm mot trHng lng tj mi hay mot lí
thuyêt hâp dan mi.
Mot trong nh<ng khó khan trong viec tìm hieu nguôn gôc c#a nang l23ng tôi là bât kì ki thuat nào
kh0o sát vu tr cung ph0n hôi câu tr0 lJi kêt h3p các m0ng thông tin khác nhau. May thay, nh<ng
ki thuat nhât dMnh có the kêt h3p mang l-i câu tr0 lJi có s@c m-nh hin nhiêu. Khi ve dô thM ph2ing
trình tr-ng thái thông sô cho nang l23ng tôi, w, d-i l23ng do l23ng day "ph0n hâp dan" mà nó có,
theo l23ng vat chât có mat hien nay, M, vat chât câu thành nên phân còn l-i c#a vu tr, chúng ta
có the thây d< lieu hien nay t^ kh0o sát sao siêu mCi (d0i màu xanh d2ing), b@c x- nên vi sóng vu
tr (màu cam), và dao dong âm hWc baryon (màu xanh lá) dêu cho góc khác lên b0n chât c#a nang
l23ng tôi (vùng tô dam hin c#a t^ng màu bieu dien do tin cay thJi gian riêng 68% và vùng tô nh-t
hin là do tin cay 95% và 99%). Khi kêt h3p kêt qu0 t^ c0 ba kh0o sát này l-i, chúng ta có the dot
ngot chú ý vào b0n chât c#a nang l23ng tôi. Kêt qu0 này d23c chE ra bang vùng màu den nhd "
chính gi<a, cho thây rang nang l23ng tôi phù h3p vCi hang sô vu tr Einstein cho b"i w = - 1.
© hiepkhachquay 11
Vi nhYng tiên bo nh thê, chúng ta se có the chac chan chuyen sang giai
do0n châp nhan nên vat lí mi cEa vu tr dang gia tôc cEa chúng ta. Có le chúng ta
se còn nhan dFnh rang nhYng câu hvi hóc búa nh t0i sao nang lng tôi tôn t0i và
t0i sao nó tôn t0i ngay lúc này có nhYng lHi gi+i dVn gi+n boc lo th# gi dó tuyet dp
vê nên vat lí cV s.. Nhng chúng ta cung không nên quên rang linh v6c nang lng
tôi là rât tri, và có le chúng ta se còn có mot thHi kì khám phá lâu dài và dây hào
h#ng . phía trc trc khi nó tr.ng thành.
Viec tìm hieu phVng trình tr0ng thái cho nang lng tôi cung có the dot
ngot làm thay doi s6 hieu biêt cEa vu tr vê sô phan cEa vu tr. Ví d, s6 tang tôc
liên tc se dan ti mot vu tr ngày càng kém dam dac hVn và l0nh leo hVn, vi
dHng chân trHi cEa vu tr nhìn thây tiên gân dên xung quanh ngHi quan sát và
cuôi cùng de l0i cho chúng ta mot vu tr that s6 tôi tam. Nhng s6 hieu biêt tôt hVn
vê nang lng tôi cung làm phát sinh nhYng nghi vân sâu sac khác.
Nêu nh s6 dãn n. tang tôc that s6 là mot cánh cja m. vào nhYng lí thuyêt
hâp dan mi, chang h0n, thì nó có the hé m. nhYng chiêu an giâu cEa không-thHi
gian hay không ? Nang lng tôi có hoàn toàn tôi, tách rHi vi vat chât và các
trHng lng tj khác hay không ? Có the nào phát hien ra s6 co cm nang lng
tôi - mot bo sung cân thiêt cho bât kì s6 biên doi nào cEa nang lng tôi theo thHi
gian - hay không ? Và có hay không mot s6 biên doi có liên quan trong cái chúng ta
cho là nhYng hang sô, ví d nh hang sô hâp dan Newton hay khôi lng cEa
electron ?
Tiêp theo câu tr+ lHi cho nhYng câu hvi nan gi+i dó vê b+n chât cEa vu tr
cEa chúng ta dòi hvi lí thuyêt, mô phvng và các quan sát liên tc phôi hp vi nhau.
Trong cuoc truy lùng nang lng tôi, chúng ta se không the tránh khvi và hài lòng
thu thap dY lieu và dông thHi phát trien s6 hieu biêt vê vu tr thiên van vat lí quen
thuoc hVn: các sao, thiên hà, cm thiên hà, b#c x0 nên vu tr, neutrino và nhYng
khám phá dên nay van cha t.ng tng ra. Con dHng phía trc dang thách th#c.
Nhng các nhà vu tr có nhYng ý t.ng rõ ràng trong viec th6c thi nhYng kh+o sát
c+i tiên nham tiêp tc s6 tiên bo dáng chú ý trong cuoc cách m0ng vat lí cEa vu tr
dang tang tôc.
Nghiên c8u sao siêu mi
Bang cách do s6 dãn n. cEa vu tr sj dng các sao dang bùng no - sao siêu
mi - làm vat chr thF kho+ng cách, các nhà khoa hWc hi vWng tr+ lHi dc cho mot
sô câu hvi cV b+n nhât cEa s6 tôn t0i, ví d nh vu tr có vô h0n hay không, nó có
tiêp tc dãn n. mãi mã hay không, hay l6c hâp dan se có làm cham s6 dãn n. sao
cho vu tr cuôi cùng se bat dâu co tr. l0i và sau cùng se kêt thúc trong mot v "co
l0i ln" hay không. Sao siêu mi có ích vê phVng dien này vì chúng sáng dên m#c
chúng có the dc nhìn thây tP trên Trái Dât này, cho dù là ánh sáng cEa chúng dã
truyên di 10 tr nam trc khi ch0m ti chúng ta. HVn nYa, có mot hW sao siêu mi
nhât dFnh - gWi là lo0i Ia - mà tât c+ dêu tva sáng dên giá trF c6c d0i nh nhau trc
khi bat dâu lu mH di. Vì chúng ta biêt tôc do ánh sáng, nên chúng ta có the tính
dc bao lâu trc dây nhYng v no này x+y ra dVn gi+n bang cách do c6c d0i do
sáng bieu kiên cEa sao siêu mi ngày nay.
Cái các nhà khoa hWc cân nghi ti là sao siêu mi vi nhiêu do sáng bieu
kiên, nói cách khác, nhYng sao này nam . nhYng kho+ng cách khác nhau tính tP
© hiepkhachquay 12
Trái Dât. Sao siêu mi chE yêu phát ra ánh sáng xanh bc sóng ngan bF kéo cang
thành nhYng bc sóng dài hVn, dv hVn khi vu tr dãn n.. Bang cách do kích thc
cEa s6 "lech dv" này, ngHi ta có the xác dFnh kích thc cEa vu tr khi v no x+y
ra tVng dôi so vi kích thc cEa nó ngày nay. Cho dù là các nhà thiên van Walter
Baade và Fritz Zwicky dã dê xuât hôi thap niên 1930 rang mot phép do nh thê có
the th6c hien dc, nhng sao siêu mi . bât kì do lech dv cho trc có nhiêu do
sáng that s6, có nghia là ý t.ng dó héo mòn dân cho dên giYa thap niên 1980 khi
sao siêu mi lo0i Ia dông dêu hVn dc nhan ra. NhYng tiên bo trong ki thuat tính
toán và công nghe camera cung giúp làm tái sinh cách tiêp can này: nhYng camera
mi nhât không chr nh0y hVn nhiêu so vi các tâm phim chp, mà còn là ki thuat sô,
nghia là hình +nh cEa chúng có the de dàng phân tích bang máy tính. Dac biet,
ngHi ta có the tìm kiêm sao siêu mi bang cách quét qua các thiên hà trong mot
dêm.
Sao siêu mCi, ví d nh2 các sao này chp b"i Kính thiên van vu tr Hubble, sáng nh2 các thiên hà
và d23c rong rãi de do m@c do nhanh mà vu tr dang dãn n".
Dau vay, vân dê không dc sáng tv mãi cho dên cuôi thap niên 1980 thì sao
siêu mi rât xa mi dc tìm thây và nghiên c#u khi tiên hành tìm kiêm sao siêu
mi. That vay, mot doi nhà thiên van . Dan M0ch, d#ng dâu là Hans Nørgaard-
Nielsen, dã tiên hành mot cuoc truy lùng khong lô tìm sao siêu mi tP nam 1986
dên 1988 mang l0i chr mot sao siêu mi lo0i Ia xa xôi; te hVn nYa, nó dã . vào giai
do0n lu mH, do sáng c6c d0i cEa nó dã qua.
Mot thap niên no l6c là cân thiêt de làm r0n ra vân dê, bao gôm nhYng ki
thuat mi tìm kiêm và nghiên c#u toàn bo các nhánh cEa sao siêu mi lo0i Ia trc
khi chúng d0t dên do sáng c6c d0i cEa chúng. Trong các thuyêt trình t0i các hoi nghF
khoa hWc vào dâu nam 1998 và qua nhYng bài báo công bô vào cuôi nam dó, hai doi
nghiên c#u - doi Tìm kiêm Sao siêu mCi Z cao d#ng dâu là Brian Schmidt dên tP
trHng d0i hWc quôc gia Australia và D án Vu tr hWc Sao siêu mCi d#ng dâu là
mot trong hai tác gi+ cEa bài viêt này (SP) - dã da ra nhYng kêt qu+ rât bât ngH.
Mac dù hW dã cô gang do m#c do s6 dãn n. vu tr cham dân, nhng c+ hai doi
nghiên c#u dêu tìm thây s6 dãn n. vu tr dang nhanh lên. De thây sao siêu mi bF
lech dv mot lng nhât dFnh, c+ hai doi dêu thây cân ph+i nhìn vào nhYng sao siêu
mi mH nh0t hVn và . xa hVn so vi mong di. Nói cách khác, vu tr hien nay dang
dãn n. nhanh hVn so vi trong quá kh#.
© hiepkhachquay 13
Hien nay, dã mot thap niên trôi qua, các nhà khoa hWc van không có ý kiên
t0i sao s6 dãn n. vu tr l0i dang tang tôc. Có le nó là mot dâu hieu cho thây thuyêt
tVng dôi rong cEa Einstein se ph+i dc xét l0i. Nhng nêu s6 gia tôc là do cái gWi
là nang lng tôi, thì chúng ta còn l0i mot vân dê khó khan không kém - c the là
gân nh ba phân t vat chât trong vu tr câu thành tP th# mà chúng ta chang biêt gì
c+.
Nang l*7ng tôi
• Phát hien ra 10 nam trc dây tP nhYng quan sát sao siêu mi do hai
doi quôc tê doc lap th6c hien, s6 gia tôc vu tr là mot trong nhYng
khám phá noi bat nhât trong vu tr hWc.
• Dong l6c chi phôi s6 tang tôc vu tr thHng dc gán cho "nang
lng tôi" - mot chât không biêt, day hâp dan và câu thành dên 75%
thành phân khôi lng-nang lng cEa vu tr.
• DY lieu hien nay cho thây nang lng tôi có the là mot sô lo0i "hang
sô vu tr", do Einstein dê xuât lân dâu tiên vào nam 1917 và có mot
cách gi+i thích cV lng tj là nang lng chân không.
• Nghi vân chE yêu mà các nhà nghiên c#u ngày nay dôi mat là nang
lng that s6 là mot hang sô vu tr hay mot th# gì dó khác còn l0
lùng hVn. Gi+i quyêt bài toán này bao gôm viec do phVng trình
thông sô tr0ng thái, w, chính xác hVn nhiêu nYa.
• NhYng phép do chính xác hVn cEa sao siêu mi, các dao dong âm hWc
baryon tính, nên vi sóng vu tr và thâu kính hâp dan yêu se giúp tr+
lHi câu hvi này trong thap niên ti.
• Nang lng tôi cuôi cùng có the de l0i cho vu tr cEa chúng ta toàn
bo s6 tôi tam b.i viec làm cho các vat the lùi xa khvi Trái Dât ngày
càng nhanh hVn nYa cho dên khi chùng mH khuât tâm nhìn.
D"c thêm vê nang l*7ng tôi
R R Caldwell 2004 Dark energy Physics World May pp37-42
R R Caldwell and P J Steinhardt 2000 Quintessence Physics World November pp31-37
E V Linder 2007 Resource letter on dark energy and the accelerating universe
arXiv:0705.4102v1 Am. J. Phys. at press
S Perlmutter 2003 Supernovae, dark energy, and the accelerating universe Physics Today
April pp53-60
A G Riess and M S Turner 2004 From slowdown to speedup Sci. Am. 290 62-67
Hâp dan và vu tr dang gia tôc:
www.teachersdomain.org/resources/phy03/sci/ess/eiu/expand
Universe Adventure: UniverseAdventure.org
Tác gi+: Eric Linde và Saul Perlmutter hien dang làm viec t0i trHng d0i
hWc California . Berkeley, Mi.
Nguyên b+n: Dark energy: the decade ahead (Physics World, tháng 12/2007)
hiepkhachquay dMch
An Minh, ngày 05/12/2007, 21:29:15
© hiepkhachquay 14
MOT TDNG LAI DEN TÔI CHO VU TRH HIC
Lawrence M Krauss
Cho dù vCi nhiêu quan sát dã d23c lên kê ho-ch trong thap niên tCi, nh2ng
có mot s may r#i that s chúng ta se không bao giJ hieu d23c b0n chât dích thc
c#a nang l23ng tôi, nh2 Lawrence M Krauss trình bày sau dây.
Khám phá hôi 10 trc dây rang s6 dãn n. vu tr dang tang tôc, ng ý rang
da phân vu tr câu thành tP mot chât day hâp dan gWi là nang lng tôi, là mot trong
nhYng quan sát noi bat nhât trong linh v6c vu tr hWc. Mot vài nhà lí thuyêt cEa
chúng ta hôi vài ba nam trc dây dã that s6 tranh cãi rang mot th# gì dó giông nh
nang lng tôi ph+i tôn t0i - nguyên do là mot chât nh thê có the gi+i quyêt s6 mâu
thuan, ví d, trong nhYng phép do cEa s6 tong hp h0t nhân Big Bang và tuoi cEa
vu tr. Nhng quan sát tr6c tiêp cEa s6 gia tôc vu tr thông qua nhYng phép do sao
siêu mi . xa ch#ng minh cho toàn bo cong dông rang hieu biêt cEa chúng ta vê s6
tiên hóa cEa vu tr cân ph+i d0i tu l0i.
Các phép do có le không bao giJ tiêt lo vat chât tôi có the gi0i thích
d23c hay không bang mot hang sô vu tr.
Chúng ta không hê có bât c# lHi gi+i thích nào cho mat do do dc cEa nang
lng tôi d6a trên các lí thuyêt cV s. cEa chúng ta vê vat lí h0t cV b+n. Vì nhYng
diêu kien ban dâu cEa vu tr có le dc xác dFnh b.i nhYng quy luat cV s. nh thê,
nên viec tìm hieu xem nang lng tôi là cái gì chac chan se buoc chúng ta ph+i nghi
vân s6 hieu biêt cEa mình vê nhYng thHi khac sm nhât cEa Big Bang. Dây là
nguyên nhân vì sao ngHi ta l0i quá hào h#ng vi viec cô gang và gi+i quyêt bí an
cEa nguôn gôc lan b+n chât cEa lo0i nang lng kì l0 này, th# nang lng hình nh
thâm dam không gian trông rong.
Tuy nhiên, vân dê là . cho rât có kh+ nang nhYng quan sát tVng lai - bF h0n
chê b.i c+ sai sô th6c nghiem và thiêu s6 chr dan lí thuyêt vê th# tìm kiêm - se rWi
chút ít ánh sáng mi lên nhYng nghi vân hêt s#c quan trWng này. Thay vì vay, có le
chúng ta cân nhYng ý t.ng lí thuyêt mi de gi+i quyêt b+n chât cEa nang lng tôi,
và chúng thHng khí xuât hien hVn nhYng quan sát mi.
© hiepkhachquay 15
SJ tiên doán ng*7c dKi
Mac dù chúng ta không có mot lí thuyêt cho phép mình tiên doán giá trF quan
sát dc cEa mat do cEa nang lng tôi, nhng chúng ta that s6 có mot #ng cj viên
tiêm nang cho nguôn gôc cEa nó: hang sô vu tr hWc. Do Einstein dê xuât vào nam
1917 là mot thuat ngY bo sung trong nhYng phVng trình thuyêt tVng dôi rong cEa
ông làm cho vu tr có the tinh t0i và vinh hang (mot s6 khôn ngoan thFnh hành thHi
dó), hang sô vu tr là mot lo0i "ph+n hâp dan" tràn ngap toàn bo không gian.
Tuy nhiên, ke tP thap niên 1960, mot thuat ngY hang sô nh thê dã có tr cot
lí thuyêt khác. CV hWc lng tj, cùng vi thuyêt tVng dôi, ng ý rang không gian
trông rong tràn dây mot mi hoang d0i các h0t +o t0t dên và biên mât nhanh dên m#c
chúng ta không the tr6c tiêp phát hien ra chúng dc. Tuy nhiên, nhYng h0t này de
l0i vêt tích có the do dc lên mWi th# tP kho+ng cách giYa các m#c nang lng
nguyên tj cho dên l6c Casimir day các tâm kim lo0i mang l0i rât gân nhau.
NgHi ta có the trông di nhYng h0t +o này dóng góp nang lng cho không
gian trông rong, thu dc d0ng th#c giông het hang sô vu tr nguyên b+n cEa
Einstein dã da dên l6c day vu tr và do dó là mot vu tr dang gia tôc. D0ng "nang
lng chân không" này có tính day hâp dan vì nó có áp suât âm bang và ngc dâu
do ln vi mat do nang lng cEa nó. Nói cách khác, tr sô áp suât trên mat do nang
lng - gWi là "phVng trình tr0ng thái" thông sô, w - có giá trF - 1.
Mot s6 gi+i thích cV b+n, vi mô nh thê cho nang lng tôi dúng là cái các
nhà vu tr hWc dang tìm kiêm. Nhng có mot cái bay gài ln: khi chúng ta no l6c
c tính do ln cEa nang lng chân không d6a trên s6 hieu biêt hien nay cEa
chúng ta vê vat lí h0t cV b+n, chúng ta thu dc mot giá trF ln hVn 120 bac so vi
giá trF do dc! Diêu này có nghia là nêu nh nang lng tôi tVng #ng vi mot
hang sô vu tr phát sinh tP nang lng chân không khác không, thì có cái gì dó vê
cV b+n là sai lâm vi s6 hieu biêt cEa chúng ta vê nên vat lí h0t. Mat khác, nguôn
nang lng tôi có le chr nh0y l0i hang sô vu tr . thHi hien t0i, và có le nó là mot cái
gì dó ph#c t0p hVn là biên thiên nh mot hàm cEa thHi gian. That vay, có the mot
nguôn nang lng tôi nh thê se biên mât hoàn toàn vào mot lúc nào dó trong tVng
lai, diêu dó có the ng ý rang nang lng chân không cV b+n cEa t6 nhiên chính xác
là bang không. Khi dó, chúng ta có the hieu mot giá trF nh thê, có le, là do mot sô
dôi x#ng mi cEa t6 nhiên triet tiêu chính xác hêt dóng góp cEa tât c+ các h0t +o.
Nhng vân dê là . cho dó. Cách duy nhât chúng ta có the xác dFnh tP các
quan sát rang nang lng tôi không ph+i là mot hang sô vu tr là bang cách nào dó
do phVng trình tr0ng thái thông sô, w, cEa nó, và tìm thây nó không, hay dã tPng
không, bang - 1. Nêu giá trF do dc không the phân biet vi - 1 trong sai sô th6c
nghiem, thì chúng ta không biêt diêu gì hêt vì nang lng tôi có the là mot hang sô
vu tr hay mot th# gì khác kém kì l0 hVn (hoac kì l0 hVn) hành xj rât giông vi nó.
NhYng thách th#c quan sát trong viec phân biet giYa nhYng kFch b+n này dang hêt
s#c thoái chí.
Thách th8c quan sát
DY lieu hien có cho thây - 1,2 < w < - 0,8, w rât gân vi giá trF hang sô vu tr
- 1. Nhng vì không hê có th# lí thuyêt nào chr dan chúng ta biêt w hóa ra có không
bang -1 hay không, hoac là hien nay hoac là sm hVn trong lFch sj vu tr, chúng ta
© hiepkhachquay 16
buoc ph+i cho phép kh+ nang w biên thiên tùy tien theo thHi gian. Khi sai sô lí
thuyêt này kêt hp vi sai sô he thông kh+ di cEa quan sát - ví d do nhYng khó
khan trong viec xác dFnh do sáng tuyet dôi cEa sao siêu mi - se that khó nói
phVng trình tr0ng thái cEa nang lng tôi có that s6 bF lech khvi -1 hay không vào
bât c# thHi diem nào trong quá kh#.
Hôi dâu nam nay, tôi cùng vi Dragan Huterer . trHng d0i hWc Chicago và
Kate Jones-Smith thuoc trHng d0i hWc Case Western Reserve, tính dc rang cho
dù là quan sát 3000 sao siêu mi dc th6c hien vi do chính xác phép do tôt hVn
chút xíu thôi so vi do chính xác dã có trc nay, thì s6 ràng buoc trên giá trF do có
the c+i thien nhiêu nhât là 2 lân mot khi sai sô lí thuyêt . w dc hp nhât vào. Nói
cách khác, - 1,1 < w < - 0,9.
Nhng, vì mc dích lap luan, chúng ta hãy nói rang giá trF that s6 cEa
phVng trình tr0ng thái thông sô là w = - 0,96. Khi dó, cho dù chúng ta có kh+ nang
c+i thien sai sô hien có . w lên 10 lân bang nhYng ki thuat dc dê xuât ngoài viec
dVn gi+n do sao siêu mi . xa, giá trF w = - 1 se chr là hai do lech chuan khvi giá trF
phù hp nhât (không the tVng #ng vi w = - 0,96). That không may, nhYng kho+ng
thHi gian riêng nh thê thHng xuât hien trong vat lí và, trong khi gi ý, không dE
de khang dFnh là mot khám phá.
Diêu này không có nghia là chúng ta se ph+i tP bv các no l6c do w. Nó chr có
nghia là nhà quan sát se ph+i làm viec rât vât v+ de làm gi+m sai sô he thông, ví d,
trong nhYng phép do sao siêu mi xuông di m#c hien nay. Và dau cho các nhà
th6c nghiem làm chE dc mot kì công nh thê, thì chúng ta ph+i sông ph+i kh+
nang rõ ràng rang viec mang dên s6 tiên bo to ln - t#c là tr+ lHi dc câu hvi nang
lng tôi là mot hang sô vu tr hay là mot cái gì khác - có kh+ nang nam ngoài tâm
vi th6c nghiem cEa chúng ta.
Mot thKi diem rât dac biet
Nêu nh chúng ta không the tr+ lHi câu
hvi này, thì kh+ nang chúng ta làm chE các mô
hình trong nên vat lí h0t cV b+n se bF h0n chê vì
chúng ta không biêt nang lng tôi là do nang
lng chân không hay mot th# gì khác. Nhng
s6 mù tFt nh thê cung se làm cho khó mà doán
dc tVng lai lâu dài cEa vu tr. That vay, nêu
nang lng tôi that s6 là mot hang sô vu tr, thì
các nhà khoa hWc cách nay 100 tr hay ngân ây
nam se dêu mât hêt bang ch#ng rang chúng ta
dang sông trong mot vu tr dang dãn n. bF
nang lng tôi thông trF. Dây là do khi dó s6
gia tôc vu tr se làm cho các thiên hà và sao
siêu mi xa xôi lùi xa nhau . tôc do ln hVn
tôc do ánh sáng, vì thê da nhYng vat chr thF
này cEa dong l6c hWc vu tr mãi mãi ra khvi
tâm nhìn.
Do dó, dHng nh chúng ta dang sông trong mot thHi khac rât dac biet, ây là
thHi gian duy nhât trong lFch sj vu tr chúng ta that s6 có the suy luan ra s6 tôn t0i
Lawrence M.Krauss
© hiepkhachquay 17
cEa chính nang lng tôi. Vì thê, có le chúng ta không nên c+m thây quá tôi te nêu
nh quan sát trong nhYng thap niên sap ti không cho phép chúng ta gi+i mã bí an
nguôn gôc và b+n chât cEa nang lng tôi. Sau hêt th+y, thHng thHng thì chính
các bí an dã giY các nhà khoa hWc tiên lên, tiêp thêm sinh l6c cho các nhà lí thuyêt
tiêp tc gi+i thích vê b+n chât tôi hau cEa th6c t0i và thúc day các nhà quan sát tìm
kiêm nhYng công c mi de kh+o sát nó.
Tác gi+: Lawrence M.Krauss, Giám dôc Trung tâm Giáo dc và Nghiên
c@u Vu tr hWc và Thiên van vat lí t0i trHng d0i hWc Case Western Reserve, Mi.
Cuôn sách mi dây nhât cEa ông viêt vê nang lng tôi là Hiding in the Mirror.
Nguyên b+n: A dark future for cosmology (Physics World, tháng 12/2007)
hiepkhachquay dMch
An Minh, ngày 06/12/2007, 22:12:21
© hiepkhachquay 18
NANG LNG TÔI
Robert P Crease
Cuoc dôi dâu gi<a hai doi nhà khoa hWc phát hien ra s dãn n" c#a vu tr
dang tang tôc cho thây that khó nh2 thê nào viec công nhan mot thành tu khoa hWc
thuoc vê ai - nhât là khi gi0i Nobel có the d23c trao vào mot ngày nào dó, nh2
Robert P Crease gi0i thích.
Khám phá cEa hai doi nhà khoa hWc doc lap cách nay mot thap niên rang s6
dãn n. cEa vu tr dang tang tôc là mot trong nhYng s6 kien quan trWng nhât trong
linh v6c vu tr hWc nhYng nam gân dây. B+n niên d0i c0nh tranh giYa hai doi - và
vai trò mà các dôi thE giY trong nhYng s6 kien tiêp theo - minh hWa cho nhYng s6
nhap nhang chE yêu trong nét dac trng cEa tiên bo khoa hWc, bao gôm b+n chât cEa
khám phá, cách th#c các thông cáo dc th6c hien và khó khan trong viec công
nhan thành t6u.
ThJc hien khám phá
Câu chuyen khám phá ra vu tr dang tang tôc bat dâu vào nam 1987 khi các
nhà vat lí t0i trHng d0i hWc quôc gia Lawrence Berkeley và trHng d0i hWc
California . Berkeley kh.i dong D6 án Vu tr hWc Sao siêu mi san tìm nhYng ngôi
sao dang bùng no . xa nhât dFnh, gWi là sao siêu mi lo0i Ia. HW hi vWng sj dng
các sao này de tính ra, trong sô nhYng th# khác, tôc do cham dân di cEa s6 dãn n.
cEa vu tr. S6 gi+m tôc dc ngHi ta trông di vì trong s6 vang mat cEa cái mà
Einstein gWi là hang sô hâp dan - mot l6c ph+n hâp dan, , day vat chât ra xa
nhau - nhiêu ngHi nghi rang M, lng vat chât quan sát thây trong vu tr ngày
nay là mot phân cEa mat do ti h0n, là dE de làm cham l0i mãi mãi s6 dãn n. vu tr,
nêu nh không mang nó dên mot s6 dPng l0i sau cùng.
Viec quyêt dMnh ai là ng2Ji nhan d23c vinh
quang là ng2Ji dâu tiên thc hien mot khám
phá khoa hWc không ph0i lúc nào cung de
dàng.
© hiepkhachquay 19
Saul Perlmutter, ngHi nghiên c#u vê các phVng pháp t6 dong hóa viec tìm
kiêm sao siêu mi lân can là mot phân cEa luan án tiên si cEa ông, cuôi cùng tr.
thành lãnh d0o cEa doi nghiên c#u. Trong các dông s6 cEa ông có Gerson
Goldhaber, mot nhà vat lí khác khá thông th0o các ki thuat ghi +nh vat lí h0t. Viec
nhan ra các sao siêu mi phù du - xuât hien bât ngH và rôi li mât vài tuân sau dó -
là c6c kì khó khan. That vay, cung kho+ng thHi gian dó, các nhà nghiên c#u . Dan
M0ch, d#ng dâu là Hans Nørgaard-Nielsen dã mât hai nam tích c6c tìm kiêm sao
siêu mi lo0i Ia . xa nhng hW chr làm chE dc mot sao siêu mi duy nhât, 1988u.
HVn nYa, các sao siêu mi dã qua vài tuân sau do sáng c6c d0i ti h0n cEa nó dc
dùng de dFnh ch sao siêu mi - và vì thê không the dùng cho lo0i phép do mong
muôn. Mot cách doc lap, doi SCP, khi dó dã dêm dc gân nja tá nhng các sao
trong sô dó biên thiên theo nam tháng, dã phát trien mot sô phVng pháp th6c
nghiem mi khac phc thj thách và d6 án cEa doi dang tiên trien. Trong sô này có
mot camera trHng rong mi có the quan sát nhYng thiên hà . rât xa chr trong mot
dêm.
Không giông nh các nhà nghiên c#u ngHi Dan M0ch, doi SCP tìm kiêm
sao siêu mi bang phVng pháp "hai lân tham", gôm viec ghi +nh cùng mot khu v6c
cEa bâu trHi hai lân giYa hai chu kì trang mi. Quan sát th# hai dc thiêt kê nham
khám phá mot nhánh #ng cj viên sao siêu mi vPa tva sáng không có mat trong
quan sát th# nhât; sau dó doi nghiên c#u có the lên lFch trình tiêp theo trên nhYng
kính thiên van khác nham do nhYng sao siêu mi này mot cách chi tiêt. Các nhà
khoa hWc SCP cung da ra nhYng cách tân khác. Ví d, trong khi da sô nhà thiên
van sj dng bac do ln lôga cho do sáng, thì doi SCP sj dng các dVn vF th6c s6
cEa thông lng và nang lng trong sô lieu thông kê cEa hW. Doi cung nghi ra
phVng pháp c+i tiên "hieu chrnh K" cho sao siêu mi, trong dó các bo lWc khác
nhau dc sj dng de bat ánh sáng lech dv và lech xanh. PhVng pháp này thrnh
tho+ng dc dùng trong quá kh# de nghiên c#u các thiên hà, nhng bây giH nó
dc châp nhan b.i tât c+ các doi nghiên c#u sao siêu mi.
Ban dâu, các thành viên cEa doi SCP, là nhYng ngHi tVng dôi mi mi, dã
vâp ph+i, trong thê gii thiên van c0nh tranh khôc liet, viec d+m b+o thHi gian liên
tc . nhYng chiêc kính thiên van hàng dâu quá t+i nh Dài quan sát Cerro Tololo .
Chile. Doi nghiên c#u dã mât vài nam hieu chrnh can than phVng pháp cEa mình,
vat lon vi nhYng dt thHi tiêt xâu và tr. ng0i tP phía Ey ban diêu phôi chVng trình
trc viec dành thHi gian kính thiên van cho mot ki thuat cha dc ch#ng minh.
Trong nhYng phép do quang pho hWc sau dó, doi nghiên c#u dã tìm kiêm và nhan
dc s6 ho tr tP phía các nhà thiên van vi nhYng chVng trình dã dc phê chuan.
Nam 1992, cuôi cùng các nhà nghiên c#u dã tìm thây mot sao siêu mi - 1992bi -
sao siêu mi xa nhât tPng dc phát hien lúc dó, và công bô mot bài báo. Nó tr.
thành ân pham dâu tiên vê mot sao siêu mi . xa tPng dc phát hien dE sm de do
dc do sáng c6c d0i cEa nó.
Nhng không ph+i thành công ngay t#c thHi. NgHi ph+n bien cEa nó, nhà
thiên van vat lí Harvard Robert Kirshner, cho rang ông dã nhìn thây nhYng thiêu sót
mang tính khái niem trong bài báo dó. Trong sô nhYng th# khác, ông không dông ý
vi phVng pháp xj lí bi cEa doi SCP. (Bi làm cho sao siêu mi có vi mH di và
do dó trông xa hVn trên th6c tê và có kh+ nang bóp méo các kêt luan vê vu tr hWc)
Bài báo cEa doi SCP (Astrophys. J. 440 L41) không dc xuât b+n mãi cho dên nam
© hiepkhachquay 20
1995, khi doi nghiên c#u cuôi cùng thuyêt phc dc nhà ph+n bien thâm niên noi
tiêng th# hai, Allan Sandage, rang ki thuat cEa doi, bao gôm viec xj lí hieu chrnh K
mi l0 và không theo chuan, là dáng tin cay và ông cho phép doi nghiên c#u không
ph+i lo lang vê bi vào lúc này.
Nam 1995, nhóm SCP dã da ra dêu dan các #ng cj viên sao siêu mi, tìm
thây và dã do b+y, và ch#ng minh dVc s6 tho+i mái và tính hieu qu+ cEa phVng
pháp. Brian Schmidt (mot c6u hWc trò cEa Krishner) dã chú ý, hieu rõ giá trF nhYng
khó khan mà doi SCP vng ph+i vi bi, cho rang có nhYng cách xj lí nó tôt hVn
cách doi SCP dã sj dng, và dã tuyen thêm vài nhà thiên van khác, thành lap mot
doi hp tác nYa, gWi là Doi Tìm kiêm Sao siêu mCi Z cao. "Liên tc không yên vi
vân dê bi", Schmidt nói vi tôi, "hVn hêt th+y, da dên viec thành lap doi Z cao".
Schmidt cung viêt rang doi cung sj dng "s6 tinh thông trong viec hieu biêt và do
d0c sao siêu mi làm li thê c0nh tranh [cEa mình]", nhât là dôi vi nghi vân bi dòi
hvi ph+i tinh tê. NhYng thành viên chr d0o khác bao gôm Nicholas Suntzeff, khi dó
. Cerro Tololo, Kirshner và c6u hWc trò cEa ông là Adam Riess, ngHi dã nghiên
c#u bi giYa các sao trong luan án tiên si cEa ông. Alex Filippenko, mot chuyên gia
quôc tê vê phân tích pho sao siêu mi, sm bv nhóm SCP sang gia nhap doi Z cao.
Các nhà thiên van Z cao nhanh chóng tìm dc thHi gian trên kính thiên van Cerro
Tololo. Tuy nhiên, doi Z cao van bF bv l0i dang sau, và Krishner tham chí còn t6 hvi
không biêt nó có quá muon so vi các nhà nghiên c#u SCP.
Nhng nhYng dôi thE cEa nó không chú tâm dên. Nh Goldhaber nhan dFnh
"Bâu trHi là mot nVi to ln".
Doi SCP công bô mot bài báo mô t+ ki thuat cEa mình và sô lieu trên lo0t dâu
tiên trong sô 7 sao siêu mi (1997 Astrophys. J. 483 565). Do vat the nhv nên dY
lieu có thanh sai sô ln. Nó hng ti mot giá trF M trong vu tr là 0,88. giá trF
mat, con sô này gân mot cách trêu ngVi vi mot mô hình lí thuyêt tVng dôi dVn
gi+n, thFnh hành khi dó, trong dó M = 1, cho thây rang vu tr dang . trên lhi
ng0nh cEa s6 co tr. l0i. Các nhà nghiên c#u cung biêt rang con dHng dan dên câu
tr+ lHi cuôi cùng nam . cho yêu câu nhiêu tap hp thông kê hVn, và lu ý trong bài
báo cEa hW rang 18 sao siêu mi khác dang dc do. "L0i mot lân nYa, phép phân
tích tap hp sao siêu mi lech dv cao tiêp theo cEa chúng tôi se kiem tra và sàng lWc
nhYng kêt qu+ này", bài báo kêt luan.
Doi SCP sm da thêm nhiêu sao siêu mi vào trong phân tích cEa mình,
trong dó có 1997ap, sao siêu mi . xa nhât tPng dc phát hien. Vì 1997ap nam
quá xa ngoài không gian và de dàng do bang Kính thiên van vu tr Hubble, nên nó
+nh h.ng m0nh me lên phép phân tích. Khi doi SCP hp nhât nó vào trong bài báo
xuât b+n tháng 1/1998 (Nature 391 51), sô lieu dê xuât giá trF cho M nhv hVn 0,88.
Nh bài bình luan có liên quan trong sô báo dó cEa tH Nature dã lu ý, mot giá trF
nh thê ng ý s6 tôn t0i cEa mot hang sô vu tr, nêu nh lí thuyêt l0m phát chuan
cEa s6 khai sinh ra vu tr là chính xác. Vào ngày 7/10/1997 - mot tuân sau khi doi
SCP công bô bài báo Nature cEa mình - doi Z cao doc lap công bô bài báo dâu tiên
cEa hW, tác gi+ d#ng dâu là Peter Garnavich. Bài báo dó, xuât b+n trong tháng
2/1998 trên tH Astrophysical Journal (493 L53), cung mang l0i mot giá trF thâp cho
M
© hiepkhachquay 21
Nhà lãnh d-o doi Z cao Brian Schmidt
(hình trên cùng, bên trái) bat tay vCi
nhà lãnh d-o nhóm SCP Saul
Perlmutter hôi dâu nam nay. Hình
gi<a là các thành viên c#a doi Z cao
và hình d2Ci là các thành viên nhóm
SCP.
Hai nhóm khá khác biet, vi phong cách và truyên thông chuyên môn ngc
nhau, hien dang san tìm các sao siêu mi . xa - và hVn nYa là tôc do gi+m tôc cEa
vu tr. Moi nhóm làm viec cuông cuông, e ng0i s6 có mat cEa nhóm kia; dôi khi hW
còn sj dng thHi gian trên kính thiên van liên tiêp nhau. Nhng vì cong dông sao
siêu mi là nhv và gan bó chat che vi nhau, nên s6 tác dong qua l0i không the
tránh khvi. "Chúng tôi chia si ý kiên hay cEa tPng nhóm khác", Schmidt nói. Doi Z
cao giúp doi SCP bang viec trao doi thHi gian sj dng kính thiên van trong cVn
khEng ho+ng lFch trình khai thác, và doi SCP ho tr doi Z cao bang cách do quang
pho trong kho+ng thHi gian thHi tiêt xâu và cung câp b+n th+o tính toán hieu chrnh
K. That vay, mot vài ân pham theo nam tháng có tác gi+ bao gôm các thành viên
thuoc c+ hai nhóm. Nh mot diem chuan, c+ hai doi sj dng cV s. dY lieu có giá trF
cEa sao siêu mi lo0i Ia Z thâp dc biên so0n b.i mot doi các nhà thiên van Chile
và Mi, gWi là doi Calan/Tololo - tât c+ các thành viên trong doi (ke c+ Suntzeff) ke
tP dó dã gia nhap doi Z cao. Trong khi dó, mot sô thành viên cEa doi ngHi Dan
M0ch cu gia nhap nhóm SCP.
© hiepkhachquay 22
S6 nhap nhang chr mi bat dâu.
Công bô tin t8c
Mùa thu nam 1997, doi SCP dã xây d6ng sô lieu thông kê cEa mình, tìm ra
40 sao siêu mi . xa. Các thành viên trong doi dã làm viec không nghr . nhYng giai
do0n khác nhau cEa phép phân tích. Thoáng nhìn vào nhYng gi ý cho vu tr hWc,
trong so ghi chép cEa ông, Goldhaber dã ve dô thF cHng do sao siêu mi theo do
lech dv, t0o ra cái gWi là bieu dô Hubble. Ông lu ý - nh nhYng ngHi khác trong
doi cung bat dâu ngH v6c - rang dY lieu gi ý mot giá trF âm cho mat do khôi lng
M. Dây là mot kêt qu+ vô lí chr có the làm cho có nghia bang cách da vào mot
hang sô vu tr - mot l6c day hng ra xa. Thành ra diêu này gi ý rang vu tr dang
tang tôc.
Mac dù dY lieu trong bài báo Nature cEa doi SCP, lúc ây dang in ân, ch#a
nhYng dâu hieu cEa mot hang sô vu tr cho b.i kFch b+n vu tr l0m phát, nhng bây
giH dY lieu sinh ra bang ch#ng cEa mot hang sô vu tr mà chúng ta sông hay không
sông trong mot vu tr l0m phát. Gi ý này - bác bv cách hieu cEa bài báo trc dây
cEa nó - làm tang thêm môi quan tâm rang bài báo cEa doi SCP dã gi+i thích quá
nhiêu tP mot kích thc vat mau nhv bé.
Trong khi dó, . doi Z cao, Schmidt di ti no l6c tìm kiêm và khám phá sao
siêu mi, vi Riess bây giH lãnh d0o viec tham tra và phân tích sô lieu. So ghi chép
trong phòng thí nghiem cEa Riess tP mùa thu nam 1997 cho thây ông cung nhìn
thây dâu hieu cEa s6 gia tôc vu tr di d0ng khôi lng âm, và các thành viên Z
cao cung da ra mot bieu dô Hubble sV bo vi các vat the . trong dFa h0t dang tang
tôc. Dù vay, trong cách trình bày pho thông, doi nghiên c#u van theo thuyêt bât kh+
tri, nói rang "Chúng tôi không rõ!" vê câu hvi xem vu tr dang tang tôc hay gi+m
tôc.
Sau dó no ra mot lo0t s6 kien, ý nghia cEa chúng van gây tranh luan kFch liet
b.i nhYng cá nhân nhât dFnh . hai nhóm.
Goldhaber da ra bieu dô Hubble sV bo cEa ông t0i mot cuoc hWp nhóm SCP
vào hôm 24/9/1997. NgH v6c nhng phân chân, các dông s6 cEa ông bat dâu kiem
tra chéo các chi tiêt. Perlmutter và Goldhaber da s6 thông tc vào kêt qu+ hien t0i
cEa hW. Ngày 8 tháng 1 nam 1998, t0i mot cuoc hWp cEa Hoi Thiên van hWc Mi
(AAS) . thE dô Washington, doi SCP th6c hien trình dien quy mô ln lân dâu tiên
cEa dY lieu cEa doi trc cong dông khoa hWc. Doi nghiên c#u to ch#c mot cuoc
th+o luan, phân phát tài lieu hoi nghF và trng bày mot áp phích.
B#c áp phích (dat online t0i http://www.supernova.lbl.gov/ và vào ngày
30/12/1998 trên arXiv.org preprint server) th+o luan các ki thuat và tap hp sô lieu.
Nó bao gôm mot bieu dô Hubble cung nh mot dô thF M theo (mat do nang
lng cEa hang sô vu tr) gôm mot hình giông nh con mat bò cho thây bang ch#ng
rõ ràng cEa mot hang sô vu tr. Trong kFch b+n trHng hp xâu nhât, bieu dô van
chr ra xác suât không có hang sô vu tr chr là mot cái duôi nhv, trong trHng hp kì
l0 cEa mot vu tr có không gian cong nhiêu và khôi lng rât thâp. B#c áp phích ghi
"lu các vùng riêng không bao hàm vu tr l0m phát 'mô hình chuan' không có hang
sô vu tr". Nó cung c+nh báo rang "vùng riêng dHng d#t nét . bên ph+i dô thF bieu
© hiepkhachquay 23
dien c tính sV bo cEa chúng tôi vê sai sô he thông này... Cân thêm nhYng phân
tích khác de làm gi+m sai sô này.
Ân pham công bô cEa doi nghiên c#u - mang t6a dê "Các sao dang bùng no
. xa báo hieu sô phan cEa vu tr" - tap trung vào khám phá rang vu tr se không co
tr. l0i. T0i mot cuoc hWp báo dây dE, mot nhà lí thuyêt dã dc mHi dên và gi+i
thích vi cánh nhà báo hang sô vu tr là cái gì và t0i sao nó l0i quan trWng. Mot vài
phóng viên dã da tin. Mot ngHi là James Glanz cEa tH Science, ngHi viêt bài báo
t6a dê "Các sao dang bùng no hng ti mot l6c day vu tr". Mot ngHi khác nYa
là Charles Petit, ngHi có câu chuyen trên trang nhât tH San Francisco Chronicle sô
ra ngày hôm sau mang dòng tít "Các nhà khoa hWc nhìn thây s tang tr2"ng vu tr
boc phát" và là ngHi có câu chuyen "Mot vài s that lâp lánh nh2 sao và pho biên"
trên tH US News & World Report mot vài ngày sau dó viêt vê báo cáo cEa các nhà
thiên van vê "s6 dãn n. tang tôc" cEa vu tr.
"Nêu nh nó hien nhiên vi tôi, thì nó cung hien nhiên dôi vi mWi nhà vu
tr hWc" Petit nói vi tôi. "Tôi that rât ng0c nhiên khi nó không tr. thành mot câu
chuyen to hVn". Tuy nhiên, các phóng viên khác không nhan ra cái Petit có, và chr
da tin rang vu tr se dãn n. dên vô cùng. Viec da ra sai sô he thông cEa nó có the
khiên các phóng viên nghi rang câu tr+ lHi cuôi cùng có le không bao giH có dc.
Nh Glanz dã trích lHi Perlmutter nh sau: "[Ông ta] c+nh báo rang nhóm ông van
dang hieu chrnh cho s6 mH di có the có cEa ánh sáng do bi và các kêt luan có kh+
nang van còn thay doi".
Nghiên c@u sao siêu mCi " xa cho thây s dãn
n" c#a vu tr dang tang tôc. Bieu dô này bieu
thM hang sô vu tr () theo l23ng vat chât quan
sát thây trong vu tr là mot hàm c#a mat do tCi
h-n (M). D< lieu cho m@c do tin cay 68,3%
(màu dd), 95,4% (màu xanh lá cây) và 99,7%
(màu xanh d2ing), vCi d2Jng liên nét là sô lieu
do doi Tìm kiêm Sao siêu mCi Z cao sm dng (A
G Riess et al. 1998 Astron. J. 116 1009) và
d2Jng d@t nét là sô lieu sm dng b"i D án Vu
tr hWc Sao siêu mCi (S Perlmutter et al. 1999
Astrophys. J. 517 565).
Trong khi dó, Schmidt và Riess dang tranh luan vê nhYng kêt qu+ sV bo cEa
hW. HW hoàn thành phân tích cEa hW vào hôm 08/01/1988, ngày hWp AAS - không
kFp da ra công bô, và không hê biêt cái doi SCP se trình bày. Mot vài ngày sau
cuoc hWp, các nhà nghiên c#u Z cao bat dâu bàn luan sô lieu cEa hW vi t cách toàn
doi. Riess, ki lây v vào hôm 10/01/1988 và dã phân tích sô lieu trong kì trang mat
cEa ông, gji th dien tj cho các thành viên còn l0i cEa doi nghiên c#u hai ngày sau
© hiepkhachquay 24
dó rang "sô lieu dòi hvi mot hang sô vu tr khác không! Hãy tiêp can nhYng kêt qu+
này không ph+i bang trái tim hay cái dâu cEa b0n mà là vi dôi mat cEa b0n", l0i
thêm rang "kêt qu+ that quá bât ngH, tham chí gây sôc". Nham c0nh tranh, doi Z cao
giY riêng kêt luan cEa mình cha da ra công bô chính th#c - hãy than trWng vi
viec gào lên "TrHi Vi!", Riess nói. Riess bông dùa trong th dien tj cEa ông vê
"ngáo op LBL ch0y loanh quanh" và thôi thúc các cong tác viên cEa ông "làm viec
than trWng và hieu qu+, và có kh+ nang rùa se duoi kFp thv".
Tinh thân cEa doi Z cao mot phân nam . lòng t6 tin vào kh+ nang cEa mình
xj lí các hieu chrnh bi - luan án nam 1996 cEa Riess vê dê tài dó dã giành gi+i
th.ng - và vào s6 hoài nghi cEa hW rang doi SCP se không có mot chiên lc dây
dE de xj lí vân dê dó. Doi cung có mot bo sô lieu nhv hVn vê sao siêu mi de phân
tích: 10 phân tích trWn vn và 4 sao siêu mi "thoáng qua" (các sao có dY lieu yêu
hVn), cong vi 2 dã công bô trc dó tP công trình cEa doi SCP, trong dó có 1997ap
(mac dù trong công bô sau dó nó không dc nhan d0ng rõ ràng nh thê).
Vào ngày 18 tháng 2, t0i Hoi th+o Nang lng tôi . Marina Del Rey,
California, Goldhaber và Perlmutter dã th+o luan kêt qu+ cEa doi SCP. Di theo sau
hW là Filippenko, ngHi dã rHi khvi nhóm SCP vài nam trc dó. Filippenko công
bô kêt luan cEa nhóm Z cao rang vu tr dang dãn n. . tôc do ngày càng tang.
Con rùa (Z cao) that s6 dã bat kFp chú thv rPng (SCP) ngay khi các bài báo
dc nhac ti. Cha dây mot tháng sau, doi Z cao công bô mot bài báo chi tiêt vê
16 sao siêu mi cEa mình (10 dã phân tích trWn vn, 4 thoáng qua và 2 sao siêu mi
SCP) vi t6a dê rõ ràng "Bang ch@ng quan sát t^ sao siêu mCi cho mot vu tr dang
tang tôc và hang sô vu tr" trên tH Astronomical Journal. Bài báo dc xác nhan,
dang tr6c tuyên vào tháng 5 và xuât b+n vào tháng 9 nam 1998 (A G Riess et al.
Astron. J. 116 1009). Doi SCP mât lâu hVn mi hoàn thành mWi phép phân tích vê
42 sao siêu mi cEa hW, và công bô mot bài báo vào ngày 8 tháng 9 nam 1998. Theo
truyên thông vat lí dat t6a dê ngây ngô cho nhYng bài báo công bô nhYng khám phá
kFch tính, nó dc dat dâu dê là "Các phép do omega và lambda t^ 42 sao siêu mCi
lech dd cao". Nó dc dang tr6c tuyên vào tháng 12 nam 1998 và xuât b+n vào
tháng 6 nam 1999 (S Perlmutter et al. Astrophys. J. 517 565).
Gi]i th*^ng công nhan
Bang ch#ng kêt hp cho mot hang sô vu tr tP hai doi dã thuyêt phc da sô
cong dông khoa hWc vi tôc do ngo0i h0ng dôi vi mot khám phá mi kFch tính và
bât ngH. Tháng 3 nam 1998, t0i Fermilab, các thành viên cEa hai nhóm thuyêt trình
trHng hp cEa hW; và cuôi cùng, các thành viên chE tWa dc yêu câu giV tay bieu
quyêt nêu hW tin hang sô vu tr là tôn t0i. Mot sô lng rât ln trong hW dã giV tay.
Tháng 12 nam 1998, t0p chí Science dã bâu chWn công trình dó là mot dot phá cEa
nam. Nam 2001, mot nghiên c#u (có the gây tranh cãi vê mat phVng pháp luan)
tiên hành t0i d0i hWc Princeton b.i Richard Gott và các dông s6 (Astron. J. 549 1)
nhân m0nh rang s6 tin cay vào nhYng lo0i kêt qu+ bât ngH này ph thuoc nhiêu vào
viec có dE sô lng thông kê de th6c hien mot phép do có s#c m0nh, và qu+ quyêt
rang sô lieu cEa doi SCP dã hoàn thành mc tiêu này. Moi mot trong hai bài báo
mang tính khám phá - bài báo nam 1998 cEa Riess, và bài báo nam 1999 cEa
Perlmutter - nhan dc hVn 3000 trích dan tính cho dên nay.
© hiepkhachquay 25
Trong vòng hai nam khám phá, nhYng thí nghiem khác dã lo0i trP kh+ nang
dc nhac ti trong b#c áp phích hôi tháng 1 nam 1998 cEa doi SCP vê mot s6 kêt
hp cEa không gian cong dên m#c kinh ng0c, khôi lng thâp và s6 thông dông cEa
nhYng thành kiên mang tính he thông có the m. ra kh+ nang không có hang sô vu
tr: các thí nghiem nên vi sóng vu tr cho thây không gian không ph+i cong sít sao,
còn nhYng phép do cm thiên hà gi ý rang khôi lng vu tr không ph+i là thâp.
Ke tP dó, công trình dó liên tc làm ma làm gió vi nhYng gi+i th.ng có
uy tín. Perlmutter giành gi+i th.ng E O Lawrence nam 2002, gi+i th.ng
Feltrinelli nam 2005 và cùng chia si gi+i th.ng Shaw nam 2006 vi Schmidt và
Riess. Gi+i th.ng Warner nam 2003 và gi+i th.ng Sackler nam 2004 dên vi
Riess, còn gi+i Padua nam 2005 dc trao cho Perlmutter chung vi Schmidt. Gi+i
th.ng vu tr hWc Gruber nam 2007, tong trF giá 500.000 dôla, dc chia cho
Perlmutter và Schmidt moi ngHi mot phân t, và moi phân t còn l0i trao cho các
thành viên cEa moi doi nghiên c#u.
Ke tP dó, các nhà lãnh d0o cEa doi SCP và Z cao làm viec hòa nhã và êm ái
cùng nhau. Perlmutter và Schmidt công bô mot bài báo phê bình chung vê linh v6c
dó trong nam 2003 (arXiv:astro-ph/0303428v1), và Perlmutter và Riess cung làm
diêu tVng t6 trong nam 1999. T0i s6 kien trao gi+i Gruber, Perlmutter và Schmidt
dã mang l0i mot buoi nói chuyen vui vi và dac sac, sja chYa câu cú tPng trang
chiêu và rWi dèn chr laser ti lui nh thê nó là mot gay go truyên tay. Thrnh tho+ng,
các cá nhân . doi Z cao cho in ân nhYng khang dFnh u tiên d6a trên b+n th+o cEa
nhYng ân pham sau cùng. Trong cuôn sách Vu tr phi mã cEa ông, Krishner viêt
rang doi Z cao h.ng li tP s6 cãi vã ôn ào mà doi SCP t0o ra vê hang sô vu tr,
nhng l0i dat t6a dê de gây tranh cãi cho hai chVng cEa ông là "Xj lí trc" và
"Xj lí dúng". TP dó, các nhà d#ng dâu và thành viên chE chôt cEa nhYng chVng
trình hp tác - bao gôm Goldhaber, Kirshner và Perlmutter - trao doi th tP và th
dien tj bàn luan vê niên d0i hWc và ý nghia cEa mot sô s6 kien.
Diem nhân
Các dFnh luat giông nh thvi xúc xích, b0n càng ít biêt chúng câu t0o tP cái
gì, b0n càng quý trWng s+n pham - và ngHi ta thrnh tho+ng bF cám do phát bieu
nhYng diêu tVng t6 cEa nhYng khám phá khoa hWc. Nhng cách phát bieu khéo léo
hVn s6 th6c. Nó ph thuoc vào s6 trông di cEa con ngHi; nhYng ngHi that s6
hieu dc óc sáng t0o nhân lo0i không hê khó khan vi ý t.ng rang mot tác dong
khách quan có the phát trien ra khvi th6c tien con ngHi ban thru.
Khoa hWc phát trien sang nên t+ng phong phú hVn, thoáng hVn và sâu sac hVn
nhiêu so vi nhYng hình +nh giáo khoa cEa quy trình cEa nó dê xuât. C0nh tranh
không ph+i là con dHng duy nhât dan dên khám phá, nhng nhYng câu chuyen
c0nh tranh giông nh thê này bieu hien dac diem nhap nhang cEa quá trình này -
dc xem là b+n chât cEa khám phá, thông cáo và ch#ng nhan - theo kieu mà
nhYng câu chuyen khác không có. Chúng dê xuât rang nhYng chi tiêt dHng nh
không liên quan gì, ví d nh ai nói cái gì vi ai và khi nào, có the +nh h.ng m0nh
me dên cách th#c cá nhân và các doi nghiên c#u dan ra nhYng tìm kiêm, th6c hien
khám phá, và loan báo và công bô kêt qu+.
HVn nYa, nhYng câu chuyen c0nh tranh có the cho thây rang không ph+i lúc
nào mot khám phá cung dc dFnh rõ ngày tháng khi mot bài báo nhât dFnh dc
© hiepkhachquay 26
công bô, không ph+i khi nó dc loan báo trc công chúng lân dâu tiên, hay khi nó
dc công bô trc công chúng mot cách trWn vn mà không hê báo trc. Vay mot
khám phá có the xác dFnh ngày t0i dó mot thuyêt trình rõ ràng dc th6c hien trc
cong dông khoa hWc, hay có le trc mot cuoc hWp nhóm chuyên gia ? Hay là mot
khám phá ph+i buoc chat vi ngày tháng khi bang ch#ng dâu tiên xuât hien trong so
tay ghi chép trong phòng thí nghiem cEa mot ngHi nào dó ?
NhYng câu chuyen nh thê cung cho thây s6 nhap nhang b+n chât cEa thông
cáo, nó khác nhau ph thuoc vào ngHi ta dang nói vi các dông s6, vi cong dông
khoa hWc rong ln hVn hay vi các phVng tien truyên thông. Có hay không cuoc
ch0y dua dên các phVng tien dó xem ai da ra bang ch#ng cho mot diêu kêt luan
và nhYng s6 báo trc có the có, hay xem ai là ki d#t khoát ? NhYng câu chuyen
nh thê này cung cho thây có the khó mà ch#ng nhan gi+i th.ng khi mà các doi
nghiên c#u tác dong qua l0i lan nhau.
Câu chuyen này cung v0ch ra hình +nh cEa mot khám phá khoa hWc là th# gì
dó xuât hien cùng mot lúc, vi s6 rõ ràng và trWn vn, có the dc công bô vi s6
d#t khoát và chac chan, nh nhYng ki lãng m0n thái quá và loi thHi. NhYng khám
phá xuât hien dân dân tP các sô lieu thông kê không dc t0o ra cho nhYng dòng tít
hay ho, nhng có kh+ nang làm day sóng tVng lai.
Khi và nêu mot gi+i th.ng Nobel cuôi cùng dc trao cho khám phá mang
tính bât ngH này, thì Ey ban Nobel se ph+i thuyêt phc các vF tham phán trHng phái
Solomon trong viec quyêt dFnh phân chia gi+i th.ng nh thê nào, chia phân nhiêu
nhât cho ba cá nhân trong hai doi. Dôi vi phân nhiêu trong cong dông nhv dã giúp
doi này hay doi kia - hoac c+ hai - và tác dong cEa s6 nhap nhang, nh da sô thành
viên các doi dêu hài lòng trông thây, là chia dêu gi+i th.ng ra. Nút that cuôi cùng
trong câu chuyen c0nh tranh khôc liet dây kFch tính này có le là s6 tr trêu rong
lng rang s6 ghi nhan cuôi cùng trao cho c+ hai doi - trên th6c tê là cho toàn bo
cong dông sao siêu mi.
Tác gi+: Robert P Crease là tr.ng khoa Triêt hWc, d0i hWc Stony Brook, và
là nhà sj hWc t0i Phòng thí nghiem quôc gia Brookhaven, Mi.
Nguyên b+n: Dark Energy (Physics World, tháng 12/2007)
hiepkhachquay dMch
An Minh, ngày 8 tháng 12 nam 2007, 20:37:00
Tài lieu download t0i http://www.thuvienvatly.com
(http://home.1asphost.com/manhan101/ )
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro